Forestry Engineering Journal Forestry Engineering Journal Лесотехнический журнал 2222-7962 84302 10.34220/issn.2222-7962/2024.1/11 ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ WOOD PROCESSING. CHEMICAL TECHNOLOGY ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ Hydrophobization of Betula pendula Roth wood and Pinus sylvestris L. wood with waste vegetable oil and the possibility of its utilization in a biochar sorbent for copper ions Гидрофобизация древесины Betula pendula Roth и Pinus sylvestris L. отработанным растительным маслом и возможности ее утилизации в биоугольный сорбент для ионов меди Томина Елена Викторовна Tomina E. V.

доктор химических наук;

doctor of chemical sciences;

 Дмитренков Александр Иванович Dmitrenkov A. I. aurika44@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Нгуен Ань Тьен Nguen An' T'en tienna@hcmue.edu.vn Жужукин Константин Викторович Zhuzhukin K. V. kinkon18@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Ходосова Наталья Анатольевна Khodosova Nataliya Anatol'evna chem@vglta.vrn.ru Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Russian Federation Воронежский государственный университет Воронеж Россия Voronezh State University Voronezh Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Педагогический университет Хошимина Хошимин Вьетнам Педагогический университет Хошимина Хошимин Vietnam Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Воронеж Россия Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Воронеж Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Russian Federation 20 06 2024 20 06 2024 14 1 190 202 09 01 2024 12 02 2024 http://lestehjournal.ru/en/journal/2024/no-1-53/hydrophobization-betula-pendula-roth-wood-and-pinus-sylvestris-l-wood-waste

Разработка методов и технологий защитной обработки древесины с целью улучшения её свойств является актуальной задачей. Существующие методы защитной обработки древесины (использование составов, покрытий и красок) имеют определенные недостатки, такие как высокая стоимость, возможность изменения текстуры и цвета древесины, а также токсичность некоторых веществ. В связи с этим целью данной работы было установление эффективности гидрофобизации древесины березы повислой (Betula pendula Roth) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) отработанным растительным маслом и тестирование биоугля из такой древесины в качестве углеродного сорбента ионов меди. Модифицирование древесины B. pendula и P. sylvestris отработанным подсолнечным маслом приводит к значительному повышению гидрофобности биополимерных материалов, водо- и влагостойкость повысилась на 2 и 1,6 раза (p<0,05). Высокая степень межфазного взаимодействия между древесиной березы и сосны с отработанным растительным маслом, характеризуемая значениями краевого угла смачивания 24±3,1 и 30±3,9 (p<0,05) соответственно. Показана возможность получения биоугольных сорбентов из модифицированной древесины для использования в процессах очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Степень очистки проб, содержащих ионы меди достигает 35% для модифицированной древесины березы и 18% для образца биоугля из древесины сосны, пропитанной маслом. Эти показатели сопоставимы с данными по очистке раствора от Cu2+биоугольными сорбентами из натуральной древесины березы и сосны. В исследовании предложены подходы к утилизации модифицированной древесины с получением функциональных материалов (биугольных сорбентов), что позволяет создать условия для безотходного производства, снижая при этом антропогенную нагрузку на окружающую среду.

The development of methods and technologies for the protective treatment of wood in order to improve its properties is an urgent task. Existing methods of protective wood treatment (the use of compounds, coatings and paints) have certain disadvantages, such as high cost, the possibility of changing the texture and color of wood, as well as the toxicity of some substances. In this regard, the purpose of this work was to establish the effectiveness of hydrophobization of birch (Betula pendula Roth) and pine (Pinus sylvestris) wood with waste vegetable oil and test biochar from such wood as a carbon sorbent of copper ions. Modification of Betula pendula Roth and Pinus sylvestris wood with waste sunflower oil leads to a significant increase in the hydrophobicity of biopolymer materials; water and moisture resistance increased by 2 and 1.6 times (p<0.05). A high degree of interfacial interaction between wood of both species and waste vegetable oil, characterized by contact angle values of 24±3.1 and 30±3.9 (p<0.05), respectively. The possibility of obtaining biochar sorbents from modified wood for use in wastewater treatment processes from heavy metal ions (using the example of copper ions). The degree of purification of samples containing copper ions reaches 35% for modified birch wood and 18% for an oil-treated sample of biochar from pine wood: These indicators are comparable with the data on purification of a solution from Cu2+ with biochar sorbents from natural birch and pine wood. The study proposes approaches to the utilization of modified wood with the production of functional materials (bi-carbon sorbents), which makes it possible to create conditions for waste-free production, while reducing the anthropogenic load on the environment.

 древесина Betula pendula Roth Pinus sylvestris L. гидрофобизация биоуголь сорбция водостойкость краевой угол смачивания wood Betula pendula Roth Pinus sylvestris L. hydrophobization biochar sorption water resistance contact angle Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-23-00122, https://rscf.ru/project/23-23-00122/. The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 23-23-00122, https://rscf.ru/project/23-23-00122/

Varganici C. D., Rosu L., Rosu D. et al. Sustainable wood coatings made of epoxidized vegetable oils for ultraviolet protection // Environ Chem Lett. 2021. Vol. 19. pp. 307-328. https://doi.org/10.1007/s10311-020-01067-w. Varganici C. D., Rosu L., Rosu D. et al. Sustainable wood coatings made of epoxidized vegetable oils for ultraviolet protection // Environ Chem Lett. 2021. Vol. 19. pp. 307-328. https://doi.org/10.1007/s10311-020-01067-w. Лоскутов С. Р. и др. Гигроскопические свойства древесины лиственных пород // Лесной вестник [Forestry bulletin]. – 2022. – Т. 26. – №. 2. – С. 92-102. Loskutov S. R. i dr. Gigroskopicheskie svoystva drevesiny listvennyh porod // Lesnoy vestnik [Forestry bulletin]. – 2022. – T. 26. – №. 2. – S. 92-102. Ning L. et al. How does surfactant affect the hydrophobicity of wax-coated wood? //Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2022. – Т. 650. – С. 129606. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129606/ Ning L. et al. How does surfactant affect the hydrophobicity of wax-coated wood? //Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2022. – T. 650. – S. 129606. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129606/ Wang Z. et al. Characterization of wood cell walls treated by high-intensity microwaves: Effects on physicochemical structures and micromechanical properties //Industrial Crops and Products. – 2022. – Т. 187. – С. 115341. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115341. Wang Z. et al. Characterization of wood cell walls treated by high-intensity microwaves: Effects on physicochemical structures and micromechanical properties //Industrial Crops and Products. – 2022. – T. 187. – S. 115341. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115341. Исследование межфазного взаимодействия древесины березы с пропиточным составом / К. В. Жужукин, Л. И. Бельчинская, Е. В. Томина, А. Н. Зяблов, В. Х. Йен, А. С. Чуйков // Лесотехнический журнал. – 2023. – Т. 13. – № 1 (49). – С. 209–221. - Библиогр.: с. 218-220 (21 назв.). – DOI: https://doi.Org/10.34220/issn.2222-7962/2023.1/14. Issledovanie mezhfaznogo vzaimodeystviya drevesiny berezy s propitochnym sostavom / K. V. Zhuzhukin, L. I. Bel'chinskaya, E. V. Tomina, A. N. Zyablov, V. H. Yen, A. S. Chuykov // Lesotehnicheskiy zhurnal. – 2023. – T. 13. – № 1 (49). – S. 209–221. - Bibliogr.: s. 218-220 (21 nazv.). – DOI: https://doi.Org/10.34220/issn.2222-7962/2023.1/14. Li Z. et al. Curing characteristics of low molecular weight melamine-urea–formaldehyde (MUF) resin-impregnated poplar wood //Construction and Building Materials. – 2022. – Т. 325. – С. 126814. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126814. Li Z. et al. Curing characteristics of low molecular weight melamine-urea–formaldehyde (MUF) resin-impregnated poplar wood //Construction and Building Materials. – 2022. – T. 325. – S. 126814. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126814. Altgen M. et al. Chemical imaging to reveal the resin distribution in impregnation-treated wood at different spatial scales //Materials & Design. – 2023. – Т. 225. – С. 111481. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111481 Altgen M. et al. Chemical imaging to reveal the resin distribution in impregnation-treated wood at different spatial scales //Materials & Design. – 2023. – T. 225. – S. 111481. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111481 Dorieh A. et al. Recent developments in the performance of micro/nanoparticle-modified urea-formaldehyde resins used as wood-based composite binders: A review //International Journal of Adhesion and Adhesives. – 2022. – Т. 114. – С. 103106. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2022.103106. Dorieh A. et al. Recent developments in the performance of micro/nanoparticle-modified urea-formaldehyde resins used as wood-based composite binders: A review //International Journal of Adhesion and Adhesives. – 2022. – T. 114. – S. 103106. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2022.103106. Boneka A. S. et al. Sorption isotherm and physico-mechanical properties of kedondong (Canarium spp.) wood treated with phenolic resin //Construction and Building Materials. – 2021. – Т. 288. – С. 123060. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123060. Boneka A. S. et al. Sorption isotherm and physico-mechanical properties of kedondong (Canarium spp.) wood treated with phenolic resin //Construction and Building Materials. – 2021. – T. 288. – S. 123060. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123060. Wang W., Ran Y., Wang J. Improved performance of thermally modified wood via impregnation with carnauba wax/organoclay emulsion //Construction and Building Materials. – 2020. – Т. 247. – С. 118586. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118586. Wang W., Ran Y., Wang J. Improved performance of thermally modified wood via impregnation with carnauba wax/organoclay emulsion //Construction and Building Materials. – 2020. – T. 247. – S. 118586. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118586. Bao M. et al. Changes in Chemical Composition, Crystallizability, and Microstructure of Decayed Wood-Fiber-Mat-Reinforced Composite Treated with Copper Triazole Preservative //Forests. – 2022. – Т. 13. – №. 9. – С. 1387. https://doi.org/10.3390/f13091387. Bao M. et al. Changes in Chemical Composition, Crystallizability, and Microstructure of Decayed Wood-Fiber-Mat-Reinforced Composite Treated with Copper Triazole Preservative //Forests. – 2022. – T. 13. – №. 9. – S. 1387. https://doi.org/10.3390/f13091387. Rabajczyk A., Zielecka M., Małozięć D. Hazards resulting from the burning wood impregnated with selected chemical compounds //Applied Sciences. – 2020. – Т. 10. – №. 17. – С. 6093. https://doi.org/10.3390/app10176093. Rabajczyk A., Zielecka M., Małozięć D. Hazards resulting from the burning wood impregnated with selected chemical compounds //Applied Sciences. – 2020. – T. 10. – №. 17. – S. 6093. https://doi.org/10.3390/app10176093. Shen X. et al. Water vapor sorption mechanism of furfurylated wood //Journal of Materials Science. – 2021. – Т. 56. – С. 11324-11334. https://doi.org/10.1007/s10853-021-06041-7. Shen X. et al. Water vapor sorption mechanism of furfurylated wood //Journal of Materials Science. – 2021. – T. 56. – S. 11324-11334. https://doi.org/10.1007/s10853-021-06041-7. Tan X., Liu Y., Zeng G., Wang X., Hu X., Gu Y., Yang Z. Application of biochar for the removal of pollutants from aqueous solutions. Chemosphere. 2015; 125: 70-85. DOI: 10.1016/j.chemo-sphere.2014.12.058. Tan X., Liu Y., Zeng G., Wang X., Hu X., Gu Y., Yang Z. Application of biochar for the removal of pollutants from aqueous solutions. Chemosphere. 2015; 125: 70-85. DOI: 10.1016/j.chemo-sphere.2014.12.058. Bashir A. et al. Removal of heavy metal ions from aqueous system by ion-exchange and biosorption methods //Environmental Chemistry Letters. – 2019. – Т. 17. – С. 729-754. https://doi.org/10.1007/s10311-018-00828-y. Bashir A. et al. Removal of heavy metal ions from aqueous system by ion-exchange and biosorption methods //Environmental Chemistry Letters. – 2019. – T. 17. – S. 729-754. https://doi.org/10.1007/s10311-018-00828-y. Zheng H. et al. Biochar for water and soil remediation: Production, characterization, and application // A New Paradigm for Environmental Chemistry and Toxicology: From Concepts to Insights. – 2020. – С. 153-196. https://doi.org/10.1007/978-981-13-9447-8_11. Zheng H. et al. Biochar for water and soil remediation: Production, characterization, and application // A New Paradigm for Environmental Chemistry and Toxicology: From Concepts to Insights. – 2020. – S. 153-196. https://doi.org/10.1007/978-981-13-9447-8_11. Сергеева А. С., Вострикова Н. Л., Медведевских М. Ю. Разработка комплекса метрологического обеспечения пищевой промышленности // Эталоны. Стандартные образцы. – 2021. – № 1. – С. 21-33. Sergeeva A. S., Vostrikova N. L., Medvedevskih M. Yu. Razrabotka kompleksa metrologicheskogo obespecheniya pischevoy promyshlennosti // Etalony. Standartnye obrazcy. – 2021. – № 1. – S. 21-33. Dmitrenkov A. I., Nikulin S. S., Nikulina N. S., Borovskaya A. M., Nedzelsky E. A. (2020) Study ofthe process of impregnating wood birches spent vegetable oil. Forest Journal 10(2) 161 doi: 10.34220 / issn .2222-7962/2020.2/16. Dmitrenkov A. I., Nikulin S. S., Nikulina N. S., Borovskaya A. M., Nedzelsky E. A. (2020) Study ofthe process of impregnating wood birches spent vegetable oil. Forest Journal 10(2) 161 doi: 10.34220 / issn .2222-7962/2020.2/16. Серба Е. М. и др. Усовершенствование методики определения липазы, основанной на методе получения жирных кислот, в ферментных препаратах для пищевой промышленности // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2023. – Т. 13. – № 1 (44). – С. 57-66. Serba E. M. i dr. Usovershenstvovanie metodiki opredeleniya lipazy, osnovannoy na metode polucheniya zhirnyh kislot, v fermentnyh preparatah dlya pischevoy promyshlennosti // Izvestiya vuzov. Prikladnaya himiya i biotehnologiya. – 2023. – T. 13. – № 1 (44). – S. 57-66. Жерносек А. В., Струкова М. Н. Влияние предприятий мясной промышленности на окружающую среду // Система управления экологической безопасностью. – Екатеринбург, 2021. – С. 105-112. Zhernosek A. V., Strukova M. N. Vliyanie predpriyatiy myasnoy promyshlennosti na okruzhayuschuyu sredu // Sistema upravleniya ekologicheskoy bezopasnost'yu. – Ekaterinburg, 2021. – S. 105-112. Скурыдин Ю. Г., Скурыдина Е. М. Сравнительная оценка влияния факторов физического воздействия на молекулярную подвижность и степень кристалличности древесины березы // Системы. Методы. Технологии. – 2020. – №. 4. – С. 119-126. Skurydin Yu. G., Skurydina E. M. Sravnitel'naya ocenka vliyaniya faktorov fizicheskogo vozdeystviya na molekulyarnuyu podvizhnost' i stepen' kristallichnosti drevesiny berezy // Sistemy. Metody. Tehnologii. – 2020. – №. 4. – S. 119-126. Vedenyapina M. D., Kurmysheva A. Yu., Kulaishin S. A., Kryazhev Yu. G. Adsorption of some heavy metals on activated carbons (review). Chemistry of solid fuel. 2021; 2: 18-41. DOI: 10.31857/S0023117721020092. EDN: UOOLVP. Vedenyapina M. D., Kurmysheva A. Yu., Kulaishin S. A., Kryazhev Yu. G. Adsorption of some heavy metals on activated carbons (review). Chemistry of solid fuel. 2021; 2: 18-41. DOI: 10.31857/S0023117721020092. EDN: UOOLVP. Томина, Е. В. Сорбционно-поверхностные характеристики модифицированного биоугля, полученного при карбонизации опилок сосны / Е. В. Томина, Н. А. Ходосова, А. Н. Лукин // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2022. – Т. 22, № 4. – С. 442-452. – DOI 10.17308/sorpchrom.2022.22/10600. – EDN HGRUCJ. Tomina, E. V. Sorbcionno-poverhnostnye harakteristiki modificirovannogo biouglya, poluchennogo pri karbonizacii opilok sosny / E. V. Tomina, N. A. Hodosova, A. N. Lukin // Sorbcionnye i hromatograficheskie processy. – 2022. – T. 22, № 4. – S. 442-452. – DOI 10.17308/sorpchrom.2022.22/10600. – EDN HGRUCJ.