В работе выполнены газовохроматографические, атомно-абсорбционные и электронно-микроскопические исследования, кокосовых волокон прошедших термохимическую обработку. Установлено, что в результате термо-дрожжевой обработки кокосовых волокон произошло увеличение содержания микроэлементов и водорастворимых компонентов, отсутствуют органические легколетучие соединения с температурами кипения менее 400 °C.
Введение Переработка сельскохозяйственных культур служит источником новых видов сырья для получения полезной продукции в процессах утилизации отходов [1,2]. В Малазийском аграрном университете разработана технология переработки кокосовых волокон с поверхности плодов в ценное органическое удобрения.
Целью данной работы являлось определение структурных особенностей и химического состава высушенного кокосового волокна и волокна, подвергавшихся термохимической обработке. Образцы для исследования были предоставлены Малазийским университетом Путра.
Методики эксперимента Для определения морфологии и микроэлементного состава кокосовых волокон использовался сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) Jeol JSM 6510 LA c энергодисперсионной приставкой, которая позволяет определить микроэлементный состав исследуемого объекта. Для проведения исследований на СЭМ изготовлялись срезы волокон в продольном и поперечном направляениях.
Проводился анализ на содержание водорастворимых соединений (минерализация) исходных и обработанных кокосовых волокон. Для этого, образцы волокон массой 1 г смачивали в фарфоровой чаше 50 мл воды. Полученную смесь отфильтровали(25мл) и измерили рН, аликвоту оставляли на 3 часа в водяной бане, до получения сухого остатка, после этого добавляли воду и оставляли на 4 часа в термостате при температуре 50 °C. Полученный остаток остужали в эксикаторе. По массе остатка рассчитывали содержание водорастворимых соединений.
Для определения выхода органических компонентов по температуре кипения использовали газовый хроматограф (ГХ) Shimadzu GC 2010. Пробоподготовка к ГХ включает экстракцию 1г навески образцов в 5мл гексана установленного в термостат при 50°C в течение 3 часов. Полученный экстракт вводился в ГХ в объеме 1мкл микрошприцом.
Для определения содержания тяжелых металлов в волокнах использовался атомно- абсорбционный спектрофотометр Shimadzu АА7000, с лампами с полым катодом, изготовленных из элементов Fe, Zn, Cu, Pb, K. Для подготовки образцов к исследованию использовали метод РД 52.18.286-91[3], включающий обработку образцов в СВЧ «Минотавр-2» ПУ 12-2009.
Результаты и Обсуждение На рисунках 1-2 показаны продольные и поперечные строения обработанного и исходного кокосовых волокон. Характерной особенностью волокон, является наличие ярко выраженных капилляров во внутренней структуре.
Рисунок 1- Изображения, полученные на СЭМ
На рисунке 2а показано, что в результате термообработки на поверхности обработанного образца произошло структурирование поверхности и спекание волокна. На изображениях поперечного среза отчетливо видно, что в результате дрожжевой химической обработки под действием температуры произошло увеличение в два раза диаметров капилляров за счет газовыделений при брожении. Эти результаты указывают, что термохимическая обработка волокна приводит к улучшению физико-механические и влагопоглощающих свойств продукта[4].
Рисунок 2- Изображения, полученные на СЭМ
В микроэлементном составе обработанного и исходного образцов волокон, обнаружено большое число микроэлементов (таб.1-2), которые положительно влияют на рост растений.
Согласно результатам энергодисперсионного анализа дрожжевая обработка волокон приводит к увеличению количества микроэлементов и их содержания. Важно, что увеличивается содержание калия, который улучшает качество продукта, как удобрения.
Таблица 1 - Микроэлементный состав исходного и обработанного кокосовых волокон
Содержание водорастворимых соединений в высушенном, необработанном кокосовом волокне составляет 1,4 % масс, при этом рН растворов, равный 5,9 соответствует слабокислой среде. В случае волокон, подвергшихся термохимической дрожжевой обработке содержание водорастворимых соединений увеличивается до 2,4% масс, а рН растворов приближается к нейтральной среде и составляет 6,3.
Электронно-микроскопические снимки СЭМ показывают значительное различие морфологии сухих остатков водорастворимых соединений. Если в случае волокон, прошедших обработку, в сухом остатке наблюдаются типичные игольчатые неорганические кристаллы, то для необработанных волокон морфология сухого остатка характерна для аморфных органических соединений (рис.3).
Рисунок 4 - Сравнительная хроматограмма компонентов кокосовых волокон.
Таблица 3 - Хроматографические результаты для кокосового волокна до обработки.
Исследования обработанных кокосовых волокон на газовом хроматографе показали отсутствие органических соединений с температурами кипения ниже 403°C. Это указывает, что в результате термохимического воздействия в процессе дрожжевого брожения из волокон удаляются все легколетучие органические соединения с низкими температурами кипения (таб.4).
Таблица 4 - Хроматографические результаты для кокосового волокна после обработки.
Атомно-абсорбционный анализ показал, что химическая обработка волокон приводит к увеличению содержанию всех тяжелых металлов (таб.5), за исключением Fe, который отсутствует в составе обработанного волокна.
Таблица 5-Содержание тяжелых металлов в исходном и обработанном кокосовом волокне
Заключение Полученные результаты показывают, что обработка кокосового волокна дрожжевым составом при нагреве, приводит к улучшению физико-химических качеств волокон: структурирование и спекание поверхности улучшает механические свойства, увеличение диаметра капилляров обеспечивает беспрепятственную циркуляцию влаги и воздуха, увеличение содержания микроэлементов и водорастворимых соединений улучшает удобрительные качества волокна.
Литература
- Zulkifli, Noise control using coconut coir fiber sound absorber with porous layer backing and perforated panel/ Zulkifli, R. Zulkarnain and Mohd Jailani Mohd Nor//American Journal of Applied Sciences - 2010. - № 7(2). – С. 260-264. - ISSN 1546-9239
- Abad, Physico-chemical and chemical properties of some coconut coir dusts for use as a peat substitute for containerised ornamental plants./ Abad, M., Noguera, P., Puchades, R., Maquieira, A., Noguera, V.// Bioresource Technol. - 2002. -№ 82 – С. 241-245.
- РД 52.18.286-91 Методика выполнения измерений массовой доли водорастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, кобальта, хрома, марганца) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом/ Государственный комитет СССР по гидрометеорологии.-М., -47c.
- Manoj, R. Removal of nutrients in denitrification system using coconut coir fibre for the biological treatment of aquaculture wastewater//J. Environ. Biol. - 2012. - № 33. – С. 271-276. - ISSN: 0254-8704.