Химия. Экология. Биотехнология – 2015

биодеградации с предварительным озонированием, их сравнительная оценка и выбор процесса для технологии очистки сточной воды от 4-НФ.

В ходе исследования изучена динамика биодеградации 4-НФ. Показано, что биодеградация 4-НФ идет более интенсивно при малых его концентрациях (менее 0,139 г/л). Увеличение концентрации 4-НФ ингибирует рост микроорганизмов и замедляет процесс его биодеградации. Изучена динамика некаталитического озонирования 4-НФ. Установлено, что скорость минерализации 4-НФ при некаталитическом озонировании повышается с ростом рН, повышением температуры и снижением начальной концентрации 4-НФ. Получены магнитосепарируемые катализаторы для процесса озонирования 4-НФ, представляющие собой тонкодисперсные композитные частицы с ядром, состоящим из магнетита (Fe3O4), и оболочкой из диоксида титана (TiO2). Изучено влияние полученных катализаторов на скорость минерализации органического углерода в ходе озонирования 4-нитрофенола (табл. 1). Можно видеть, что введение катализатора TiO2(аморфный)/Fe3O4 при озонировании 4-НФ приводит к повышению эффективной константы скорости минерализации органического углерода в 1,6 раза.

Таблица 1

Влияние магнитосепарируемых катализаторов на эффективную константу скорости (kэфф) минерализации органического углерода при озонировании 4-НФ (концентрация катализатора 1,2 г/л, температура 30 °С)

Катализатор TiO2(анатаз)/Fe3O4 практически не оказывает влияния на скорость процесса, что можно объяснить существенным снижением величины удельной поверхности и концентрации по-

21

верхностных ОН-групп в ходе температурной обработки (600 °С), использованной при получении данного катализатора. Определен оптимальный состав катализатора TiO2(аморфный)/Fe3O4, который соответствует содержанию магнетита, равному 30 мас. %. Показано, что с увеличением содержания катализатора TiO2(аморфный)/Fe3O4 скорость минерализации 4-НФ повышается (табл. 2).

Таблица 2

Влияние содержания катализатора TiO2(аморфный)/Fe3O4 на эффективную константу скорости (kэфф) минерализации органического углерода при озонировании 4-НФ (температура 30 °С)

Изучена динамика минерализации 4-НФ путем биодеградации с предварительным озонированием. Показано, что предварительное озонирование воды, содержащей 4-НФ, приводит к снижению скорости минерализации органического углерода при биодеградации.

На основе полученных данных предложена технологическая схема процесса очистки воды от 4-НФ.

22

УДК 544.034

А.В. Цуканов, Д.А. Казаков, В.В. Вольхин

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТОСЕПАРИРУЕМЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ БИОКАТАЛИТИЧЕСКОГО И ХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ГЛЮКОНОВОЙ КИСЛОТЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Глюконовая кислота и ее производные широко применяются в пищевой, фармацевтической и текстильной отраслях промышленности, а также в кормопроизводстве. В настоящее время известно несколько методов синтеза глюконовой кислоты из глюкозы путем ее химического, электрохимического или ферментативного окисления. Наибольший интерес представляют ферментативный и химический методы синтеза глюконовой кислоты. Ферментативный метод основан на использовании глюкозооксидазы, фермента, катализирующего окисление глюкозы кислородом. Применение очищенного свободного (не закрепленного на носителе) фермента для осуществления данного процесса является нецелесообразным, так как очищенные ферментные препараты дороги и, кроме того, отсутствует возможность их повторного использования, а также существует необходимость очистки готового продукта от фермента. В связи с этим актуальными являются исследования, направленные на получение биокатализаторов на основе целых клеток микроорганизмов, иммобилизованных на твердофазном дисперсном носителе. При химическом окислении глюкозы применяются твердофазные дисперсные катализаторы на основе металлического палладия на носителе. После завершения биокаталитического или химического окисления глюкозы дисперсные частицы катализаторов необходимо удалять из водной фазы, что осложняет техноло-

23

гический процесс. Перспективным подходом к решению этой проблемы представляется разработка катализаторов с магнитными свойствами, которые могут быть легко удалены из водной фазы с применением магнитного сепарирования. В соответствии с этим цели настоящего исследования – получение и изучение свойств магнитосепарируемых катализаторов для биокаталитического и химического синтеза глюконовой кислоты, а также сравнительная оценка эффективности полученных катализаторов. Основное внимание уделено решению следующих задач: 1) выделение культуры микроорганизмов – продуцентов глюкозооксидазы, изучение кинетики роста и глюкозооксидазной активности выделенной культуры; 2) получение твердофазного магнитосепарируемого дисперсного носителя для катализаторов химического и биохимического окисления глюкозы; 3) получение биокатализатора окисления глюкозы путем иммобилизации микроорганизмов – продуцентов глюкозооксидазы на полученном магнитосепарируемом носителе, изучение каталитической активности полученного биокатализатора; 4) получение магнитосепарируемого Pd-содержащего катализатора химического окисления глюкозы, изучение его каталитической активности; 5) сравнительная оценка магнитосепарируемых катализаторов биохимического и химического окисления глюкозы.

В ходе исследования выделена культура микроскопических грибов – продуцентов глюкозооксидазы. Выделенная культура по результатам микроскопирования и морфологическим признакам отнесена к роду Penicillum. Проведен синтез твердофазного магнитосепарируемого дисперсного носителя для катализаторов химического и биохимического окисления глюкозы, представляющего собой тонкодисперсные композитные частицы с ядром, состоящим из магнетита (Fe3O4), и оболочкой из силикагеля (SiO2). На основе синтезированного носителя получен магнитосепарируемый Pd-содержащий катализатор химического окисления глюкозы (Pd/SiO2/Fe3O4). Экспериментально подтверждена активность полученного катализатора в отношении окисления глюкозы. Изучено влияние гидродинамических условий на скорость окисления глюкозы в присутствии катализатора Pd/SiO2/Fe3O4 (таблица).

24

Влияние гидродинамических условий на скорость окисления глюкозы в присутствии катализатора Pd/SiO2/Fe3O4 (концентрация катализатора 1 г/л)

Показано, что скорость каталитического окисления глюкозы повышается с увеличением интенсивности перемешивания жидкой фазы, что свидетельствует о протекании процесса в диффузионном режиме.

УДК 543

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

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГЛИЦЕРИНА В БИОДИЗЕЛЕ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Биодизель представляет собой метиловый или этиловый эфир жирных кислот. Его получают по реакции переэтерификации триглицеридов – растительных масел. Продуктами реакции переэтерификации являются сложный эфир и глицерин. Примесь глицерина в биодизеле согласно европейскому стандарту (EN 14214) не должна превышать 0,25 мас. %. Поэтому выбору методик определения содержания глицеринав биодизелеуделяется повы-шенное внимание.

Для определения содержания свободного глицерина в биоди-

зеле предложена методика (Keppy N.K., Bain G., Allen M.W.), осно-

ванная на взаимодействии глицерина с периодатом натрия.

25

В присутствии ацетилацетона образуется 3,5-диацетил-1,4-дигид- ролютидин – комплекс желтого цвета, для которого максимум абсорбционного пика проявляется при 410 нм. Однако испытание методики согласно опубликованной прописи не привело к получению необходимых результатов.

Поскольку промежуточным продуктом взаимодействия глицерина с периодатом натрия является формальдегид, то дополнительные эксперименты были проведены по уточнению условий взаимодействия формальдегида с ацетилацетоном. Согласно ГОСТ Р 55227-2012 формальдегид взаимодействует с ацетилацетоном в среде уксуснокислого аммония. Аналогичная операция была включена в методику определения глицерина. и после модифицирования методика оказалась вполне работоспособной.

Определение содержания глицерина провели на спектрофотометре Unico 1201. Градуировочный график, выражающий зависимость показателей абсорбции при 410 нм от концентрации глицерина, характеризуется коэффициентом линейной регрессии R2 = 0,96. Контрольное определение содержания глицерина в образце показало результат9,48 мг/кгприотносительном отклонении5,28 %.

УДК 661.152.2

O.Г. Стефанцова, В.А. Рупчева, Г.Р. Гайнанова, В.З. Пойлов

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНВЕРСИИ ХЛОРИДА КАЛИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ ПОД ВАКУУМОМ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Процесс конверсии хлорида калия серной кислотой используют в технологии получения сульфатных калийных удобрений для получения гидросульфата калия, который впоследствии перераба-

26

тывают на готовое удобрение. Производство сульфатных калийных удобрений является перспективным направлением в развитии калийной промышленности. Главным преимуществом таких удобрений является возможность использования их для растений, не переносящих избытка хлора. Также накопление в почве хлорид-ионов может иметь ряд негативных последствий, в том числе снижение урожая или засаливание почвы. Побочным продуктом в данном процессе является соляная кислота, которую можно применить

вхимической, медицинской, нефтяной промышленности, а также

вчерной и цветной металлургии.

Конверсия хлорида калия серной кислотой протекает в соответствии с химической реакцией:

В представленной работе был исследован процесс конверсии суспензии хлорида калия серной кислотой под вакуумом. В качестве калийсодержащего сырья использовали циклонную пыль хлористого калия, которая является некондиционным продуктом предприятия ОАО «Уралкалий», и серную кислоту, получаемую на

ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез». Процесс вели при температуре кипения суспензии, при постоянной скорости перемешивания 500 об/мин в течение 1 ч. При этом в конвертируемой суспензии использовали соотношение KCl:H2O = 1:2, а избыток серной кислоты при конверсии составил 10 % от стехиометрии. Применение вакуума в процессе конверсии позволило снизить температуру кипения суспензии хлорида калия, а следовательно,

итемпературу процесса. Температура кипения суспензии KCl при различных значениях давления в исследуемой системе представлена в табл. 1.

Кроме того, применение пониженного давления при конверсии суспензии циклонной пыли хлорида калия серной кислотой позволяет увеличить выход основных продуктов – гидросульфата калия

ихлористого водорода. Выход продуктов реакции в исследуемых условиях при различных значениях давления представлен в табл. 2.

27

Таблица 1

Температуры кипения суспензии хлорида калия при различных значениях давления в исследуемой системе

Таблица 2

Выход продуктов реакции в исследуемых условиях при различных значениях давления

В исследуемых условиях снижение давления в большей степени влияет на выход хлористого водорода (см. табл.2), так как при этом происходит интенсификация процесса десорбции соляной кислоты. Давление на выход гидросульфата калия влияет косвенно (чем ниже давление, тем выше интенсивность испарения воды, а следовательно, выше концентрация гидросульфата калия и величина пересыщения) Таким образом, можно сделать вывод, что использование вакуума в процессе конверсии хлорида калия серной кислотой позволяет снизить температуру процесса и увеличить выход основных продуктов.

28

УДК 543

Н.С. Воронина, И.А. Пермякова, В.В. Вольхин

РАЗРАБОТКА СТАДИИ ЭТЕРИФИКАЦИИ ОТРАБОТАННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА

С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ МАЛООТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ БИОДИЗЕЛЯ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Одним из наиболее перспективных направлений биотехнологии считается получение биодизельного топлива – топлива из возобновляемых источников (растительных масел и животных жиров).

Использование чистых растительных масел для производства биотоплива считается нецелесообразным, так как они относятся к пищевым продуктам. Поэтому возникает необходимость поиска альтернативного варианта, каким может являться использование в качестве сырья для биодизеля некондиционных масел, т.е. масел, не пригодных для дальнейшего применения в пищевых целях (например, масло, остающееся после жарки или с истекшим сроком годности).

При использовании вторичного сырья для одностадийной технологии получения биодизеля возникают трудности в связи с процессом омыления жирных кислот, что приводит к образованию устойчивых эмульсий. В данной работе реализуется двухстадийная технология: на первой стадии осуществляется реакция этерификации свободных жирных кислот, а на второй стадии – переэтерификация масла. Продуктами двух стадий являются эфиры жирных кислот, т.е. биодизель.

Лимитирующей стадией двухфазного процесса является этерификация жирных кислот. В данной работе предложена предварительная экстракция жирных кислот из масла. Получаемое после

29

экстракции чистое масло уже может непосредственно использоваться в реакции, а экстрагированные жирные кислоты – подвергаться этерификации.

Процесс получения биодизеля из растительных масел имеет постоянный отход. Один из основных побочных продуктов процесса – глицерин. В настоящее время отмечается избыток глицерина на товарном рынке. Поэтому целесообразно перерабатывать глицерин в другие товарные продукты, что позволило бы сделать технологию получения биодизеля малоотходной. В данной работе для этих целей рассматривается возможность трансформации глицерина методами биотехнологии с помощью дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Эксперименты в этом направлении продолжаются.

УДК 577.114

М.В. Постникова, Е.А. Сушкова

ИЗУЧЕНИЕ БИОСИНТЕЗА БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Целлюлозу можно вырастить с помощью бактерий. Эту целлюлозу называют бактериальной. Известно, что бактериальная целлюлоза синтезируется несколькими родами бактерий, в том числе штаммом уксуснокислых бактерий Gluconacetobacter, который является одним из самых известных. Бактериальная целлюлоза, как и растительная целлюлоза, является полисахаридом. В настоящее время микробные полисахариды находят широкое применение в самых различных сферах человеческой деятельности. Следует отметить и возросший интерес к бактериальной целлюлозе, одному из вида микробных полисахаридов, как перспективному

30