Химия. Эконология. Биотехнология

обладающие определенным оптимальным уровнем смачиваемости, способны концентрироваться в пограничном слое жидкости и снижать сопротивление массопереносу газа через этот слой. Как показал анализ литературы, данные о влиянии дисперсных частиц на массоперенос озона в системе газ – жидкость к настоящему времени отсутствуют.

В соответствии с этим целью данной работы являлось изучение влияния частиц кварца с немодифицированной и гидрофобизированной поверхностью на интенсивность массопереноса озона в системе газ – жидкость.

Исследование интенсивности транспорта О3 в водные суспензии проводили с использованием абсорбера с механическим перемешиванием жидкости Biostat A plus (Sartorius, Германия) при 30 °С. Объемный коэффициент массопередачи озона определяли по методике, основанной на измерении скорости окисления растворенного в водной фазе индигодисульфоната, концентрацию которого определяли фотометрически при длине волны 600 нм. В качестве параметра, характеризующего влияние твердых частиц на интенсивность абсорбции озона, использовали коэффициент усиления массопереноса (Е), который рассчитывали по формуле

E = KL a , KL a0

где KL a, KL a0 – соответственно объемные коэффициенты мас-

сопередачиозона вприсутствии иотсутствии твердых частиц, ч–1. Установлено, что введение в водную фазу немодифицированных частиц кварца (диоксида кремния), имеющих гидрофильную поверхность (угол смачивания около 0º), приводит к незначительному повышению скорости абсорбции озона, коэффициент усиления массопереноса Е = 1,16 (средний размер частиц 40 мкм, концентрация частиц 250 мг/л, скорость перемешивания 200 об/мин). С целью выяснения роли смачиваемости поверхности частиц на их способность усиливать массоперенос

131

elib.pstu.ru

озона была проведена гидрофобизация поверхности кварца путем создания на ней тонкой пленки поливинилхлорида (угол смачивания 83º). В результате проведенного модифицирования поверхности способность частиц кварца усиливать массоперенос О3 в системе газ – жидкость возросла. Показано, что коэффициент усиления массопереноса в присутствии частиц кварца с модифицированной поверхностью при прочих равных условиях составил Е = 1,85. Также было изучено влияние гидродинамических условий и концентрации модифицированных частиц кварца на массоперенос озона в системе газ – жидкость. Установлено, что при повышении скорости перемешивания в диапазоне 100–200 об/мин наблюдается увеличение коэффициента усиления массопереноса с 1,00 до 1,85, однако при дальнейшем повышении скорости перемешивания в интервале 200–400 об/мин происходит постепенное снижение коэффициента Е вновь до значения 1,00. Показано, что при повышении концентрации частиц кварца с модифицированной поверхностью в интервале 62,5–250,0 мг/л наблюдается рост коэффициента усиления массопереноса озона с 1,23 до 1,85, дальнейшее увеличение концентрации частиц не влияет на величину коэффициента Е.

Таким образом, введение дисперсных частиц кварца с модифицированной поливинилхлоридом поверхностью позволяет существенно (до 1,85 раза) повысить объемный коэффициент массопередачи озона в системе газ – жидкость без дополнительных затрат энергии на перемешивание, что говорит о перспективности применения данного подхода для интенсификации процессов озонирования.

132

elib.pstu.ru

УДК 615.012.8

М.С. Федорова, Л.В. Волкова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

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

ПРОБЛЕМЫ УНИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ПРЕПАРАТА ИНТЕРФЕРОН

Одним из надежных способов, обеспечивающих сохранение активности лекарственных форм интерферона, является сублимационная сушка. Данный способ промышленного выпуска лекарственных средств используется и в Пермском НПО «Биомед».

Сушка, как завершающий этап производства, существенным образом сказывается на качестве выпускаемой продукции, которая зависит от технического уровня сушки (Зеркаев А.И., 2010; Булкин М.С., 2010): степени автоматизации и механизации режимов процесса, совершенства сушильной аппаратуры, чистоты воздуха. Несмотря на большое количество материала по данному вопросу, общие закономерности по технологии сушки препаратов не найдены. Для каждого препарата их разрабатывают индивидуально.

В настоящее время общепризнанно, что при сублимационной сушке происходят некоторые изменения свойств, таких как влажность, структура, специфическая активность препарата. Проблема стабильности влажности и активности препарата имеет прямое отношение к лекарственным средствам на основе интерферона.

Таким образом, стоит задача об унификации процесса сублимационной сушки микропорошков интерферона. И решение проблемы стабильности может быть достигнуто изучением условий (Сербис Е.С., 2001) и характера процессов, протекающих

133

elib.pstu.ru

в ходе сублимационной сушки (Клочкова Т.И., 2005), а также изменением состава препарата, таким как изменение среды культивирования и состава стабилизирующих веществ (Шала-

ев Е.Ю., 2004).

Основные свойства конечного продукта – лиофилизированного интерферона зависят от входящих параметров, т.е. от условий процесса сублимации и от устойчивости системы. Неустойчивость системы лиофильной сушки интерферона может объясняться процессами химического разложения и физического взаимодействия, происходящими с препаратом в процессе лиофилизации или изменением заданного значения регулируемого параметра, такого как разрежение в аппарате или температура в камере. Возмущение по заданию приложено к автоматическому регулятору этих величин. И то и другое возмущения приводят к возникновению переходного процесса. Характер переходного процесса зависит как от свойств самой системы, так и от вида возмущающего воздействия. Следовательно, чтобы определить, устойчива ли система, нужно составить ее дифференциальное уравнение и решить его, при этом будет найдены изменения регулируемого параметра во времени, т.е. построен переходный процесс.

В дальнейшем планируется изучить условия лиофилизации интерферона в условиях крупномасштабного производства, и на основе полученных данных провести математическое моделирование лиофилизации интерферона.

134

elib.pstu.ru

УДК 544.034

М.В. Волкова, Д.А. Казаков, В.В. Вольхин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ АЭРОБНЫХ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ

Одним из основных факторов, влияющих на скорость аэробных биотехнологичеких процессов, является интенсивность массопереноса кислорода в системе газ – жидкость. Ввиду низкой растворимости и медленной диффузии кислорода в водной фазе его массоперенос зачастую является лимитирующей стадией процесса. В данной работе рассматривается возможность повышения интенсивности абсорбции кислорода при введении в водную фазу ультрадисперсных частиц. Литературные данные по влиянию ультрадисперсных частиц на массоперенос в системах газ – жидкость противоречивы, сообщается как о повышении, так и уменьшении скорости абсорбции газов в их присутствии. Недостаточно информации о влиянии физикохимических свойств наночастиц на их способность изменять интенсивность массопереноса в системе газ – жидкость.

В связи с этим целью настоящей работы является изучение влияния ультрадисперсных частиц с различными физикохимическими свойствами на массоперенос кислорода в системе газ (воздух) – жидкость (водная фаза). Основное внимание планируется уделить решению следующих задач:

1) получение ультрадисперсных частиц, устойчивых к агрегации и не обладающих токсичностью в отношении микроорганизмов;

135

elib.pstu.ru

2)изучение влияния ультрадисперсных частиц на интенсивность массопереноса кислорода на модельных средах в биореакторе;

3)изучение макрокинетики окисления сульфит-ионов кислородом в присутствии ультрадисперсных частиц;

4)изучение влияния ультрадисперсных частиц на скорость процессов биосинтеза и биодеградации, лимитируемых массопереносом кислорода в системе газ – жидкость.

Особое внимание при выполнении исследования планируется уделить получению и исследованию влияния на массопере-

нос О2 наночастиц магнетита (Fe3O4). Перспективность использования наночастиц с магнитными свойствами для интенсификации биотехнологических процессов обусловлена возможностью их быстрого выделения из культуральных жидкостей при помощи магнитного поля с последующим повторным использованием.

УДК 631.4

М.А. Мокроусова, Е.В. Фарберова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ Zn2+,

СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОРБЕНТОВ

Внастоящее время в биосферу поступает свыше 500 тыс. разновидностей химических веществ – продуктов хозяйственной деятельности, большая часть которых накапливается в почве. Среди загрязнителей значительное место занимают тяжелые металлы. К ним относятся элементы, имеющие большое биохи-

136

elib.pstu.ru

мическое и физиологическое значение: медь, цинк, свинец, молибден, кобальт, марганец и др.

Основными источниками поступления тяжелых металлов в почву являются промышленные предприятия, атмосферные выбросы, транспорт, химические средства, используемые в сельском хозяйстве. Тяжелые металлы, попадая в организм человека, остаются в нем навсегда. Достигая определенной концентрации, они начинают свое губительное воздействие и вызывают острыеотравления, заболевания органов, мутационные изменения.

Загрязнение почв тяжелыми металлами наблюдается во многих регионах России, и Пермский край не является исключением. Эта проблема является одной из наиболее важных. Данное исследование посвящено изучению возможности ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами. Целью работы является изучение возможностей восстановления почвы, загрязненной ионами цинка, с использованием в композиции активного угля с сорбентом – магнийаммонийфосфатом.

Отобраны 7 проб почв с территорий, расположенных вблизи проезжей части. С помощью метода атомно-абсорбционного спектрометра iCE3500 определено содержание ионов Zn2+, Cu2+ в пробах почвы (табл. 1).

elib.pstu.ru

Из табл. 1 видно, что в пробах почв содержание ионов Zn2+ и Cu2+ превышает установленные предельно допустимые значения (СанПиН ГН 2.1.7.020–94). Для дальнейшей работы отобран образец почвы №4, как наиболее загрязненный по показателям концентраций ионов Zn2+ и Сu2+, содержание которых превышает ПДК в 11 и 25 раз, соответственно.

Отобранную пробу почвы исследовали на подвижность ионов металлов с помощью водной, буферной и кислотной вытяжек (табл. 2).

Таблица 2

Содержание металлов в почве, мг/г

Для исследований приготовлены 3 образца сорбента: магнийаммонийфосфат (МАФ), активный уголь (БАУ-А) и активный уголь импрегнированный МАФ (БАУ-А-МАФ). Изучены их сорбционные свойства по извлечению ионов Zn2+. После введения сорбентов в количестве 0,4 % через равные промежутки времени определяли состояние ионов Zn2+ (табл. 3).

Таблица 3

Результаты водной и кислотной вытяжек из почвы с добавлением сорбентов, мг/г

Как показывают данные табл. 3, в кислотной вытяжке наблюдается уменьшение ионов Zn2+.

138

elib.pstu.ru

УДК 541.183.12

Д.А. Рожина, Л.С. Пан, В.В. Вольхин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПОЛУЧЕНИЕ СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ГЕКСАЦИАНОФЕРРАТА ЖЕЛЕЗА И МОРСКИХ ВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ИОНОВ ЦЕЗИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

В связи с современными природными катаклизмами мировой проблемой является защита населения от радиоактивного загрязнения, которое может происходить из-за аварий на атомных электростанциях и предприятиях ядерной промышленности, а также в результате испытания ядерного оружия. Накапливаясь в наземной части растений, радиоизотопы переходят с пищей в организм животных, что в свою очередь обусловливает радиоактивное загрязнение продукции животноводства – молока и мяса. Чрезвычайно важным является актуальность разработки эффективных сорбционных материалов для извлечения радионуклидов из водных объектов, а также создание так называемых радиопротекторов – веществ различного происхождения, повышающих устойчивость организма к радиационным воздействиям и декорпорантов – средств, ускоряющих выведение радионуклидов из организма.

Хорошо известен и широко используется для этих целей антидот на радиоцезий под торговой маркой «ФЕРРОЦИН», созданный на основе гексацианоферрата железа (регистрационный номер: ЛСР-010485/08). Он применяется для ускоренного выведения радиоактивного цезия, инкорпорированного в организме и профилактике его накопления в организме при поступлении в желудочно-кишечный тракт с продуктами питания. Недостатком данного сорбента является механическая непрочность

139

elib.pstu.ru

и медленная проницаемость изотопа цезия внутрь сорбента. Высокая слеживаемость ферроцина и низкая скорость извлечения цезия не позволяют использовать его в качестве сорбента для очистки воды в динамических условиях. Поэтому возникла необходимость создания сорбента на основе гексацианоферрата железа и морских водорослей. Выбор водорослей обусловлен тем, что они обладают высокой катионообменной емкостью, за счет содержания альгиновых кислот и ее солей, что позволяет обеспечить эффективное включение соединений в матрикс водорослей и использовать их в качестве носителя для биосорбентов. Кроме того, они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к сорбентам для очистки воды и продуктов питания, а именно: не содержат токсичных компонентов, имеют удобную форму использования и невысокую стоимость.

В данной работе были получены сорбенты на основе гексацианоферрата (II) железа (III) – калия и морских водорослей Cystoseira (Cys) и Camca (С). Для этого высушенные и измельченные водоросли последовательно обрабатывались водными растворами хлорного железа и гексацианоферрата калия при постоянном перемешивании. С целью ускорения коагуляции осадка образцы некоторых сорбентов обрабатывали раствором желатина в щелочной среде, с целью подавления пептизации полученного сорбента, его промывали раствором кислоты. Получено триобразца сорбента иизучены их сорбционные свойства.

Статическая обменная емкость СОЕСs+ , мг/г: Cys-ГЦФ-Fe – 20,66; Cys-ГЦФ-Fe-желатин – 17,68; C-ГЦФ-Fe-желатин – 18,98.

140

elib.pstu.ru