Химия. Эконология. Биотехнология

УДК 544.723.2

Е.В. Шульц, Е.А. Фарберова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОХИМИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ЭДТА ИЗ ВОДНЫХ СРЕД

В мире производится примерно 100 000 т ЭДТА в год. Исследование показывают постоянное накопление ЭДТА в окружающей среде, поскольку деградация ЭДТА в очистных сооружениях не происходит, а в природе наблюдается лишь разложение комплекса Fe(III)-ЭДТА под воздействием УФ-лучей, которое происходит только на поверхности воды. Наличие ЭДТА в воде способствует переходу ионов металлов (в том числе тяжелых и токсичных) в растворенное состояние. Эти комплексы проникают в грунтовые воды и ухудшают ее качество.

Известно, что в большинстве случаев ЭДТА достаточно устойчиво к бактериальной деградации. Известно, что деградация ЭДТА осуществляется монооксигеназной системой. В бактериальных клетках оксигеназные системы выполняют пластическую функцию, окисляя углеродсодержащие вещества и обеспечивая поступление углерода в клетки. Физиологическая роль оксигеназ сводится к задаче увеличения водорастворимости и полярности окисляемой молекулы.

Целью данного исследования является разработка биосорбента на основе активного угля для утилизации ЭДТА из сточных вод.

Из проб воды и почвы, отобранных из разных источников, была выделена культура микроорганизмов. Из полученных колоний микроорганизмов выбраны три наиболее хорошо развивающиеся на среде МПА. Проведено морфологическое описание колоний. Изучено влияние различных концентраций ЭДТА

11

elib.pstu.ru

на рост микроорганизмов на среде, содержащей глюкозу. Показано, что рост культуры микроорганизмов подавляется с введением ЭДТА в среду в количестве 0,05–0,1 н.

Показана возможность адаптации микроорганизмов, отобранных в стационарной фазе роста, к ЭДТА.

Проведены исследования по иммобилизации клеток микроорганизмов, адаптированных к ЭДТА, на поверхность АУ марки БАУ-А.

Изучена удерживающая способность АУ по отношению к иммобилизованным клеткам (табл. 1).

Как видно из табл. 1, в рамках указанных концентраций существует четкая корреляция между концентрацией клеток и их количеством закрепленных на поверхности АУ. Полученные биосорбенты промывали водой и физраствором и определяли количество закрепленных клеток. Выявлена высокая степень закрепления клеток микроорганизмов на поверхности АУ.

Проведены лабораторные испытания полученного образца биосорбента на модельном растворе, содержащем 7082,9 мг/л ЭДТА. Показано, что в течение 24 ч контакта модельного раствора с углеродным биосорбентом концентрация ЭДТА снизилась на 96,6 %. При этом остаточная концентрация ЭДТА составила 240,1 мг/л.

При использовании собственно клеток микроорганизмов для утилизации ЭДТА из воды требуется более 7 сут. При этом

12

elib.pstu.ru

степень утилизации ЭДТА достигает 72,4 %, а степень извлечения ЭДТА адсорбционным материалом с использованием АУ марки БАУ-А составляет 31 % (табл. 2).

Таблица 2

Сравнительная характеристика методов удаления ЭДТА из сточных вод

Таким образом, иммобилизация клеток, адаптированных к ЭДТА на поверхности АУ марки БАУ-А, позволяет повысить степень утилизации до 96,6 % и сократить время этого процесса до 1 сут.

Отработаны параметры синтеза биосорбента на основе АУ. Разработана принципиальная технологическая схема очистки сточных вод с помощью синтезированного биосорбента.

13

elib.pstu.ru

УДК 623.19.47

Н.И. Вишнякова, Л.В. Волкова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

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

МЕТОДЫ ИНАКТИВАЦИИ ВИРУСОВ-КОНТАМИНАНТОВ В ПРЕПАРАТАХ ПРИРОДНОГО ИНТЕРФЕРОНА

На сегодняшний день серьезнейшей проблемой современной медицины является проблема вирусной безопасности компонентов крови. Технические возможности тестирования крови не дают полной гарантии, особенно в сернонегативном периоде вирусоносительства (Русланов В.М., Левин И., 2004). В настоящее время ни у кого не вызывает сомнений, что интерфероны относятся к важнейшим факторам устойчивости организма, принимая самое непосредственное участие в различных иммунных и иммунопатологических реакциях. В связи с этим вопросам об использовании детергентов с различным механизмом действия уделяется большое внимание исследователей во всем мире (Кузнецов В.П., 1996).

Цель работы – поиск методов инактивации, не влияющих на активность ИФН. Методологическим подходом для выполнения поставленной задачи явилось выражение инактивации в виде графической зависимости логарифма выживаемости от времени.

В процессе эксперимента в качестве тестируемого вируса использован вирус парагриппа типа 1 – вирус Сендай, относящийся к семейству парамиксовирусов. Культивирование вируса Сендай проводили с использованием 10–12-дневных эмбрионов при 37 ºС. В качестве детергентов были исследованы соляная кислота HCl (1 %), перекись водорода H2O2 (0,5 и 1 %), хлороформ, этанол C2H5OH (6 и 35 %), каприлат натрия (1 и 5 %).

14

elib.pstu.ru

Также было изучено влияние прогревания системы ИФН-вирус при 40, 50 и 60 °С.

Анализ полученных данных показал, что закономерная инактивация вирусов наблюдается при воздействии HCl и H2O2 в концентрациях 1 %, так как графически зависимость логарифма выживаемости от времени изображается прямой линией. При воздействии H2O2 в концентрации 0,5 % и этилового спирта (6 %) на начальном этапе появлялся уступ, который объясняется тем, что при данной концентрации перекиси водорода достаточное количество радикалов не образуется и, как следствие, цепной механизм не приходит в действие. Полная инактивация вируса Сендай наблюдается под влиянием этилового спирта (35 %), время контакта – 1 ч, что объясняется высокой концентрацией спирта. Пастеризация при 40 °С в течение 1,5 ч и прогревание при 50 и 60 °С на протяжении 1 ч приводила к полной инактивации вирусных частиц, что подтверждается в реакции гемагглютинации.

На противовирусную активность ИФН не влияют HCl (рН 2,2±0,2) и 6 % C2H5OH, а также прогревание при 40 °С, активность препарата сохранялась на исходном уровне – 2000 МЕ/мл. Однако при увеличении концентрации этилового спирта до 35 % титр противовирусной активности интерферона упал до 1000 МЕ/мл. При воздействии 0,5 % H2O2 титр противовирусной активности ИФН снизился в 1,8 раза, а при действии 1%-й H2O2 – в 4 раза по сравнению с контролем. Хлороформ и каприлат натрия инактивировали вирус, однако влияли на противовирусную активность исследуемого препарата: при воздействии хлороформа (10 %) уровень активности снижался в 2 раза, а при увеличении концентрации до 20 % – снижался в 4 раза от исходного уровня; при действии каприлата натрия происходила полная потеря противовирусной активности. При пастеризации (50, 60 °С) активность снизилась в 2 раза.

Таким образом, полученные результаты подтвердили возможность использования соляной кислоты при рН 2,2±0,2 в конечной концентрации. Показано, что этиловый спирт (6 %) и пастеризацию при 40 °С можно применить в качестве одного из методов обработки препаратов интерферона.

15

elib.pstu.ru

УДК 579.66

К.А. Носкова, А.Ю. Максимов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БИОКАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ГИДРОЛИЗА И СИНТЕЗА ЭФИРОВ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Внастоящее время активно ведется поиск новых эффективных микроорганизмов, продуцирующих высокоактивные ферменты, с целью создания на их основе биокатализаторов для синтеза оптически чистых соединений.

Эстеразы – большая группа ферментов с высоким биотехнологическим потенциалом. Повышенный интерес к эстеразам вызван их способностью к специфичному стереоселективному гидролизу и синтезу сложных эфиров. Интерес к данной группе ферментов связан еще и с тем, что эстеразы не являются зависимыми кофакторами, а обычно стабильны и даже активны в органических растворах, что также позволяет успешно использовать их. В настоящее время бактериальные эстеразы эффективно применяют в органическом синтезе оптически чистых компонентов. Кроме того, они активно используются в качестве биодеструкторов при деградации органических соединений в загрязненных природных объектах.

Вданной работе были исследованы зависимости выхода активности и биомассы культуры Rh. erythropolis 10 л при росте на минимальной среде и среде LB с различными добавками, в том числе углеводов в различной концентрации и эфира. Также определяли зависимость эстеразной активности от концентрации фосфатов и аммония в среде. Было изучено влияние аэрации и соотношения общего объема ростовой среды к рабочему объему. С помощью газовой хроматографии определяли степень

16

elib.pstu.ru

разложения бутилацетата и этилацетата штаммом Rh. erythropolis 10 л.

На основании проведенных экспериментов был определен наиболее оптимальный состав сред и период получения биомассы катализатора.

УДК 66.069.82

А.А. Абишев, С.Х. Загидуллин

ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИЗМЕНЕНИЕ РЕЖИМА БАРБОТАЖА В СИСТЕМЕ НЕФТЕПРОДУКТ – ВОЗДУХ

В газожидкостном слое, как известно, в зависимости от приведенной скорости газа различают два режима барботажа: ламинарный, при котором массовая скорость всплывания пузырьков близка к скорости всплывания одиночного пузыря, и турбулентный, когда пузыри совершают беспорядочные вихревые движения, а их размеры определяются балансом между процессами коалесценции и дробления. Переход барботажного слоя из одного режима в другой характеризуется критическими значениями газосодержания и приведенной скорости газа. Так как со сменой режима барботажа могут скачкообразно изменяться коэффициенты тепло- и массоотдачи, то знание указанных критических характеристик является важным при проектировании барботажных аппаратов.

Явление изменения режима барботажа достаточно хорошо изучено применительно к системам, содержащим в качестве жидкой фазы воду, растворы электролитов, одно- и многоатом-

17

elib.pstu.ru

ных спиртов, сахарозы. Однако применительно к нефтепродуктам исследования, по нашей информации, ограничиваются лишь циклогексаном и несколькими видами товарных минеральных масел. Для разработки и масштабирования новых высокоэффективных барботажных аппаратов процессов окисления нефтяных остатков, висбрекинга, синтеза Фишера–Тропша имеющихся данных явно недостаточно. Для жидкостей, не содержащих по- верхностно-активные вещества, основным свойством, влияющим на изменение режима барботажа, является ее вязкость.

С целью определения критического газосодержания и скоростей газа при барботаже нами были проведены эксперименты, в которых в качестве жидкой фазы использовали различные компаунды из светлых дистиллятов нефти вязкостью 2,9–61,2 мПа с. В качестве газовой фазы использовали воздух. Исследования проводили при комнатной температуре в укрупненной модели барботажной колонны диаметром 0,27 м и высотой 1,8 м. Газ вводили через перфорированный маточник, диаметр отверстий составлял 1 мм, «свободное» сечение – 0,5 %.

В ходе экспериментов было установлено, что с увеличением вязкости жидкости общее газосодержание барботажного слоя уменьшается. Это может быть связано с образованием в газожидкостном слое больших пузырей газа, поднимающихся вблизи центральной оси аппарата, со сравнительно малым временем пребывания в жидкости.

Величины критического газосодержания и приведенной скорости газа с возрастанием вязкости сначала довольно резко падают, затем остаются практически постоянными. Такой характер зависимостей может быть объяснен своеобразной структурой газожидкостного слоя, формирующейся в жидкостях со сравнительно высокой вязкостью. В данном случае распределение пузырьков газа по размерам носит фактически бимодальный характер: мы наблюдали только «маленькие» (диаметром менее 1 мм) и «крупные» (диаметром порядка 20 мм) пузырьки. При увеличении вязкости жидкости количество пузырьков газа «промежуточных» размеров уменьшается, а доля «крупных»

18

elib.pstu.ru

возрастает. Пузырьки большого диаметра, поднимаясь в жидкости, дополнительно турбулизируют ее и ускоряют переход от «гомогенного» режима барботажа к «гетерогенному».

Полученные зависимости с достаточной для инженерных расчетов точностью могут быть обобщены следующими эмпирическими формулами:

εC = 0,011 μ−0,38 , vC = 0,0071 μ−0,19 ,

где εC – критическое газосодержание, м3/м3; vC – приведенная скорость воздуха, м/с; μ – динамический коэффициент вязкости жидкости, Па с.

УДК 665.3+665.58

Е.А. Сухоплечева, В.В. Вольхин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БИОДИЗЕЛЯ ЗА СЧЕТ ГОМОГЕНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ МАСЛО – ЭТАНОЛ

В настоящее время в качестве сырья для производства биодизеля используют растительные масла и животные жиры, но многие из них являются пищевыми продуктами или используются в пищевой промышленности и их применение в биотопливном производстве нежелательно. В качестве непищевого вида сырья применяют отработанное растительное масло. Но при его переработке возникает ряд трудностей.

Во-первых, такие масла содержат большое количество свободных жирных кислот, при нейтрализации которых в присут-

19

elib.pstu.ru

ствии щелочного катализатора, традиционно применяемого для получения биодизеля, происходит омыление жиров. Это значительно осложняет последующее разделение смеси, и для нейтрализации свободных жирных кислот применяют реакцию этерификации с метанолом (этанолом) в присутствии кислотного катализатора. Далее следует переэтерификация триацилглицеринов и спиртов с применением щелочного катализатора.

Во-вторых, возникает проблема, связанная с гомогенизацией системы: триацилглицерины и этанол образуют две самостоятельные фазы, разделенные поверхностью контакта фаз. Для протекания реакции необходим транспорт хотя бы одного из реагентов через поверхность раздела фаз. Для решения этой проблемы возможна гомогенизация системы, что достигается с помощью добавления олеиновой кислоты. Таким образом, процесс этерификации свободных жирных кислот ускоряется. Но специальная добавка олеиновой кислоты к уже имеющимся в масле не является целесообразной. В качестве гомогенизатора системы можно применить и сам продукт процесса – биодизель, т.е. эфир жирной кислоты, хотя и известно, что эффект от добавления этилолеата меньше, чем при добавлении олеиновой кислоты. Вместе с тем совместный эффект этилолеата и олеиновой кислоты пока неизвестен.

Целью данного исследования является изучение совместного влияния олеиновой кислоты и этилолеата на гомогенизацию системы масло – этанол.

20

elib.pstu.ru