Химия. Экология. Биотехнология – 2015

По энергии активации вязкого течения сплав с эвтектической концентрацией (45,5 % мол. KNO3) не выделяется из общего ряда, однако, обладая минимальной вязкостью, является наиболее приемлемым для конвекционного теплоотвода.

УДК 544

С.Н. Иванченко

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЧИСТКИ ПРОПИТОЧНЫХ РАСТВОРОВ MN(NO3)2

ОТ ПРИМЕСЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОКСИДНОПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь ОАО «Элеконд», г. Сарапул

Диоксид марганца находит широкое применение в качестве катодного материала при производстве оксидно-полупроводнико- вых конденсаторов и химических источников тока. Процесс получения покрытия включает в себя многократное повторение циклов пропитки пористых анодов в растворах азотнокислого марганца различных концентраций с последующим пиролитическим разложением соли.

Анализ состава пропиточных растворов нитрата марганца, используемых для получения катодной обкладки конденсаторов, показал наличие большого количества примесей оксидов и нитридов марганца. Теоретически определено и экспериментально доказано, что возможны два пути попадания примесей в пропиточные растворы:

1) непосредственное образование в пропиточной ванне (оксигидроксид MnOOH и диоксид марганца MnO2);

71

2) занесение с поверхности пропитываемых конденсаторов частиц, образовавшихся в печи пиролиза (MnN, Mn4N, MnO2,

Mn4N0,95, Mn3O4, MnO).

Обнаруженные соединения оказывают негативное воздействие на качество продукционных конденсаторов: нарушается морфология поверхности катодного покрытия, что ведет к неизбежному ухудшению электрических характеристик изделия. Вследствие этого необходимой представляется разработка комплекса мероприятий по очистке производственных растворов от примесей оксидов и нитридов марганца.

Были исследованы физические (центрифугирование и фильтрование) и химические методы очистки загрязненных растворов азотнокислого марганца от примесей оксидов и нитридов марганца. Эффективность очистки была проанализирована по значениям оптической плотности и распределению частиц в растворе по размерам.

В результате проведенных работ было выявлено, что наилучшие показатели эффективности очистки наблюдаются при использовании метода центрифугирования и химической очистки.

Несмотря на высокие показатели очистки, метод центрифугирования не всегда применим на производстве, так как требует дополнительного аппаратурного оформления, и при этом при очистке растворов данным методом снижается концентрация пропиточных растворов.

При использовании же химической регенерации пропиточных растворов нитрата марганца происходит восстановление нитрата марганца из оксидов и нитридов, что способствует поддержанию качества регенерированных растворов на заданном уровне.

72

УДК 546.46’185

Л.И. Исмагзамова, Г.В. Леонтьева

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА СУПЕРГИДРАТА Mg3(PO4)2·22H2O

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Магний образует ряд фосфатов, различающихся по составу, свойствам и структуре. Важнейшими из них являются Mg3(PO4)2, Mg3(PO4)2·8H2O, Mg3(PO4)2·22H2O и MgHPO4·3H2O. Среди них по-

вышенной химической активностью выделяется Mg3(PO4)2·22H2O. Только в этом фосфате магния все катионы и анионы полностью окружены молекулами H2O, что предопределяет повышенную лабильность такой структуры. Вместе с тем структура Mg3(PO4)2·22H2O характеризуется метастабильностью, что затрудняет синтез этого супергидрата.

Задача данного исследования состоит в том, чтобы определить условия синтеза Mg3(PO4)2·22H2O с минимальной примесью других фаз. Контроль фазового состава твердофазных продуктов синтеза осуществляется методом рентгенофазового анализа (РФА). Использовали общепринятые методики (метод порошка). Контролировали также морфологию образующихся кристаллов. Микрофотографии осадков получали с помощью оптического микроскопа, сопряженного через цифровую камеру с компьютером.

Результаты исследования показали, что взаимодействие растворов 0,1М MgCl2 и 0,1 MNa3PO4 в стехиометрическом соотношении при pH > 9,5 приводит к образованию Mg3(PO4)2·22H2O. Имеет значение температура растворов. Предпочтительно охлаждение растворов. При температурах 25 °С и выше возможно образование термодинамически более устойчивой структуры Mg3(PO4)2·8H2O. Выдерживание Mg3(PO4)2·22H2O в маточном растворе при комнатной

73

температуре оказывается достаточным для постепенной потери фосфатом магния кристаллизационной воды, что может приводить к непосредственной координации групп PO43– с ионами Mg2+ в составе твердой фазы. Полное обезвоживание кристаллогидрата происходит при термической обработке осадка. Снижение pH растворов при синтезе приводит к образованию фазы MgHPO4·3H2O.

Для приготовления гранулированных осадков Mg3(PO4)2·22H2O был применен метод замораживания. Суспензию синтезированного фосфата магния промывали методом последовательных декантаций дистиллированной водой и выдерживали в морозильной камере при температуре в диапазоне от –5 до –7 °С в течение 12 ч. После размораживания получили порошок с размерами частиц в одном измерении от 80 до 170 мкм, что позволяет использовать его в качестве сорбента в колонке в динамических условиях.

УДК 615.281.8

Т.Ю. Зеленкина1, Л.В. Волкова1,2

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОКОНТЕЙНЕРОВ ИНТЕРФЕРОНА НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет

2НПО «Микроген» МЗ РФ «Пермское НПО „Биомед“», г. Пермь

В настоящее время особое место занимают лекарственные препараты, заключенные в наноконтейнеры, которые наряду с увеличением эффективности лекарств позволяют осуществить направленный транспорт активного вещества. В качестве наноконтейнеров применяются такие мельчайшие носители, как липосомы, наностержни, наносферы.

74

Целью настоящего исследования является разработка наноконтейнеров природного α-интерферона в жидкой липосомальной форме.

Липосомы – это капсулы для интерферона, которые доставляют его в клетки-мишени путем эндоцитоза. Одним из критериев качества данной формы является стабильность при длительном хранении. Этого можно достигнуть, используя добавление сахаров, воздействуя ультразвуком, замораживая наноконтейнеры в жидком азоте.

Внастоящее время предложены разнообразные способы получения липосом, один из которых основан на использовании таких фосфолипидов, как яичный лецитин, кардиолипин, холестерин.

На первом этапе исследования нами проводилось высушивание вышеперечисленных компонентов, в результате чего образовалась тонкая липидная пленка. После добавления к пленке свежеприготовленного раствора интерферона и диспергирования полученной смеси путем многократного встряхивания образовались липосомы размером 0,3–3,5 мкм.

Далее в препарат вводили стабилизатор α-токоферола, а также сахарозу, которая выступает не только в качестве стабилизатора липосомальной формы, но и в качестве криопротектора. Количество добавленного сахара прямо пропорционально массе фосфо-

липидов. Концентрация наноконтейнеров при этом составила

11,4·106 липосом/мл.

Ранее проведенные нами исследования показали, что срок хранения препарата липосомального α-интерферона, полученного по аналогичной методике, но стабилизированного путем воздействия ультразвука частотой 30 Гц, не превысил 1 месяца. Поэтому целесообразно было разработать новую методику получения наноконтейнеров, при которой препарат сохранял бы свои свойства на протяжении более длительного промежутка времени.

Вкачестве альтернативного метода для стабилизации липосомального α-интерферона был применен метод 12-кратного замораживания в жидком азоте в течение 2 мин (до полного застывания)

75

с последующим оттаиванием на водяной бане при 60 °С. Замораживание/оттаивание препарата позволяет увеличить длительность его хранения. Данный метод стабилизации был апробирован на разработанном препарате, а в качестве сравнения был взят реафе- рон-ес-липинт (ЗАО «ВЕКТОР-МЕДИК»).

В процессе исследования показано, что у препарата рекомбинантного интерферона специфическая активность снизилась на 44 %, а у препарата природного α-интерферона – на 36 %. Полученные различия являются достоверными и могут быть использованы в дальнейших исследованиях.

Следующий этап исследования – изучение специфической активности разработанного препарата в процессе хранения при температурах +2 °С и при температуре +37 °С (ускоренное хранение).

УДК 623.19.47

Д.А. Рожина, А.Ю. Друк, Л.С. Пан, В.В. Вольхин

СИНТЕЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ БИОСОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ГЕКСАЦИАНОФЕРРАТА ЖЕЛЕЗА-КАЛИЯ

ИМОРСКИХ ВОДОРОСЛЕЙ, ИХ БИОТЕСТИРОВАНИЕ

ИИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Необходимость создания селективного к ионам цезия биосорбента вызвана накоплением и распространением радиоактивных загрязнений в окружающей среде, в том числе и радиоактивного цезия. Особенно важно получение сорбента, применяемого для извлечения радиоактивного цезия из пищевых продуктов (молока, питьевой воды), не содержащего токсичных компонентов. В качестве основы полученного биосорбента предложены нетоксичные

76

морские водоросли, обладающие пористой поверхностью и высокой катионообменной емкостью. В качестве компонента сорбционного материала, обеспечивающего его высокую селективность к цезию, используются гексацианоферрат железа-калия.

Для исследования данной проблемы получено 8 видов биосорбентов на основе ферроцианида железа и морских водорослей

Zostera marina и Cystoseira barbata. С целью увеличения ферроциа-

нидной составляющей в составе сорбента проводилось повторное осаждениеферроцианидажелеза на поверхностиморских водорослей.

Показано, что увеличение содержания ФОЦ-составляющей, имеющей H0,6K0,2Fe1,07[Fe(CN)6] в составе биосорбента, не приводит к существенному повышению сорбционной емкости и времени установления равновесия. При этом незначительно повышается селективность полученных сорбентов по отношению к ионам цезия.

Изучены сорбционные свойства в динамических условиях. Показано, что модифицированные водоросли обладают значительно более высокими сорбционными характеристиками по сравнению с чистыми водорослями. Установлено, что при сорбции цезия протекают два ионных обмена: Н+↔Сs+ и K+↔Cs+. После сорбции обнаружено выделение ионов H+ и K+ в раствор. Полученные сорбенты обладают высокой сорбционной емкостью и избирательностью по отношению к ионам цезия. В случае ионов калия и натрия значения Kd начинают понижаться при концентрациях калия, равных 10…12 мМ, и натрия – 18…20 мМ, несмотря на 40-кратное превышение концентрации цезия в растворе. Но величина Kd при сорбции модифицированными водорослями при концентрации калия 30 мМ сохраняется на уровне 560…590 мл/г сорбента, в то время как Кd при сорбции цезия в тех же условиях чистыми водорослями снижается практически до нуля.

Изучено время достижения равновесия и, исходя из экспериментальных данных, можно сделать вывод, что оно наступает в течение 10 мин.

Оценка биологической безопасности сорбента методом биотестирования показала, полученные сорбенты не обладают токсич-

77

ностью. Этот вывод был подтвержден также при испытании полученных сорбентов на крысах.

Таким образом, полученные сорбционные материалы на основе морских водорослей и ферроцианида железа, могут быть рекомендованы для использования в технологиях очистки водных объектов, например, питьевой воды, молока, соков и т.д.

УДК 66.012-52

А.О. Колыхматов, В.П. Плаксина, А.Г. Шумихин

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАКОПЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ОТСТОЙНИКЕ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

ПРИ СИНТЕЗЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В докладе рассматривается построение автоматической системы управления накоплением жидкости в отстойнике системы оборотного водоснабжения очистных сооружений с учетом результатов моделирования отстойника как динамического объектауправления.

Глубокая очистка промышленных стоков является необходимым и обязательным условием сохранения экологического равновесия окружающей среды. Современные установки очистки сточных вод крупных производств нефтепереработки являются струк- турно-сложными системами. Особый интерес представляют системы с рециркуляцией, позволяющие существенно сократить водопотребление.

Одним из процессов на очистных сооружениях является отстаивание воды – выделение из нее под действием гравитационных сил взвесей.

78

В производственных сточных водах компоненты загрязнений, имеющие плотность больше и меньше плотности воды, часто присутствуют одновременно. Для повышения эффективности процесса отстаивания воды и сокращения объема отстойных сооружений применяют предварительную коагуляцию или флокуляцию загрязнений реагентами. Равномерное распределение потока воды обеспечивает максимальное использованиеобъема отстойного сооружения.

Важную роль для систем оборотного водоснабжения играет управление количеством жидкости в отстойнике очистных сооружений. Создание эффективной системы управления осуществляется на основе результатов моделирования динамики отстойника системы водоснабжения с рециклом, описываемой дифференциальным уравнением общего материального баланса с отклоняющимся аргументом.

Численное решение уравнения материального баланса позволяет исследовать характер изменения объема аккумулируемой в емкости отстойника очистных сооружений жидкости. Результаты вычислительного эксперимента (имитационного) на модели отстойника показывают, что он по объему аккумулируемой жидкости является астатическим объектом и требует управления. С учетом астатичности для обеспечения надежного и устойчивого управления накоплением жидкости в отстойниках очистных сооружений предложена система автоматического управления (САУ), основу которой составляет логический блок САУ, управляющий вентилями: на притоке свежей воды, на сбросе очищенной воды после отстойника, на потоке очищенной воды, направленной на рециркуляцию.

Основной контролируемой величиной, определяющей формирование сигналов управления, является объем накопленной жидкости. Соответствующий сигнал поступает в блок САУ с датчика уровня жидкости в емкости отстойника очистных сооружений.

79

УДК 579

О.Ю. Фадеева, Г.А. Козлова

СКРИНИНГ ШТАММОВ ПРОДУЦЕНТОВ И БИОСИНТЕЗ ПОЛИ-β-ГИДРОКСИБУТИРАТА

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В связи с глобальной экологической проблемой утилизации неразлагаемых в природе синтетических пластмассовых изделий, составляющих 40 % бытового мусора, все более актуальны разработка и производство биодеградабельных пластиков для нужд промышленности, медицины, сельского хозяйства и нанотехнологий.

Известно, что полигидроксимасляная кислота – это питательное вещество и среда для хранения микроорганизмов. Полимер на основе гидроксимасляной кислоты полностью разлагается до углекислого газа и воды, не оказывая действия на окружающую среду. Поли-β-гидроксибутират и его сополимеры, которые относятся к семейству микробных полигидроксиалканоатов (ПГА), являются запасом углерода и энергии в клетках микроорганизмов.

Список микроорганизмов, способных синтезировать ПГА с различной эффективностью, насчитывает свыше 300 организмов, среди которых аэробные и анаэробные бактерии, гетеротрофы, хемооргано- и хемотрофы, фототрофные прокариоты, олиготрофные полипростековые бактерии, архебактерии, анаэробные фототрофные бактерии и др.

В качестве объекта исследования был выбран штамм бактерий Azotobacter, ранее выделенный нами из почвы. Культивирование данного штамма проводилось в два этапа: сначала для получения жидкой культуры использовалась элективная безазотистая питательная среда Берка состава (г/л): K2HPO4 – 0,8; KH2PO4 – 0,2; MgSO4 – 0,2; CaCl2 – 0,1; FeSO4 – 0,005; NaMoO4 – 0,005; лимонно-

кислый натрий – 0,5; сахароза – 20,0, затем для выделения чистой

80