Химия. Эконология. Биотехнология

В данной работе в качестве гидролизующих агентов для получения порошковой целлюлозы использовали водные растворы соляной кислоты концентрацией 3,0 и 4,5 %. Гидролиз исследуемой целлюлозы проводили при температуре кипения реакционной смеси (≈100 °С) до порошкообразного состояния. В полученных образцах целлюлозы определяли показатели качества, которые характеризуют пригодность целлюлозы для пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности: СП, белизну, сорбционную способность, водоудержание, насыпную плотность.

Предварительные исследования показали, что наиболее рациональным гидролизующим агентом в данной серии опытов является соляная кислота концентрацией 3 %. При использовании данной кислоты была получена порошковая целлюлоза со следующими показателями качества: выход 88,0 %, белизна 62,0 %, СП 210, сорбционная способность 37,9 мг I2/г целлюлозы, водоудержание 72,8 %, насыпная плотность 158 кг/м3.

Белизна полученной порошковой целлюлозы низкая (62 %). С целью улучшения этого показателя проведена отбелка порошковой целлюлозы после гидролиза. Для этого целлюлозу гидролизовали 3%-й соляной кислотой, далее порошковую целлюлозу промывали и подвергали отбелке гипохлоритом натрия с расходом активного хлора 1,5 и 2,0 % в течение 3 ч при рН около 7.

Наилучшие результаты отбелки порошковой целлюлозы были достигнуты при расходе активного хлора 2,0 % от массы абсолютно сухой целлюлозы. В результате отбелки порошковой целлюлозы увеличилась ее белизна (до 80,1 %), произошло повышение насыпной плотности (до 189 кг/м3), снизились выход целлюлозы (86,0 %), степень полимеризации (до 185), сорбционная способность по йоду (27,6 мг I2/г целлюлозы). Значения водоудержания в процессе отбелки порошковой целлюлозы практически не изменились.

По приведенным показателям качества порошковая целлюлоза соответствует нормам технических условий для порошковой целлюлозы, используемой в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности.

91

elib.pstu.ru

Таким образом, показана возможность получения целлюлозы в форме порошка путем гидролиза небеленой бисульфитной целлюлозы с последующей отбелкой порошкообразной целлюлозы гипохлоритом натрия. Беленая порошковая целлюлоза может быть использована в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности.

УДК 676.163.023.12

Ф.Х. Хакимова, А.А. Безматерных

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНАЯ БЕСХЛОРНАЯ ОТБЕЛКА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Развитие современного целлюлозного производства в значительной мере зависит от решения проблем, связанных с исключением или сведением к минимуму отрицательного воздействия технологического процесса на окружающую среду.

В целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) наименее экономичным и наиболее загрязняющим окружающую среду является производство беленой целлюлозы. В стоках и продукции ЦБП обнаружены высокохлорированные производные диоксина, часть которых относится к наиболее токсичным из известных канцерогенных веществ (в связи с их чрезвычайной биологической активностью, высокой химической стабильностью, способностью к биоконцентрированию и переносу по цепям питания).

По некоторым оценкам целлюлозно-бумажная промышленность дает 2,8 % суммарного выброса диоксинов (4-е место после сжигания твердых бытовых отходов, электрохимической металлургии и лесных пожаров). При отбелке целлюлозы хлор-

92

elib.pstu.ru

содержащими соединениями происходит окисление и хлорирование присутствующего в массе лигнина, сопровождающееся образованием диоксинов, их предшественников и хлорсодержащих синергистов. Поэтому нормативы на выбросы хлорорганических соединений в мировой практике очень жесткие и установлены в законодательном порядке. Для Скандинавских стран, Америки и Канады они в настоящее время составляют 0,3–0,5 кг адсорбируемых хлорированных органических соединений (АОХ) на 1 т целлюлозы. В нашей стране в ближайшие годы также предполагается введение жестких норм предельно допустимых сбросов хлорорганических соединений.

В связи с этим разработка и внедрение экологически надежных схем отбелки целлюлозы являются весьма актуальными. Следует отметить, что идеология бесхлорной отбелки различает два направления: отбелку без молекулярного хлора (так называемую Elemental Chlorine Free – ECF) и отбелку полностью без применения соединений хлора (Total Chlorine Free – TCF).

К настоящему времени разработаны схемы отбелки сульфитной целлюлозы без хлорсодержащих реагентов с применением кислорода и пероксида водорода. Однако реализация ки- слородно-щелочной ступени связана с получением кислорода и с довольно сложным аппаратурным оформлением, так как процесс протекает при повышенном давлении. Поэтому перевод действующих заводов на бесхлорную отбелку с включением в схему кислородно-щелочной ступени требует больших капиталовложений. Необходимость снижения нагрузки на окружающую среду требует исключить из схемы отбелки целлюлозы не только молекулярный хлор, но и гипохлориты с заменой их диоксидом хлора, взрывоопасным и нетранспортабельным реагентом, а это приводит к необходимости иметь на предприятиях ЦБП производство ClO2.

На кафедре ТЦБП Пермского национального исследовательского политехнического университета проводятся исследования по отбелке сульфитной целлюлозы различной степени провара с применением в качестве отбеливающего реагента только пероксида водорода.

93

elib.pstu.ru

Для такой отбелки разработана следующая схема: ЩП– Пд–К–П–К, где ЩП – окислительная щелочная обработка целлюлозы в присутствии пероксида водорода, Пд и П – делигнификация и отбелка пероксидом водорода, К – кисловка. Оптимальные условия отбелки целлюлозы разработаны для каждой ступени, для чего поставлены эксперименты по плану Бокса для трех переменных факторов (m = 3). В процессе эксперимента изучалось на различных ступенях отбелки влияние расхода пероксида водорода, температуры и продолжительности процесса на результаты обработки. Получены математические модели для всех ступеней обработки целлюлозы и оптимизированы условия их проведения.

По разработанным режимам проведена контрольная отбелка целлюлозы, результаты которой приведены в таблице. Показатели контрольной отбелки совпали с расчетными значениями.

Физико-химические показатели беленых образцов сульфитной целлюлозы

elib.pstu.ru

Разработанная схема отбелки сульфитной целлюлозы (ЩП–Пд–К–П–К) имеет перед традиционными схемами с использованием хлорсодержащих реагентов следующие преимущества: отсутствие в сточных водах хлорорганических соединений; более высокий выход и лучшие показатели механической прочности при одинаковой белизне целлюлозы; снижение нагрузки на очистные сооружения; решение проблемы смоляных затруднений.

Важным достоинством такой схемы отбелки является то, что для ее осуществления в основном может быть применено оборудование, используемое на предприятиях ЦБП в настоящее время.

УДК 623.19.47

М.И. Дегтев, М.Н. Смирнова, О.Н. Попова, Ю.А. Маленьких

Пермский государственный национальный исследовательский университет

ОСОБЕННОСТИ ЭКСТРАКЦИИ ИОНОВ СВИНЦА (II) В РАССЛАИВАЮЩИХСЯ СИСТЕМАХ, СОДЕРЖАЩИХ АНТИПИРИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ

Исследована экстракция ионов свинца (II) в расслаивающихся системах диантипирилалкан (ДАА) – салициловая кислота (СК) – хлороводородная кислота – H2O и антипирин (АП) – сульфосалициловая кислота (ССК)–H2O. В качестве ДАА применяли диантипирилметан (ДАМ), пропил-, изобутил- и гексилдиантипирилметан (ПДАМ, иБДАМ, ГДАМ соответственно). Изучаемые экстракционные системы расслаиваются без дополнительного введения органического растворителя.

95

elib.pstu.ru

При изучении экстракции ионов свинца в системе ДАА – СК – HСl – H2O, выявлено, что при концентрации хлороводородной кислоты, равной 0,5–4,0 моль/л, наблюдается кристаллизация системы вследствие образования труднорастворимого комплексного соединения, а также хлоридной соли свинца. В системе с иБДАМ и ГДАМ экстракция ионов свинца (II) не превышает 40 % при концентрации HСl > 4 моль/л. Дополнительное введение высаливателя (KСl) в систему с ГДАМ увеличивает степень извлечения элемента до 73 %, а добавление трибутилфосфата (ТБФ) или триизобутилфосфата (ТиБФ) – до 94 и 96 % соответственно.

При изучении распределения ионов свинца в системе ДАА – СК – HСl – KJ – H2O установлено, что максимальная степень извлечения достигается при концентрации йодид-ионов, равной 0,3 моль/л, и составляет: ДАМ – 88 %; ПДАМ – 93 %; ГДАМ – 99 %. При этом оптимальная кислотность в системах варьируется в интервале 0,25–2,0 моль/л HСl.

Экспериментально показано, что экстракция ионов свинца в расслаивающейся системе АП – ССК – H2O невозможна вследствие образования труднорастворимого комплексного соединения сульфосалицилата свинца. При введении высаливателя KСl степень извлечения элемента не превышает 10 %.

Наличие углеводородного радикала при центральном атоме углерода молекулы реагента оказывает влияние на экстракционные свойства расслаивающихся систем, поэтому рассмотренные реагенты можно расположить в ряд по их способности экстрагировать ионы свинца: ГДАМ > иБДАМ > ПДАМ > ДАМ > АП.

Таким образом, расслаивающаяся система ГДАМ – СК – HCl – KJ – H2O обеспечивает количественное извлечение ионов свинца (II), что позволяет считать рассмотренную систему эффективной для извлечения ионов свинца и перспективной для разработки новых методик его выделения.

96

elib.pstu.ru

УДК 574.24

Г.А. Люшина, Г.В. Смирнова, О.Н. Октябрьский

Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г. Пермь

ИЗМЕНЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ БАКТЕРИЙ К АНТИБИОТИКАМ ПРИ КУЛЬТИВИРОВАНИИ

НА СРЕДЕ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЖЕЛЕЗА

В последнее десятилетие значительно повысился уровень загрязнения вод бассейна р. Камы железосодержащими соединениями. Это обусловлено широким распространением в верховьях реки железомарганцевых руд. Дополнительное загрязнение водохранилищ железом происходит за счет техногенного воздействия, что существенно ухудшает качество воды рек, протекающих по территории Кизеловского угольного бассейна, притоков р. Камы. Максимальная концентрация железа в воде р. Кизел составила в декабре 2007 г. 2500 ПДК. В воде р. Вильва зафиксированы концентрации железа до 175 ПДК; в воде р. Северная Вильва – до 305 ПДК. Шахтные воды тоже влияют на данный процесс: в результате выхода шахтных вод на поверхность и их поступления в реки происходит интенсивное техногенное минералообразование. Длительный самопроизвольный

излив шахтной воды с высокими концентрациями ионов SO24– и

Fe2+ вызывает отложение сульфатов и гидроокислов железа, что создает геохимическую обстановку, оптимальную для сформировавшегося сообщества микроорганизмов и водорослей.

В то же время постоянно увеличивается загрязнение вод антибактериальными препаратами. Широкое использование антибиотиков приводит к постоянному росту их содержания в

97

elib.pstu.ru

сточных водах, которые попадают в водоемы. Это может серьезно отразиться на микробных сообществах.

Вданной работе определялось влияние двух видов антибиотиков на рост бактерий E. coli с повышенным содержанием железа. Для исследования использовалось два штамма E. coli: штамм BN407, несущий генное слияние iucС::lacZ (ген iucС входит в группу генов, контролирующих метаболизм железа у E. coli), и штамм NM 3001, несущий генное слияние sodА::lacZ (ген sodА входит в состав антиоксидантной защиты клетки). Культивирование проводилось на среде М9 с глюкозой. Бактерии обрабатывали антибиотиком ципрофлоксацином (3 мкг/мл) или ампицилином (10 мкг/мл). Избыток ионов железа создавал-

ся путем добавления в среду FeSO4 (10 мкМ).

При культивировании клеток на среде с повышенным содержанием ионов железа наблюдалось увеличение скорости отмирания клеток при обработке их ципрофлоксацином. Лизис клеток начинался на 20 мин раньше, чем в отсутствие железа. Обработка бактерий ципрофлоксацином стимулировала экспрессию генов iucС и sodА.

Вслучае с ампициллином избыток ионов железа в среде не влиял на скорость отмирания клеток, однако экспрессия обоих генов повышалась так же, как и при действии ципрофлоксацина.

Исследования показали, что действие антибактериальных препаратов модифицируется в присутствии свободных ионов железа в среде. Наблюдаемый эффект зависит от вида антибиотика. На основе полученных данных можно сделать вывод о том, что совместное загрязнение природных вод антибиотиками и ионами железа может оказывать негативное влияние на жизнедеятельность микробных сообществ водоема.

98

elib.pstu.ru

УДК 615.012.8

Т.С. Авдеева, Л.В. Волкова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

НПО «Микроген» МЗ РФ, Пермское НПО «Биомед»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТАБЛЕТИРОВАННОЙ ФОРМЫ ПРИРОДНОГО ИНТЕРФЕРОНА

Благодаря развитию биохимии и молекулярной биологии стал возможен целенаправленный синтез новых биологически активных веществ или соединений (БАВ или БАС). Биологически активное вещество – это вещество, изменяющее жизнедеятельность живого организма. Когда говорят о биологической активности, обычно подразумевают полезное для человека действие. Одним из видов БАВ являются лекарственные средства (ЛС), которые в определенной дозе используются для лечения человека от заболеваний. Готовое лекарственное средство состоит из одной или нескольких субстанций БАВ (БАС) и веществ, обеспечивающих их биодоступность, т.е. способность всасываться и проникать через плазматические мембраны.

Впоследние годы увеличился спектр биологического действия такого лекарственного средства, как интерферон (ИФН), который все эффективнее используется в медицине. Наиболее известны сейчас препараты ИФН в виде инъекциальных растворов, лиофилизированных форм, мазей, глазных капель, а также пероральных растворов.

Внастоящее же время все большее внимание уделяется пероральным и сублингвальным (подъязычным таблеткам) формам интерферона, поскольку таблетки имеют ряд положительных качеств – малый объем, точность дозирования, удобство применения, хранения и транспортирования. Теоретически, сублингвальный способ имеет определенное преимущество над

99

elib.pstu.ru

обычным оральным способом приема препаратов. Этот путь зачастую быстрее, и ввод лекарства в организм сублингвально гарантирует то, что вещество до поступления в кровоток вступит в контакт с ферментами в слюне. Лекарства, принимаемые другим путем – орально, вместо этого должны вынести экстремально неблагоприятную среду в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ). Это может означать, что высокий процент оригинального вещества наверняка будет разрушен большим числом ферментов в ЖКТ, такими как моноамин оксидаза или сильными кислотами. В связи с этим вопросы стабильности пероральной таблеточной формы ИФН являются крайне актуальными.

Целью исследования является усовершенствование технологии производства таблетированной формы интерферона.

Решение проблемы стабильности может быть достигнуто изучением характера реакций, протекающих в таблеточных формах.

На данном этапе получена субстанция интерферона. В приготовленной субстанции могут протекать нежелательные химические процессы, такие как осаждение, агрегация и окисление, препятствующие созданию оптимальной лекарственной формы ИФН. Поэтому, чтобы получить максимально эффективный препарат с высокой биологической активностью, необходимо тщательно очистить полученную субстанцию и изучить ее биологические свойства. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности препарата при лечении вирусных заболеваний, его простоте использования, а также упрощении технологического процесса получения пероральных таблеток. Предлагаемая оральная таблетированная форма человеческого лейкоцитарного интерферона (ЧЛИ) позволит оказывать не только лечебное (ангины, грипп, ОРВИ и др.), но и профилактическое действие. Исследования продолжаются.

100

elib.pstu.ru