Химия. Экология. Биотехнология - 2016

ния. Для дальнейших исследований в качестве высаливателя был выбран сульфат аммония.

Диаграммы растворимости систем, полученные изотермическим методом сечений при 25 °С, имеют одинаковую топологию ихарактеризуются следующими областями: гомогенной, расслаивания, монотектического равновесия, кристаллизации соли. Область расслаивания лежит близко к вершине воды: 87 мас.% H2O для системы с неонолом АФ-9-12 и 85 мас.% H2O – с неонолом АФ-9-25. Использованный метод позволил построить ноды в областирасслаиванияиопределитьположениекритическихточек.

Неонолы можно рассматривать как нейтральные O-содер- жащие экстрагенты, поэтому исследована экстракция хлоридных ацидокомплексов ряда металлов в системе «вода – неонол АФ-9-12 – сульфат аммония». Показано, что изученные системы малоэффективны для концентрирования хлоридных ацидокомплексов вследствие существования области расслаивания в узком интервале кислотности (до 0,5 М HCl или до 0,8 М H2SO4). Однако они могут быть использованы для отделения таллия (III), извлекающегося в виде тетрахлороталлат иона при малых концентрациях HCl, от других металлов.

УДК 579.26

А.А. Ананко, О.И. Бахирева

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАКТЕРИЙ РОДА ACINETOBACTER

ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

На настоящий момент существует множество методов контроля качества и очистки загрязнённой природной воды от ионов стронция – химические, электрохимические, мембранные, сорбци-

31

онные и т.д. Каждый из этих методов имеет свои свойства, конкретные области применения, а также преимущества инедостатки, в основном связанные с особенностями аппаратурного оформления, расходом реагентов, энергии и необходимостью доочистки. Важным современным методом, последнее время активно развивающимся вместе с ростом интереса к биотехнологии как к более дешёвой, доступной и безопасной для окружающей среды и человека отраслью, является биосорбция. В соответствии с этим целью работы является выделение клеток микроорганизмов, селективных

кионамстронция, дляочисткиприроднойводы.

Входе исследования была выделена культура микроорганизмов из проб воды реки Тулвы (г. Оса, Пермский край). Согласно полученным результатам физиолого-биохимических тестов культура была идентифицирована до бактерий рода Acinetobacter. В процессе работы было установлено, что идентифицированные клетки микроорганизмов способны к активной жизнедеятельности при относительно высоких концентрациях ионов стронция и кальция, и был выдвинут ряд гипотез, касающихся применения бактерий в процессе очистки воды.

Первая гипотеза предполагала, что выделенные клетки бактерий могут быть использованы в качестве десорбирующего агента. Для проверки возможности существования этой гипотезы были проведены следующие исследования: известный селективный сорбент ИСМ – S, насыщенный ионами стронция в статических условиях, культивировали совместно с выделенными микроорганизмами; полученный сорбционный материал был отмыт дистиллированной водой и затем растворён для анализа. Результаты приведены в табл. 1.

Как видно из полученных результатов, культура активно аккумулирует основные компоненты материала, отдавая большее предпочтение марганцу, а не стронцию, разрушая тем самым структуру ИСМ – S. Ввиду этого использование клеток микроорганизмов в качестве десорбирующего агента не целесообразно, однако исследование в дальнейшем будет продолжено с другими сорбентами.

32

Таблица 1

Влияние жизнедеятельности микроорганизмов на ИСМ – S

Вторая гипотеза, касающаяся применения выделенных бактерий, состоит в использовании клеток в качестве самостоятельного сорбционного материала. Анализ селективности микроорганизмов в статических условиях показал, что при соотношении ионов стронция и кальция 1:10 степень поглощения стронция выше относительно кальция (табл. 2).

Таблица 2

Определение селективности выделенной культуры микроорганизмов

33

Результаты исследования свидетельствуют о селективности выделенных бактерий к ионам стронция, поэтому одной из следующих задач исследования является разработка методики получения биосорбционного материала.

УДК 576.854/576.193

В.Д. Коновалова, Т.С. Соколова

ИНГИБИРОВАНИЕ КОРРОЗИИ СТАЛИ ТИОНОВЫМИ БАКТЕРИЯМИ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Биологическую коррозию металлов, в том числе и стали, часто связывают с деятельностью тионовых бактерий, что является актуальным для предприятий химической, нефтехимической промышленности и теплоэнергетики. Основным итогом воздействия тионовых бактерий на коррозионный процесс, как правило, является увеличение скорости коррозии, иногда в несколько раз. Процесс окисления соединений серы тионовыми бактериями сопровождается накоплением сульфат-ионов и уменьшением значений рН ифактическиобеспечиваетокислениеметалласернойкислотой.

Целью данной работы является исследование коррозии стали под воздействием тионовых бактерий в растворах, содержащих различные соединения серы, с установлением факторов, влияющих на скорость коррозии.

Коррозионному испытанию подвергали образцы стали Ст. 3 в растворах тиосульфата и сульфида натрия с концентрацией солей 0,1…5 г/л в условиях естественной аэрации и полного погружения их в раствор. Концентрацию тионовых бактерий варьировали в пределах (0,6…12)·107кл/мл. Продолжительность испытаний составляла 28–35 суток. Скорость коррозии опреде-

34

ляли гравиметрическим методом по потере массы образцов стали. В процессе испытаний в коррозионной среде анализировали величину рН, концентрацию тиосульфат-ионов S2O32–, сульфидионов S2–, а в отдельных случаях также определяли содержание сульфит-ионов SO32– и сульфат-ионов SO42–.

Исследовано влияние концентрации тионовых бактерий на скорость коррозии стали в растворах Na2S2O3. При повышении концентрации тионовых бактерий и тиосульфата натрия скорость коррозии уменьшается в 1,5…8 раз и составляет 0,011 г/м2·ч. Некоторое увеличение скорости коррозии в 1,1 раза наблюдается лишь при низкой концентрации бактерий 6·106 кл/мл в растворе Na2S2O3 с концентрацией 0,1 г/л.

Следует отметить, что значительное уменьшение скорости коррозии наблюдается в условиях, обеспечивающих поддержание физиологической активности тионовых бактерий. Для этого необходимы достаточные количества углекислого газа, кислорода и тиосульфата. При этом в процессе коррозии наблюдается стабилизация величины рН в области 3,5…5,5, что свидетельствует о метаболизме тионовых бактерий.

В качестве основной возможной причины уменьшения скорости коррозии может быть отсутствие кислородного деполяризатора, обеспечивающего одновременно метаболизм бактерий. С увеличением концентрации тионовых бактерий кислород преимущественно расходуется в процессе метаболизма, что стабилизирует тиосульфат в растворе и свидетельствует в пользу кислородной деполяризации в исследованных растворах. В итоге это приводит к уменьшению скорости коррозии.

Ингибирующий эффект от действия тионовых бактерий проявляется также при коррозии стали из раствора сульфида натрия сконцентрацией 1 г/л. Скорость коррозии уменьшается в 2,4 раза исоставляет 0,022 г/м2·ч. С увеличением концентрации тионовых бактерий содержание сульфидной серы в растворе после коррозии существенно уменьшается, а величина рН стабилизируется в интервале 10,1…10,2. В сульфидных и тиосульфатных средах ингибирующий эффект может быть дополнительно обусловлен образо-

35

ванием сульфидов в составе продуктов коррозии на поверхности металла. Сульфиды обнаружены в составе продуктов коррозии имогутспособствоватьобразованиюзащитных пленок.

Скорость коррозии и степень защиты

Результаты ингибирующего действия при концентрации тионовых бактерий 12·107 кл/мл представлены в таблице. В исследованных растворах Na2S2O3 и Na2S степень защиты Z достигает 58…86 % и зависит от концентрации как тионовых бактерий, так и соединений серы. Защитное действие обусловлено преимущественно устранением кислородного деполяризатора тионовыми бактериями, что требует достаточного содержания бактерий и субстратов в растворе.

УДК 661.772

М.В. Постникова, И.А. Исакова

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Целлюлоза является природным наноструктурным полимером, состоящим из нанокристаллитов и некристаллических (аморфных) структур. Аморфные области структуры целлюлозы

36

являются наиболее доступными при действии кислот, окислителей, ферментов и других реагентов. Благодаря наноструктуре и способности некристаллических областей легко расщепляться под действием некоторых химических реагентов существует возможность получения свободных наночастиц целлюлозы и их использования в качестве наноносителя. В настоящее время вопросы получения разных видов наночастиц целлюлозы, их модификации и использования актуальны.

Наночастицы целлюлозы могут быть нанокристаллическими (нитевидные бездефектные монокристаллы – «усы») и нанофибриллярными (нитевидные частицы с чередующимися кристаллическими и разупорядоченными участками). Нанофибриллярные наночастицы (наноцеллюлоза) являются разновидностью порошковой целлюлозы (ПЦ) или микрокристаллической целлюлозы (МКЦ). Наноцеллюлоза – материал, представляющий собой набор наноразмерных волокон целлюлозы с высоким отношением сторон (длины к ширине). Типичная ширина такого волокна – 5–20 нм, а продольный размер варьируется от 10 нм до нескольких микрон. Материал обладает свойством псевдопластичности, т.е. является вязким при обычных условиях и ведёт себя как жидкость при тряске, взбалтывании и других физическиях действиях. Его удивительные свойства позволяют создавать на его основе сверхлёгкие и сверхпрочные материалы.

Нанокристаллическую целлюлозу в промышленности получают из хлопковой целлюлозы путём гидролитической деструкции. Известны также способы получения наночастиц целлюлозы из древесной беленой и облагороженной целлюлозы. Данные способы получения МКЦ основаны на использовании дорогого сырья. Поэтому одной из главных задач исследований, направленных на разработку способов получения наноцеллюлозы, в настоящее время является разработка технологии получения наноцеллюлозы из дешевого древесного сырья.

Цели данной работы – изучение возможности получения наночастиц целлюлозы из древесного сырья с применением ферментативного гидролиза и изучение свойств полученной наноцеллюлозы.

37

Для получения наночастиц целлюлозы в качестве сырья использовались древесные опилки хвойных и лиственных пород. Из них были получены образцы целлюлозы с выходом 49,9–53,4 % путем окислительной делигнификации с применением раствора перекиси водорода с уксусной кислотой, которые затем подвергались ферментативной обработке с применением целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Для ферментативного гидролиза были выделены микроорганизмы – бактерии родов Clostridium и Bacclillus в анаэробных условиях и миксобактерии родов Cutophaga и Sorangium, аэробно разлагающие целлюлозу. Данные штаммы микроорганизмов являются продуцентами целлюлоз, ферментный комплекс, способный катализировать гидролиз целлюлозы до глюкозы. Была определена общая целлюлозная активность штаммов бактерий по осахариванию фильтровальной бумаги. Для получения наночастиц целлюлозы проводится неполный ферментативный гидролиз до ориентировочной СП, равной 180–250.

В работе вместо кислотного гидролиза был использован ферментативный гидролиз, который проводился в течение трёх суток. В гидролизате проводилось определение содержания редуцирующих сахаров (РВ), а после отделения от наноцеллюлозы гидролизата массу промывали до нейтральной среды, и в ней определялись выход наноцеллюлозы и степень полимеризации. Была получена наноцеллюлоза со степенью полимеризации 200–220 и выходом 88,2–90,0 % от массы абс. сух. целлюлозы. Для получения наноцеллюлозы нами был выбран ферментативный гидролиз целлюлозы на основании возможности ферментативной модификации целлюлозы с целью получения

а также композиционного материала на ее основе изучаются нами с применением физико-химических методов анализа.

38

УДК 539.216

Е.А. Касаткина, И.А. Пермякова, В.В. Вольхин

БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ РАСТВОРИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ЭФИРОВ ЭТАНОЛА И ВЫСШИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Растворителем называется химическое вещество, способное образовывать с другим веществом раствор. Растворители применяют в качестве среды для проведения химических реакций

ииных технологических целей. Как технологическое средство растворители используют в лакокрасочной, текстильной, фармацевтической, парфюмерной, медицинской промышленности. Широко применяют растворители для обезжиривания металлов

иих сплавов как в условиях холодной очистки, так и в процессе парожидкостного обезжиривания. Органические растворители используются также в качестве присадок для биодизеля.

Вкачестве растворителей начинают широко применяться сложные эфиры. Они получаются в результате реакции этерификации жирных кислот и спиртов в условиях кислотного катализа:

RCOOH + R’OH ↔ RCOOR' + Н2О.

Однако многие растворители токсичны и устойчивы к окружающей среде, поэтому возрастает интерес к получению биоразлагаемых растворителей на основе эфиров этанола и высших жирных кислот, но методы их синтеза еще слабо разработаны. Актуальным стал поиск оптимальных условий получения эфиров жирных кислот с учетом фазового равновесия в используемых системах. В данной работе основное внимание уделено решению следующих задач:

39

1) Проведение экспериментов по определению фазового состава системы OlA–EtOH, где OlA – олеиновая кислота

иEtOH – этанол, в присутствии H2SO4 как катализатора. Показано, что система может быть как в гетерогенном, так и гомогенном состоянии.

2)Исследование реакции этерификации в системе OlA– EtOH в присутствии кислотного катализатора.

3)Осуществление синтеза сложного эфира – этилолеата

иоценки его свойств как растворителя и биоразлагаемого вещества. Установлена зависимость результатов синтеза от ряда факторов. Показано, что этилолеат способен растворять растительные жиры и масла. Подтверждена повышенная способность этилолеата к биоразложению.

УДК 579.22

К.С. Придачина1, Д.В. Ерошенко2, В.П. Коробов1,2,3

ИЗУЧЕНИЕ РОЛИ ВНЕКЛЕТОЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ STAPHYLOCOCCUS EPIDERMIDIS И PROPIONIBACTERIUM ACNES В ОБРАЗОВАНИИ БИОПЛЕНОК ЭТИХ БАКТЕРИЙ

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

2Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г. Пермь

3Пермский государственный национальный исследовательский университет

Известно, что более 99 % бактериальных популяций существуют в природных экосистемах не в виде свободных планктонных клеток, а в виде специфически организованных, сорбированных на поверхностях субстратов биопленок, формирова-

40