Химия. Экология. Биотехнология - 2016

По причине низкой энергии водородных связей ионы Mg(H2O)62+ и PO43– должны проявлять повышенную лабильность, что создает условия для их перехода в жидкую фазу и участия в химических реакциях с другими ионами, присутствующими в растворе. При этом могут образовываться малорастворимые соединения. Возможность участия Mg3(PO4)2·22H2O в таких взаимодействиях делает возможным его использование в технологии ремидиации почв, загрязненных тяжелыми металлами.

Однако результаты экспериментов показали, что Mg3(PO4)2·22H2O характеризуется метастабильностью, и при синтезе образуются другие кристаллогидраты, которые не обладают необходимыми сорбционными свойствами. Поэтому потребовалась более тщательная оптимизация режима процесса синтеза Mg3(PO4)2*22H2O.

Основу метода синтеза Mg3(PO4)2·22H2O составляет обычное взаимодействие ионов Mg2+ HPO42– в избытке воды. Но важно определить условия синтеза именно этого кристаллогидрата. Для уточнения условий синтеза был проведен ряд экспериментов, в которых изучалось влияние концентрации ионов, значение рН и времени выдержки осадка в маточнике. Результаты исследования показали, что взаимодействие растворов 0,1М MgCl2 и 0,1M Na3PO4 в стехиометрическом соотношении при pH > 9,5 приводит к образованию Mg3(PO4)2·22H2O. Имеет значение температура растворов. При температурах 25–30 оС и выше возможно образование устойчивой структуры Mg3(PO4)2·8H2O. Однако выдерживание Mg3(PO4)2·22H2O в маточном растворе при комнатной температуре оказывается достаточным для постепенной потери фосфатом магния кристаллизационной воды, что может приводить к образованию мостиковых связей – О – между группами PO43– и Mg2+ в составе твёрдой фазы и к потере сорбционных свойств. Полное обезвоживание кристаллогидрата происходит при термической обработке осадка.

Следующим шагом исследования была проверка способности Mg3(PO4)2·22H2O поглощать ионы тяжелых металлов. На примере ионов Ni2+ показано, что суперкристаллогидрат спосо-

51

бен поглощать ионы тяжелых металлов с образованием продуктов взаимодействия состава Mе3(PO4)2·8H2O, где Ме – ион тяжелого металла.

Дальнейшие исследования планируется проводить применительно к ремедиации почв, загрязненных ионами тяжелых металлов.

УДК 623.19.47

М.А. Чудинова, Е.А. Фарберова, А.В. Виноградова

ИММОБИЛИЗАЦИЯ КЛЕТОК МИКРООРГАНИЗМОВ НА УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТАХ

СЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ БИОКАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ФЕНОЛСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

АО «Сорбент» является российским лидером по выпуску активных углей.

В технологическом процессе получения древесных активных углей на предприятии образуются отходящие газы активации, которые требуют очистки. Газы активации поступают в скруббер циклонного типа, заполненный водой, где происходит очистка от растворимых и механических примесей. Отработанная шламовая вода, содержащая целый спектр примесей, включая фенолсодержащие соединения, отводится на очистку. На стенках и дне скруббера откладывается твердый осадок, который затрудняет очистку аппарата.

Целью данного исследования было создание биокатализатора для очистки шламовых сточных вод.

52

Задачами исследования являлись:

1.Выделение нефтеокисляющих микроорганизмов из шламовой воды и исследование различных их характеристик;

2.Выбор и анализ активных углей различной природы (гранулированные, дробленые, волокнистые из растительного

икаменноугольного сырья);

3.Отработка параметров иммобилизации клеток микроорганизмов на поверхности выбранный углей;

4.Исследование удерживающей способности углей по отношению к клеткам микроорганизмов;

5.Исследование биоокисляющих свойств биосорбентов при очистке шламовых вод;

Для реализации поставленной цели изучен состав шламовой воды, отобранной из скруббера после очистки газов активации. Вода представляет собой раствор, содержащий взвесь твердых частиц недоактивированного угля.

Известно, что углеродсодержащие материалы могут служить питательной средой для ряда микроорганизмов. Из шламовой воды выделили отдельные колонии микроорганизмов. Принимая во внимание состав шламовых вод, очевидно, что это клетки углеводородокисляющих микроорганизмов. Клетки микроорганизмов, выделенные из шламовой воды, культивировали методом накопительной культуры. Проведены морфологическое описание и микроскопирование.

Клетки выделенной культуры имеют палочкообразную форму, слегка изогнутую тонкую оболочку. На поверхности агара микроорганизмы росли в виде слизи с краями неопределенной формы, колонии имели белый цвет.

Построена кривая роста, на основании которой можно сделать вывод, что культура имеет продолжительный лаг, период 18 ч, в течение которого происходит её адаптация к условиям культивирования, экспоненциальная фаза роста составляет 30 ч, стационарная фаза роста продолжается в течение 24 ч, а удельная скорость роста равна 0,045 ч–1.

53

Проведены исследования возможности обезфеноливания шламовой воды путём введения в неё клеток выделенной культуры, и показано, что при этом происходит снижение содержания фенолов в очищаемой воде в 4 раза.

В качестве основы биокатализатора выбраны активные угли, отличающиеся формой и размерами частиц, качеством сырья, условиямиполученияихарактеристикамипористойструктуры.

Проведены исследования сравнительной адсорбционной способности активных углей в процессе очистки шламовой воды. ХПК исходной воды составляло 1200 мгО2/дм3, перед адсорбционным экспериментом пробу шламовой воды центрифугировали и установили, что ХПК снизилось до 800 мгО2/дм3. Анализ сорбционных свойств активных углей изучали в статических условиях путём погружения навески угля в заданный объём воды на время от 30 до 180 мин при непрерывном перемешивании. Наибольшую степень извлечения примесей из шламовой воды показали активный уголь марок АГ-3, АГ-5 и активный уголь на основе кокоса.

Иммобилизацию клеток микроорганизмов на поверхности активных углей проводили статическим методом.

Изучена удерживающая способность активных углей разных марок по отношению к клеткам микроорганизмов. Определена сравнительная биокаталитическая активность полученных углеродных биокатализаторов при очистке шламовой воды.

54

УДК 549.755.21

А.В. Шутова, Г.В. Леонтьева, В.В. Вольхин

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СОРБЦИЮ ИОНОВ НИКЕЛЯ МАГНИЙАММОНИЙФОСФАТОМ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Струвит MgNH4PO4·6H2O рекомендован для использования

вкачестве мелиоранта-стабилизатора при ремедиации почв, загрязнённых тяжёлыми металлами (ТМ). Однако процесс поглощения ионов ТМ струвитом может осложняться за счёт присутствия в почвенном растворе поверхностно-активных веществ (ПАВ), продуцируемых микроорганизмами-нефтедеструкторами. В условиях загрязнения почвы нефтью и нефтепродуктами образующиеся ПАВ могут адсорбироваться на поверхности раздела

всистеме «жидкость – твёрдое тело» и создавать трудности, например, для обмена ионов Mg2+ → Ni2+ с участием струвита.

Цель данной работы – определение роли ПАВ при сорбции ионов Ni2+ струвитом.

На данном этапе исследование проведено с модельными ПАВ, свойства которых чётко выражены и хорошо воспроизводимы. Использовали катионогенный ПАВ – бромид гексадецилтриметиламмоний (СТАВ), анионогенный – лаурилсульфат натрия (SDS), неионогенный – полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурат (Tween 20). Такой выбор ПАВ проведён с учётом свойств струвита: частицы струвита приобретают отрицатель-

ный заряд при избытке в растворе ионов HPO42–, положительный – при избытке ионов Ni2+ и Mg2+ и близкий к нейтральному

55

можно ожидать, что избыточные катионы или анионы различным образом будут влиять на морфологию и размер кристаллов струвита и, возможно, на обменные процессы с его участием.

Результаты экспериментов подтвердили, что исследованные образцы ПАВ оказывают существенное влияние на сорбцию ионов Ni2+ струвитом, особенно на стадии его перекристаллизации. Эффект ПАВ становится ощутимым при их концентрации в растворе 2,5·10–3 и выше. При данной концентрации ПАВ размер кристаллов струвита, участвовавшего в процессе сорбции, заметно уменьшился, и это особенно проявляется в присутствии SDS. Под влиянием ПАВ также снижается сорбция ионов Ni2+ струвитом. Проводится анализ условий, способствующих ослаблению эффекта ПАВ.

УДК 623.19.47

О.В. Махрова, О.И. Бахирева, М.М. Соколова

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЧИСТКИ ПОЧВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В Пермском крае ведется добыча минеральных солей, бурых железняков, хромитовых руд, известняка, разнообразных драгоценных, облицовочных и поделочных камней. Свинец часто входит в состав данных руд и пород в качестве «побочных» солей и соединений, вследствие чего входит в состав шлаков и отходов производства, загрязняя почву. Из почвы вместе со сточными водами его ионы могут попадать в систему рек, водоемов и водоснабжения населения. Свинец относят к тяжелым металлам, токсичным для человека и живой природы, и это может стать довольно серьёзной проблемой в ближайшем будущем.

56

В основу данной работы взята статья Дианы Вило и Хелены Керетти о бактериях Pseudomonas veronii 2E, способных выживать и сорбировать ионы кадмия, цинка и меди, эффективно очищая среду от этих ионов. В этой работе исследуется влияние свинца на жизнедеятельность данных бактерий и способность их сорбировать данные ионы.

Для проверки способности сорбции ионов свинца бактериями Pseudomonas veronii 2E согласно методическим рекомендациям МР 2.1.7.2297-07 «Обоснование класса опасности отходов производства и потребления по фитотоксичности» выбрана методика «фитотеста». Она основана на способности семян адекватно реагировать на экзогенное химическое воздействие путем изменения интенсивности прорастания корней, что позволяет принять длину последних за показатель тест-функции. Критерием вредного действия считается ингибирование роста корней семян. Проращивание семян осуществляется в чашках Петри с фильтровальной бумагой, куда вносится водный экстракт исследуемой суспензии. Суспензия представляет собой культуральную жидкость бактерий Pseudomonas veronii 2E с внесенной почвой, загрязненной известными концентрациями ионов свинца. Данная культуральная жидкость отстаивается на качалке до момента пика роста культуры Pseudomonas veronii 2E. Таким образом оценивается возможность применения данной культуры для очистки почв от ионов тяжелых металлов Pb2+.

Фитотест показал, что рост семян овса, с всхожестью 45 % в дистиллированной воде, ингибируется присутствием ионов свинца с концентрацией 50 мг/кг воздушно-сухой почвы, однако не останавливается полностью. Всхожесть семян при обработке почвенной вытяжкой, полученной из почвы, предварительно обработанной раствором соли свинца, составила 23 %. При предварительной обработке почвы культуральной жидкостью с внесёнными в неё клетками Pseudomonas veronii 2E всхожесть составляет 56 %, наблюдается положительное влияние присутствия клеток и их метаболитов на рост семян. При предвари-

57

тельной обработке почвы раствором соли свинца и культуральной жидкостью, содержащей культуру клеток Pseudomonas veronii 2E, ингибирующего действия не наблюдается, всхожесть является наибольшей и составляет 73 %, а длина корней является максимальной из всей серии опытов.

Таким образом, доказан сорбционный эффект культуры Pseudomonas veronii 2E на ионы свинца в достаточно высоких концентрациях.

УДК 579.222.4

П.В. Вельева, Н.Б. Ремезовская, А.Ю. Максимов

ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНАЯ БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗОКСАЗИНА И ХИНОЛИНА

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В настоящее время большое внимание уделяется изучению энантиоселективного биокаталитического синтеза практически важных органических соединений. В частности, актуальным направлением является получение интермедиатов синтеза фторхинолонов. Фторхинолоны – современный класс антибактериальных препаратов. Фторхинолоны представляют собой молекулы, полученные путем химического синтеза, которые при дальнейшей направленной химической модификации путем изменения структуры заместителей могут быть трансформированы в соединения с улучшенными химиотерапевтическими и фармакологическими характеристиками. Наиболее известными представителями фторхинолонов являются левофлоксацин, прулифлоксацин, моксифлоксацин, ципрофлоксацин. Фторхинолоны проявляют высокую активность по отношению к грам-

58

положительным коккам, активны в отношении анаэробных возбудителей. В последние годы фторхинолоны все шире применяются для лечения туберкулеза.

Применение микроорганизмов в качестве носителей активных полиферментных систем, способных переводить экзогенные органические соединения в разнообразные полезные продукты, основано на том, что они могут осуществлять в одну стадию важнейшие превращения, требующие при синтезе 20 химических стадий. Уникальная специфичность и стереоспецифичность действия ферментов, возможность проведения процессов в «мягких» условиях, протекание реакций с высокой скоростью при использовании незначительных количеств катализатора, практическое отсутствие побочных реакций – все это делает процессы энантиоселективной биотрансформации привлекательными и перспективными с технологической точки зрения.

Цель работы состоит в исследовании возможности использования ферментных систем ряда почвенных микроорганизмов

впроцессах энантиоселективной биотрансформации производных бензоксазина и хинолина как потенциальных интермедиатов синтеза фторхинолонов.

Врезультате проведенного исследования определено влияние трансформируемого субстрата на рост бактериальных культур. Для каждого штамма выявлены оптимальные фазы роста,

вкоторых клетки впоследствии отобраны для биотрансформации. Биотрансформацию производных бензоксазина и хинолина

проводили в течение 7 суток. Согласно предварительным результатам эффективность и стереоселективность конверсии зависят от структуры субстрата.

59

УДК 628.3

А.Ю. Катышева, Е.А. Фарберова, Е.А. Тиньгаева

РАЗРАБОТКА БАКТЕРИЦИДНОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ АКТИВНОЙ УГЛЕРОДНОЙ ТКАНИ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Известно, что начальные этапы обработки воды – осветление, обесцвечивание, отстаивание и фильтрование – позволяют уничтожить до 98 % микроорганизмов, которые содержатся в воде. При этом остальные 2 % остаются в активном состоянии (среди них встречаются и патогенные). Именно поэтому после очистки воды согласно санитарным нормам должно проводиться ее обеззараживание. Современные методы обеззараживания воды позволяют очищать воду без образования различных побочных продуктов и даже свести к минимуму затраты на проведение данной операции. В процессе обеззараживания воды происходит уничтожение микроорганизмов и вирусов, которые оказывают значительное влияние на развитие инфекционных заболеваний как у человека, так и у животных. На сегодняшний день существует множество способов обеззараживания воды. Но большинство из них имеет либо короткий срок действия, либо их применение вызывает развитие заболеваний в организме человека. Поэтому необходимо разрабатывать новые, более эффективные и доступные способы.

Целью данной работы является разработка сорбента на основе активной угольной ткани, обладающего антимикробной активностью. Придание ткани антимикробной активности осуществлялось путём нанесения на неё меди методом её электрохимической обработки в растворе электролита. Исследовано

60