Химия. Эконология. Биотехнология

уже после однократного использования, а супернатанты, полученные при культивировании штамма с гранулами четвертого и пятого циклов использования, проявляют антибактериальную активность, незначительно превышающую таковую в контрольном опыте.

Таким образом, при выбранном способе обработки гранул их использование является эффективным до трех циклов культивирования включительно, что является не вполне удовлетворительным с точки зрения производства. Поэтому для дальнейшего использования технологии в промышленности необходимо искать пути увеличения срока эксплуатации гранул либо выяснять причины, по которым гранулы оказывают данный эффект, и пытаться добиться его другими средствами.

УДК 579.66

К.С. Ершова, А.Ю. Максимов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

БИОДЕСТРУКЦИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ НИТРИЛОВ И АМИДОВ БАКТЕРИЯМИ ПОЧВЕННОЙ СРЕДЫ

Некоторые ароматические нитрилы и амиды являются естественными метаболитами бактерий и растений, а трансформирующие их бактерии распространены в различных типах почв. В то же время ароматические нитрилы и амиды являются сложными субстратами для биокатализаторов. Штаммы с высокой нитрилконвертирующей активностью и их ассоциации представляются перспективными для разработки биокаталитических технологий, а также для детоксикации сточных вод и биоремедиации почв, загрязненных нитрильными соединениями.

111

elib.pstu.ru

Как известно, преимущество биокатализа над химическим синтезом заключается в том, что фермент катализирует реакцию, в результате которой образуется оптически чистый продукт. Такие реакции протекают при нормальной температуре и давлении, что позволяет избежать более экстремальных условий, которые в свою очередь могут привести к проблемам изомеризации, рацемизации и реорганизации. Биокаталитические процессы, как правило, осуществляются в водном растворе. Это позволяет избежать использования экологически вредных химических веществ, используемых в химических процессах. Микробные клетки и ферменты, полученные в результате иммобилизации, могут быть повторно использованы во многих циклах.

Цель работы – выделение и исследование почвенных бактерий, трансформирующих ароматические нитрилы и амиды, перспективных для очистки промышленных стоков, биоремедиации и разработки экологически безопасных технологий химического синтеза.

Входе работы были проанализированы образцы почвы естественной среды Соликамского района села Городище с глубины 3–20 см, образцы почв ила реки Ива, ила очистных сооружений.

Врезультате селекции из почвы Соликамского района было выделено более 30 изолятов, способных трансформировать первичные нитрилы. Однако наибольшую нитрилгидратазную и амидазную активность имели 3 штамма.

По совокупности морфологических признаков, метода окраски по Граму, тесту с KOH, стандартных хемотаксономических и биохимических признаков, а также ПЦР-анализа было установлено, что культуры относятся как к грамположительным культурам, так и к грамотрицательным, в частности, к роду

Rhodococcus и к роду Pseudomonas.

Было проведено секвенирование последовательностей ПЦР-фрагмента штамма 5-212, в результате которого было установлено, что нуклеотидные последовательности исследуемого

112

elib.pstu.ru

штамма гомологичны на 100 % последовательностям генов 16S

рРНК R. erythropolis (OR13, TU2) из базы данных GenBank.

В ходе ПЦР-анализа ген, отвечающий за выработку фермента нитрилазы, среди данных штаммов обнаружен не был. Однако был обнаружен ген, вырабатывающий фермент нитрилгидратазу и амидазу.

Проведены эксперименты по биотрансформации ибупрофен амида.

Максимальный выход (80,3 %) был обнаружен в результате проведенной реакции трансформации 1,5 мМ ибупрофен амида штаммом R. erythropolis 5-212 в течение 12 ч при 50 °С.

Также в работе были исследованы штаммы, выделенные из ила реки Ива и ила очистных сооружений г. Перми, а также штаммы из коллекции лаборатории химического мутагенеза Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН. По итогам генетических тестов с применением полимеразной цепной реакции, а также путем секвенирования выделенные штаммы идентифицированы как Rhodococcus erythropolis, R. rhodochrous, R. fascians и Acinetobacter sp. Установлено, что выделенные штаммы способны использовать в качестве источника азота бензамид и бензонитрил, а также обладают высокой нитрилгидратазной и амидазной активностью. Выявлено, что штаммы

R. rhodochrous 1185 и R. erythropolis 416 из лабораторной кол-

лекции эффективно трансформируют ибупрофен амид с образованием ибупрофена (выход продукта более 80 %).

Селекционированные штаммы представляются перспективными для локальной биологической очистки промышленных стоков, содержащих амиды и нитрилы, биоремедиации загрязненных почв и вод, а также для разработки экологически безопасных технологий синтеза фармацевтических препаратов – нестероидных противовоспалительных средств на основе производных арилпропионовых кислот.

113

elib.pstu.ru

УДК 544.034

Ю.А. Кейн, Д.А. Казаков, В.В. Вольхин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ ЧАСТИЦ НА ИХ СПОСОБНОСТЬ УСИЛИВАТЬ МАССОПЕРЕНОС КИСЛОРОДА В СИСТЕМЕ ГАЗ – ЖИДКОСТЬ

Одним из возможных путей повышения эффективности многих биотехнологических процессов является интенсификация их массообменных стадий. Так, например, усиление массопереноса О2 в системе газ – жидкость может существенно повысить скорость процессов биосинтеза и биодеградации с участием аэробных микроорганизмов. Такой результат можно получить за счет введения в систему полимерных частиц, но анализ литературных данных по влиянию полимерных частиц на массоперенос кислорода в системе газ – жидкость не позволяет получить четкого представления о зависимости скорости массопереноса от физико-химических свойств частиц. В связи с этим отсутствует возможность сформулировать требования для целенаправленного выбора конкретного вида полимерных частиц для интенсификации того или иного процесса, лимитируемого массопереносом кислорода.

Целью данной работы является изучение взаимосвязи между физико-химическими свойствами полимерных частиц и их влиянием на массоперенос кислорода в системе газ – жидкость (воздух – вода).

Для исследования были выбраны полимерные частицы различной дисперсности, приготовленные из химически и биологически устойчивых, легкодоступных материалов, таких как полиуретан, нейлон и поливинилхлорид. Также были получены и исследованы частицы из композиционного материала на основе полиуретана и активированного угля марки БАУ-А (таблица).

114

elib.pstu.ru

Влияние полимерных частиц на транспорт кислорода в системе газ – жидкость

Результаты эксперимента показали, что способность полимерных частиц усиливать массоперенос кислорода увеличивается при повышении угла смачивания их поверхности, уменьшении размера частиц и снижении разности между плотностью полимерного материала и воды.

В ходе дальнейших исследований планируется расширить спектр изучаемых материалов, а в число переменных факторов включить влияние гидродинамических условий и содержания полимерных частиц в водной фазе на массоперенос кислорода в системе газ – жидкость.

115

elib.pstu.ru

УДК 661.832.321

А.Р. Хасанова, М.В. Черепанова, В.З. Пойлов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ГРАНУЛИРОВАНИЯ НЕКОНДИЦИОННОГО МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ХЛОРИДА КАЛИЯ МЕТОДОМ ОКАТЫВАНИЯ СВЯЗУЮЩИМИ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

В настоящее время одним из основных недостатков работы флотационных фабрик является образование значительного количества мелкодисперсного хлорида калия – циклонной пыли (ЦП) на стадии сушки готового продукта. Применение удобрений в виде тонкодисперсных порошков и мелких кристаллов неэффективно из-за большого пылеуноса, потерь при транспортировке, низкой усвояемости питательных веществ растениями, слеживаемости и гигроскопичности. Устранить указанные недостатки, вероятно, возможно за счет ее переработки путем гранулирования с получением товарного продукта. В связи с этим целью работы являлось исследование процесса гранулирования мелкодисперсного КС1 методом окатывания связующими различного типа.

Объектом исследования служила ЦП КС1 с размерами частиц менее 135,0 мкм, содержащая примеси флотореагентов, полученная в промышленных условиях Второго Березниковского калийного рудоуправления ОАО «Уралкалий», при сушке в псевдоожиженном слое технического флотоконцентрата и имеющая следующий химический состав (мас. %): KCl – 90,85, NaCl – 5,62, MgCl2·6H2O – 0,23, CaSO4 – 0,81, н.o. – 2,08, Н2О – 0,28, амины – 0,13.

Методика эксперимента заключалась в следующем: исходную ЦП КС1 смешивали с расчетным количеством связующего

116

elib.pstu.ru

до получения однородного пластифицированного материала, который загружали в гранулятор барабанного типа предварительно нагретый до температуры опыта (25–90 ºС). Продолжительность гранулирования изменяли от 30 до 300 с. После истечения заданного промежутка времени крышку гранулятора открывали и при вращении барабана гранулы выгружали на поддон. Затем гранулы высушивали при температуре 150 ºС в течение 20 мин, после чего определяли гранулометрический состав и измеряли статическую прочность гранул.

Важным параметром проведения процесса являлся вид и расход связующего. В качестве связующих использовали: воду и 10%-е водные растворы связующих различного типа: хлорид калия, карбамид, натрий серноватистый, карбонат натрия, калий кремнекислый.

Установлено, что эффективным связующим является раствор калия кремнекислого. При его расходе 12,0 % к массе исходной ЦП достигается максимальная прочность 11,83 Н/гранула, при этом выход товарной фракции составляет 58,56 %. Однако максимальный выход товарной фракции 75,25 % был достигнут при использовании в качестве связующего 10%-го водного раствора натрия серноватистого, а прочность гранулята при этом составила 10,25 Н/гранула. Дальнейшие исследования проводили на основе полученных результатов.

Повышение температуры при гранулировании должно сопровождаться получением более прочных гранул и снижением содержания влаги в продукте, поступающем на сушку. Проведены эксперименты по гранулированию циклонной пыли в интервале температур 25–90 оС. В качестве связующего в этой серии опытов использовали 10%-й водный раствор калия кремнекислого с расходом 12,0 %.

Повышение температуры процесса гранулирования положительно влияет на выход и прочность гранул товарной фракции. Максимальный выход 58,56 % и прочность гранул 11,83 Н/гранула получены при температуре гранулирования

117

elib.pstu.ru

90 °С. Предел повышения температуры ограничивается увеличением энергозатрат на гранулирование.

Важным критерием процесса окатывания гранул является длительность пребывания смеси в аппарате. Исследования проводили при ранее найденных оптимальных параметрах.

Выход и прочность гранул товарной фракции увеличивается с увеличением продолжительности гранулирования, проходя через максимум (58,56 % и 11,83 Н/гранула) при продолжительности гранулирования 180 с. При малой длительности процесса окатывания 30–120 с формирование гранул затруднено из-за слабой величины адгезии, что снижает выход и прочность гранул товарной фракции. Увеличение продолжительности процесса до 300 с приводит к разрушению ранее сформировавшихся гранул и способствует образованию более мелкой фракции, уменьшению выхода и прочности гранул.

УДК 623.19.47

К.С. Мерзляков, В.С. Попов, Н.П. Углев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА В СОЛЕВОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ

Достаточно широко известным и часто применяемым среднетемпературным теплоносителем является солевой расплав нитрита натрия в смеси с нитратом калия. Он характеризуется хорошими теплофизическими свойствами и достаточно высокой химической и физической стабильностью, позволяющей использовать его десятилетиями без корректировки состава. Однако в связи с объективно существующими термодинамическими условиями равновесия между сложными химическими соедине-

118

elib.pstu.ru

ниями и продуктами их распада при достаточно длительных сроках экспозиции веществ, находящихся в контакте с атмосферным воздухом, неизбежен процесс их частичного разложения, приводящий к определенному изменению состава и физи- ко-химических характеристик теплоносителя.

Известен способ регенерации данного солевого теплоносителя, в процессе которого производится растворение смеси, что в дальнейшем может привести к образованию четырехкомпонентного расплава, состоящего из KNO3, NaNO2, KNO2 и NaNO3, свойства которого не изучены. Таким образом, исследование реакции ионного обмена

KNO3 + NaNO2 ↔ KNO2 + NaNO3

является достаточно актуальным.

В рамках исследования мы провели следующий эксперимент. Приготовили два модельных расплава, первый из которых получили прямым сплавлением нитрата калия с нитритом натрия, второй получили, предварительно растворив навески веществ в воде.

Оба образца проанализировали следующими физико-хими- ческими методами:

1)электронная микроскопия;

2)ДТА;

3)рентгенографический анализ;

4)ИК-фурье-спектроскопия.

Вышеперечисленные методы анализа не позволили выявить изменения основного компонентного состава. Хотя проведенный нами термодинамический расчет показал, что в равновесных условиях уже при 100 °С в смеси может образоваться более 30 мол. % продуктов обмена.

Полученные данные приводят к выводу о необходимости продолжения исследований, в частности, изменении методики эксперимента, изучении кинетики реакции обмена и подбора наиболее адекватного метода анализа с целью объяснения полученного противоречия.

119

elib.pstu.ru

УДК 66.097

Е.О. Кузина, Л.Д. Галимова, А.Р. Кобелева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ МАРГАНЦЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

ВРоссии применение марганцевых катализаторов имеет большое значение в различных сферах деятельности человека. Например, катализаторы на основе диоксида марганца используются в средствах индивидуальной защиты, в катализаторах дожига в автомобильных системах, в системах очистки воздуха на морских судах, а также в системах очистки газов в химической, нефтехимической и горной промышленности.

Влитературных источниках указано, что основными компонентами таких катализаторов являются активные оксид марганца (IV) и оксид меди (II). Известно несколько способов получения активных оксидов марганца и меди. В данной работе использовались способы получения диоксида марганца и окиси меди методом осаждения из соответствующих солей:

•осаждение диоксида марганца сернокислотным способом при взаимодействии перманганата калия с солями Mn2+ в водном растворе;

•осаждение диоксида марганца при взаимодействии кристаллических фаз соединений Mn2+ и Mn7+ в присутствии серной кислоты;

•осаждение окиси меди в горячем растворе сульфата меди

ищелочи с предварительной очисткой от Fe(OH)3 и без очистки от гидроксида железа.

Из осажденных оксидов металлов методом механического смешения в планетарной мельнице получали активную смесь MnO2–CuO. Полученную активную смесь исследовали на нали-

120

elib.pstu.ru