Химия. Экология. Биотехнология – 2015

опасности для почвы. Ионы Mg2+, NH4+ и РО43– используются растениями и различными организмами почвы как элементы питания, и в то же время ионы РО43 способны понижать концентрацию свободных ионов никеля, Ni2+ за счет образования малорастворимых фосфатов.

Был проведен рентгенофазовый анализ образцов МАФ и продуктов сорбции им никеля. Исходя из анализа, было установлено, что структура струвита при сорбции никеля сохраняется.

Проведен анализ размеров частиц исходных веществ и продуктов сорбции, которые определены с помощью автоматического прибора рассева порошков с лазерной регистрацией. Результаты показывают, что размеры частиц магнийаммонийфосфатов увеличиваются почти на всех стадиях процесса. Такое явление должно способствовать поглощению ионов Ni2+. Одновременно показано, что анионы солей никеля влияют на процесс перекристаллизации фосфатов. Можно ожидать, что анионы окажут влияние и на сорбцию ионов Ni2+магнийаммонийфосфатом.

Была подготовлена серия образцов и исследовано влияние анионов NO3–, Сl– и SO42– на поглощение МАФ ионов Ni2+. Результаты экспериментов подтвердили, что сорбция ионов Ni2+ возрастает в соответствииспоследовательностью анионов Сl– < NO3– < SO42–.

На данном этапе исследования подавление биодоступности ионов Ni2+ за счет МАФ было проконтролировало по ферментативной активности почвы. Активность почвенных ферментов является чувствительным индикатором состояния плодородия почвы. Источником ферментов в почве являются микроорганизмы и высшие растения. Следовательно, чем лучше условия их жизнедеятельности, тем большее количество ферментов накапливается в почве. Из многих ферментов каталаза является одним из наиболее чувствительных к загрязнениям почвы, и поэтому ее активность может быть использована в качестве критерия оценки состояния функций почв. Каталаза катализирует реакцию разложения перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. Метод определения каталазной активности почв основан на измерении скорости распада

61

перекиси водорода при взаимодействии ее с почвой, оценка проводится по объему выделившегося кислорода. Согласно результатам тестирования при введении МАФ в исходную почву в количестве 0,5 г МАФ/кг почвы каталазная активность увеличилась на 67 %, но при введении 0,1 гNi2+/кг в исходную почву без МАФ каталазная активность уменьшилась на 38,1 %. При введении же Ni2+ с МАФ каталазная активность выросла на 23,5 %, т.е. токсичность никеля не проявлялась, что можно отнести к его стабилизации магнийаммонийфосфатом.

УДК 579.26

О.И. Бахирева, А.А. Ананко

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ Sr2+ ИЗ РАСТВОРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МИКРООРГАНИЗМОВ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Соли и соединения стронция относятся к малотоксичным веществам, однако при избытке стронция поражаются костная ткань, печень и мозг. Будучи близким к кальцию по химическим свойствам, стронций резко отличается от него по своему биологическому действию. Избыточное содержание этого элемента в почвах, водах

ипродуктах питания вызывает «уровскую болезнь» у человека

иживотных – поражение и деформацию суставов, задержку роста

идругие нарушения.

Решением проблемы могло бы стать применение высокоселективных неорганических сорбентов, способных избирательно поглощать из растворов стронций, поскольку в природных водах содержится сложноотделимые от ионов стронция ионы кальция.

62

В настоящее время у нас в стране и за рубежом ведутся многочисленные работы в этом направлении. Наиболее высокими характеристиками из описанных и испытанных материалов обладают сорбенты на основе манганатов натрия-калия и монотитаната натрия. Эти материалы имеют сорбционную емкость по стронцию до 50 мг/г сорбента и могут быть использованы для очистки растворов со значительной минерализацией (5,6 г/л по натрию и 0,2 г/л по кальцию). Недостатком способов обработки на основе таких материалов является недостаточная эффективность очистки [1].

Целью данного исследования является создание комплексного метода очистки воды, загрязненной ионами стронция, с использованием сорбционных материалов и культуры микроорганизмов.

Впроцессе работы было установлено, что высокодисперсный

ватерит – метастабильная модификация CaСО3 – может выступать как эффективный сорбент ионов Sr2+ из нейтральных водных растворов. Сорбция протекает в две стадии: первая связана с адсорбцией ионов стронция на активных поверхностных центрах; во второй происходит объемный необратимый захват ионов стронция при переходе ватерита в кальцит по перекристаллизационному механизму [2].

Однако, как показало исследование, сорбция стронция на пер-

вом этапе низкая. Можно предположить, что по отношению к катионам Sr2+ на первой стадии сорбционно активна не вся поверхность ватерита, а только небольшая ее часть.

Встатических и динамических условиях исследован оксигид-

ратный сорбент марки ИСМ–S состава (Na,K)xMnO2, синтезированный на кафедре химии и биотехнологии ПНИПУ: максимальная емкость в динамических условиях по стронцию достигает 0,32 мг-экв/г,

апо кальцию – 0,64 мг-экв/г; в условиях статики по стронцию – 0,244 мг-экв/г, а по кальцию – 0,31 мг-экв/г.

Выделенная культура микроорганизмов из проб воды реки Тулвы (г. Оса, Пермский край), где ранее проводились ядерные взрывы, имеет основные характеристики, приведенные в таблице.

63

Морфологические признаки микроорганизмов

Диско-диффузионным методом установлено, что выделенная культура микроорганизмов способна к активному росту в присутствии ионов Sr2+ и Са2+ в широком диапазоне концентраций, а также может аккумулировать их ионы, проявляя толерантность

кстронцию.

Входе работы было установлено, что культура микроорганизмов может использоваться как для поглощения ионов Sr+2 из раствора, так и для удаления ионов Sr+2, поглощенных ранее сорбционными материалами.

Список литературы

1. Способ очистки жидких радиоактивных отходов: пат.

№2007133615/06 Рос. Федерация / Б.В. Грызлов, В.И. Петрик.

№2345430 С1; заявл. 12.01.09; опубл. 10.09.07. Бюл. № 3.

2.Бердоносов С.С., Бердоносова Д.Г., Знаменская И.В. Сорбция 90Sr и 90Y карбонатом кальция в модификации ватерит // Радио-

химия. – 2003. – Т. 45, № 6. – С. 553–555.

64

УДК 549

И.Ю. Зоричев, И.А. Пермякова, В.В. Вольхин

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СТАДИИ ПЕРЕЭТЕРИФИКАЦИИ В МАЛООТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ БИОДИЗЕЛЯ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

При исследовании условий получения биодизеля с использованием щелочного катализатора KOH был применен этилолеат как гомогенизатор смеси «масло–этанол». При этом изучалась зависимость скорости реакции переэтерификации от перевода системы в гомогенное состояние. В ходе исследования установлено, что температура гомогенизации системы зависит от концентрации этилолеата в реакционной смеси.

В целом при выборе температуры и концентрации этилолеата необходимо было решить следующие задачи:

1)Продукты реакции переэтерификации масла с этанолом при комнатной температуре должны находиться в гетерогенной системе, верхняя фаза которой представляет собой смесь этиловых эфиров жирных кислот, представленных в форме триглицеридов в исходном масле.

2)Компоненты реакционной смеси должны находиться в гомогенном состоянии при температуре 70°.

3)Состав верхней фазы, содержащей биодизель, должен соот-

ветствовать европейскому стандарту EN14214 или быть близок к нему. Компоненты, не соответствующие стандарту, должны максимально легко удаляться.

В ходе экспериментов было выяснено, что верхняя фаза имеет высокое содержание эфиров. Также эта фаза содержит небольшое количество этилового спирта, который легко удаляется выпариванием. Было установленно, что при высоких концентрация KOH

65

в смеси, напротив, происходит снижение выхода эфира. Это связано с тем, что КОН не является катализатором сам по себе, а таковым является продукт реакции KOH и этанола – этилат калия. Данная реакция идет с образованием воды, что, возможно, приводит к гидролизу продуктов переэтерификации триацилглицеридов и этилового спирта.

Одновременное протекание всех этих процессов может привести к дополнительному загрязнению биодизеля примесями, в частности глицерином

Стоит отметить, что при производстве биодизеля глицерин образуется в больших количествах, и его переработка является серьезной проблемой. Мы планируем решить эту проблему, используя почвенные микроорганизмы. Для этого нами будет использована среда, в которой в качестве источника углерода планируется использовать глицерин.

УДК 661.124

Е.В. Кивилев1, Э.Н. Позюмко2, А.А. Ботева1, Ю.А. Павлова2

СИНТЕЗ СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ 4-ХИНОЛОНОВЫЙ ФРАГМЕНТ И ВЫДЕЛЕНИЕ ШТАММОВ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ИХ БИОТРАНСФОРМАЦИИ

1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет

2 Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г. Пермь

4-Хинолоны представляют собой группу синтетических антимикробных препаратов, оказывающих, как правило, бактерицидное действие. Наибольшее применение среди них на практике нашли фторхинолоны, обладающие широким спектром действия и относительно небольшим числом побочных эффектов [1]. Вместе с тем

66

возникновение резистентности к этим лекарственным средствам делает актуальным поиск новых молекул.

Более 90 % лекарственных средств получают с помощью органического синтеза, однако развитие иммунологии и биотехнологии предоставляет современной науке альтернативные пути получения лекарств. Например, в промышленности микроорганизмы широко используются для синтеза антибиотиков: группы пенициллинов

(Penicillium chysogemum), стрептомицина (Streptomyces griseus)

ицефалоспорина (Cepholosporium acremonium) [2]. Установлено, что почвенные микроорганизмы класса актинобактерий, в частности бактерии рода Rhodococcus, способны трансформировать различные группировки (нитрильные в карбоксиамидные) [3]; оптически модифицировать некоторые синтетические аналоги природных антибиотиков, например нонактина [4]. Путем биотрансформации под действием бактерий рода Burkholderia получен целый ряд гидроксилированных изофлавоноидов [5].

Целью данной работы является синтез 4-хинолонов и исследование путей их возможной трансформации под действием микроорганизмов.

Из литературы известно, что бактерии вида Pseudomonas bromoutilis, Pseudomonas putida, Pseudomonas aeruginosa, рода

Alteromonas [6–8] могут синтезировать и модифицировать производные 4-хинолонов.

Внастоящей работе был осуществлен синтез 4-хинолонов термическим декарбонилированием метиловых эфиров 3-бензоил- 1-арил-4,5-диоксо-4,5-дигидро-1H-пиррол-2-карбоновых кислот

ипроведены эксперименты по выделению культур, способных к их биотрансформации.

Штаммы, способные к биотрансформации 4-хинолонов, а также структурно близких веществ, выделяли из образцов почвы и естественных водоемов, выращивали в колбах объемом 1 л на шейкере со скоростью вращения 100 об/мин при 30 °С на минимальной

солевой среде следующего состава (г/л): КН2РО4 – 1,0, К2НРО4

3Н2О – 3,7, NaCl – 0,5, MgSO4 7Н2О – 0,5, FeSO4 Н2О – 0,005, CoCl2 6Н2О – 0,01, рН 7,2– 7,4.

67

Из полученных накопительных культур чистые клоны получали методами лимитирующих разведений и последующего прямого высева на селективную агаризованную среду того же состава с добавлением 1,5 % агара. Трансформацию 4-хинолона в концентрации 10 мг/мл осуществляли в 10–20 мл калий-фосфатного буфера (pH 7,2±0,2) при 30 °С в течение 60 ч. В качестве катализатора вносили отмытые калий-фосфатным буфером клетки, выращенные до стационарной фазы роста.

Изменение состава культуральной жидкости в процессе роста анализировали методом хромато-масс-спектрометрии на аппарате

689/573Т MSD («AgilentHewlett Packard») с капиллярной колонкой

RTX5MS и предколонкой HP5MS длиной 5 м. Предварительно проводили экстракцию проб этилацетатом. Начальная температура колонки – 90 °С (3 мин), нагрев до 250 °C со скоростью 15 °C/мин. Температура испарителя 300 °С, газ носитель – гелий. Статистическая обработка результатов проводилась с помощью пакета про-

грамм Microsoft Excel 2007.

Таким образом, было выделено 7 клонов гетеротрофных аэробных бактерий, способных расти на среде с добавлением 4-хино- лонов в качестве субстрата и трансформировать эти соединения.

Список литературы

1.Somasundaram S., Manivannan K. // Ann. Review. Research in Bio. – 2013. – 3(3). – 296–313.

2.Основы фармацевтической биотехнологии / Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков [и др.]. – Томск: Изд-во Сиб. гос. мед.

ун-та, 2006. – С. 124–139.

3.Vojtech V., Ondrej S., Ondrej K., etc. // Biotechnol. Lett. – 2007. – 29(7). – 1119–1124.

4.Nikodinovic J., Dinges J.M., Bergmeier S.C., McMills M.C., Wright D.L., Nigel D. Priestley // Org. Lett. – 2006. – 8(3). – 443–445.

5.Seeger M., Gonzalez M., Camara B., Munoz L., Ponce E., Mejías L., Mascayano C., Vasquez Y., Sepulveda–Boza S. // Appl. Environ. Microbiol. – 2003. – 69(9). – 5045–5050.

68

6.Heeb S., Fletcher M.P., Chhabra S.R., Diggle S.P., Williams P., Camara M. // FEMS Microbiol. Review. – 2010. – 35. – 247–274.

7.Niewerth H., Bergander K., Chhabra S.R., Williams P., Fetzner S. // Appl Microbiol Biotechnol. – 2011. – 91. – 1399–1408.

8.Long R.A., Qureshi A., Faulkner D.J., Azam F. // Appl. Environ. Microbiol. – 2003. – 69(1). – 568–576.

УДК 544.343-14

И.А. Новиков, К.С. Мерзляков, Н.П. Углев

ВЯЗКОСТЬ СОЛЕВЫХ РАСПЛАВОВ KNO3 – NANO2

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Наиболее распространенными жидкими теплоносителями, используемыми в области средних температур 200–500 °С, являются солевые расплавы, содержащие нитриты и нитраты щелочных металлов. Одним из них является близкая к эвтектическому составу смесь нитрита натрия и нитрата калия, применяемая, в частности, для охлаждения реактора синтеза фталевого ангидрида на ОАО «Камтэкс-Химпром» в г. Перми. Основным требуемым свойством такого теплоносителя, кроме его температурной устойчивости, является высокая теплоотдача для обеспечения достаточной эффективности теплосъема с перегретых трубок реактора. При этом теплосъем осуществляется в режиме свободной конвекции, которая в значительной степени определяется вязкостью солевого расплава. В литературе данные по вязкости весьма ограничены, а для вышеуказанного состава вообще отсутствуют. В связи с этим представленная работа представляет не только теоретический, но ипрактический интерес.

Для проведения исследований нами был выбран наиболее точный метод измерения вязкости с использованием стандартного капиллярного вискозиметра, который помещали в сухой термостат,

69

представляющий собой вертикальный цилиндрический канал с наблюдательным окном, выточенный в цельном медном блоке, окруженном нагревательной спиралью и теплоизоляцией. Предварительные исследования температурного поля внутри термостата позволили установить, что в стационарном состоянии градиент температуры по высоте не превышал 10 °С/м, а градиенты температуры в горизонтальных сечениях полости, включая зону около смотрового окна, закрытого зеркальным стеклом, вообще отсутствовали. Длительность выхода на режим при переходе от одной температуры к другой составляла фактически 2–3 ч, что практически гарантировало незначительный свободный ход температуры расплава во время проведения измерений. Тем не менее для исключения возможной динамики температуры измерения вязкости проводили как при разогреве, так и при охлаждении термостата, арезультатыусредняли.

Калибровку измерительного капилляра регулярно проводили по калибровочной жидкости (дистиллированной воде), текущую вязкость которой систематически уточняли на стандартном вискозиметре ВПЖ-4. Учитывая незначительный коэффициент расширения стекла от температуры при выходе измерительного вискозиметра за пределы паспортных величин, общая погрешность измерения вязкости оценивается нами не более чем в 7 %. Результаты измерения вязкости трех вариантов теплоносителя в области эвтектического состава бинарной солевой системы и рассчитанные энергии активации вязкого течения этих расплавов представлены в таблице.

Вязкость расплавов KNO3–NaNO2