Инновационные технологии в области химии и биотехнологии (стр. 4 )

УДК 547.458.8

АНАЛИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОПЫТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ АЗОТНОКИСЛЫМ СПОСОБОМ

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук, г. Бийск

E-mail: julja. *****@***ru

В данной работе использовали растения мискантуса урожая 2011 года (4 года жизни), привезенные в 2012 году с плантации ИЦиГ СО РАН (г. Новосибирск). Для определения химического состава сырье было предварительно измельчено ножницами и подготовлена средняя проба. Определение массовой доли экстрактивных веществ (экстрагент – дихлорметан, в пересчёте на абсолютно сухое сырьё – а. с.с.) – жировосковой фракции, зольности (в пересчёте на а. с.с.), массовой доли кислотонерастворимого лигнина (в пересчёте на а. с.с.), массовой доли пентозанов (в пересчёте на а. с.с.), массовой доли целлюлозы методом Кюршнера (в пересчёте на а. с.с.) проводилось по стандартным методикам анализа растительного сырья [1]. Влажность определяли на анализаторе МВ 23/МВ 25.

Химический состав мискантуса 4 года жизни урожая 2011 года имеет следующие характеристики: влажность 7,8 %; жировосковая фракция (ЖВФ) 2,96 %; зольность 3,23 %; кислотонерастворимый лигнин 19,82 %, пентозаны 26,64 %; целлюлоза по Кюршнеру 43,96 %.

Далее сырье было измельчено на промышленной соломорезке «GARDENA» и передано на опытное производство с целью получения целлюлозы азотнокислым способом.

После каждой стадии опытного производства получения целлюлозы проводились следующие анализы продуктов: определение влажности, зольности (в пересчете на а. с.с.) и массовой доли кислотонерастворимого лигнина (в пересчёте на а. с.с.) по стандартным методикам анализа продуктов переработки растительного сырья [1]. В некоторых образцах дополнительно определяли массовые доли α-целлюлозы, пентозанов, а также степени полимеризации целлюлозы (в растворе кадоксена) [2, 3].

Химический состав промежуточных и целевых продуктов получения целлюлозы на опытном производстве для трех операций приведен в таблице 1.

Сравнивая характеристики продуктов, полученных на опытном производстве, можно сделать вывод, что наилучшим качеством характеризуется целлюлоза с первой операции ОП-1. Это явление можно объяснить тем, что загрузка сырья была меньшей (10 кг), соответственно модуль (соотношение массы 4 %-ного раствора азотной кислоты к массе сырья) получился большим, что способствовало более высокой делигнификации и удалению гемицеллюлоз, и, как следствие, обеспечило более высокое качество целлюлозы.

Таблица 1 – Сводная таблица трех операций получения целлюлозы из мискантуса на опытном производстве азотнокислым способом в 2012 году

№ ОП	Продукты	Влажность	Массовые доли компонентов*, %	СП, ед.
Зола	Лигнин	α-целлюлоза	Пентозаны
ОП-1 10 кг	ЦСП	7,4	2,00	20,86	–	–	–
ЛЦМ	6,8	3,70	8,75	79,88	4,70	–
ТЦ	5,8	6,84	2,57	89,58	1,30	1000
ТЦ + кисловка	6,0	2,09	2,97	97,61	1,22	1060
ОП-2 11 кг	ЛЦМ	6,9	4,66	11,57	84,36	5,08	–
ТЦ	7,9	6,74	3,00	92,41	1,97	980
ТЦ + кисловка	6,6	2,88	2,65	97,23	1,54	870
ОП-3 11 кг	ЛЦМ	5,8	4,69	11,95	78,56	6,01	–
ТЦ	6,7	8,24	3,55	92,45	2,16	1010
ТЦ + кисловка	4,5	2,87	2,57	95,38	1,79	780
Примечание: * – в пересчете на абсолютно сухое сырье

Был проведен опыт, в котором была исследована зола, полученная при определении зольности целлюлоз (остаток после золения), в условиях определения массовой доли кислотонерастворимого лигнина. Установлено, что массовая доля вещества в золе, поведение которого в условиях анализа аналогично кислотонерастворимому лигнину, составляет 82,0 %. Следовательно, содержание лигнина в образцах ТЦ завышено и может быть скорректировано в сторону снижения на величину зольности, умноженной на коэффициент 0,82. Также вполне возможно улучшение качественных характеристик ТЦ с помощью проведения процедур, удаляющих золу из образцов.

В целом целлюлозы, полученные на опытном производстве из мискантуса возрастом 4 года, характеризуются удовлетворительным качеством.

Выход целевой целлюлозы с опытного производства составил в среднем 23 %.

Список литературы:

1  , , Леонович работы по химии древесины и целлюлозы. – М.: Экология, 1991. – С. 73-75, 79-80, 106-107, 119-120, 161-164, 200-203, 229, 250-254.

2  , , Золотухин целлюлозы из мискантуса урожая 2011 года / Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы 5-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием (24-26 мая 2012 г., г. Бийск). – В 2 ч. Часть I. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2012. – С. 181-186.

3  ГОСТ 595 – 79 Целлюлоза хлопковая. Технические условия. Издание официальное. – М.: Изд-во стандартов, 2002. – 14 с.

УДК 544.473:577.15

, ,

ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЦЕТОФЕНОНА И ЕГО ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

E-mail: *****@***net

Энантиомерно чистые вторичные спирты являются важными синтонами в синтезе лекарственных препаратов, средств защиты растений, в том числе феромонов насекомых. Оптические энантиомеры 1-фенилэтанола могут быть использованы в синтезе консервантов для глазных капель и ингибитора кишечной абсорбции холестерина [1].

Нами было исследовано восстановление ацетофенона клетками дрожжей (культура Pichia sp. 87-9). В качестве экзогенного восстановителя NAD(P)+ использовался изопропиловый спирт. Показано, что присутствие изопропилового спирта в реакционной смеси повышает энантиоселективность процесса [2]. При концентрации изопропанола 15-30% восстановление ацетофенона клетками дрожжей протекает с образованием (S)-1-фенилэтанола с оптической чистотой 99 % ее.

Установлено, что при восстановлении в этих условиях пара-замещенных производных ацетофенона (п-нитроацетофенона, п-хлорацетофенона и п-бромацетофенона) образуются (S)-1-(п-нитрофенил)этанол, (S)-1-(п-хлорфенил)этанол и (S)-1-(п-бромфенил)этанол с выходами 85, 40, 50% и оптической чистотой 96,5, 97, 93 % соответственно.

Таким образом, найдены условия энантиоселективного биовосстановления ацетофенона и его функциональных производных с помощью биомассы дрожжей Pichia 87-9.

Список литературы:

1  Vieira G., de Freitas Araujo D., Lemos T., de Mattos M., de Oliveira M., Melo V., de Gonzalo G., Gotor-Fernandez V., Gotor V. // J. Braz. Chem. Soc.- 2010.- V. 21, № 8.- Р. 1509.

2  Nakamura K., Matsuda T. // J. Org. Chem.- 1998.- V. 63.- P. 8957

УДК 547.461.6

, ,

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ СОЧЕТАНИЕ В РЕАКЦИИ ЕНОЛЯТОВ АЦИЛАТОВ ЛИТИЯ С ТЕТРАХЛОРМЕТАНОМ

Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
E-mail: [e-mail]

Известно, что в реакции енолятов ацилатов лития с 1,2-дибромэтаном последний выступает в качестве одноэлектронного окислителя.

Установлено, что при взаимодействии енолятов ацилатов лития (1-3) с тетрахлорметаном (4) в тетрагидрофуране в атмосфере аргона вместо ожидаемых продуктов нуклеофильного замещения хлора на
α-карбоксиалкильный остаток образуются продукты окислительного сочетания енолятов ацилатов лития - янтарная кислота и ее 2,3-ди - и
2,2,3,3-тетразамещенные производные (5-7), а также α-хлоркарбоновые кислоты (8-10). Наряду с продуктами окислительного сочетания в реакционной смеси присутствует хлороформ (11).

Характер продуктов реакции свидетельствует о том, что их образование протекает через стадию переноса электрона с молекулы енолята ацилата лития (1-3) на тетрахлорметан (4) с возникновением α-карбоксиалкильных (1b-3b) и тетрахлорметильного (4а) анион-радикалов, последующие превращения которых приводят к продуктам реакции 5-11.

УДК 579.6

Р. А Заретдинова1, 2, 3, 1

ДЕСТРУКЦИЯ КРЕОЗОТА В ОПИЛКАХ ШПАЛ КОНСОРЦИУМАМИ УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ

1Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

2ООО “Юганск НИПИ”, г. Нефтеуганск

3Институт биологии Уфимского НЦ РАН, г. Уфа

E-mail:[e-mail]

Утилизация железнодорожных шпал связана с серьезными трудностями из-за высокой токсичностью используемых для их обработки антисептиков. Креозот, которым чаще всего пропитывают шпалы для предотвращения их гниения, является продуктом перегонки каменного угля и содержит более 70% ароматических углеводородов (фенолы, их эфиры, крезолы, нафталин, антрацен и др.). Прямое сжигание шпал, пропитанных каменноугольными антисептиками невозможно, так как в дымовых выбросах содержится до 3-4% несгоревших ароматических углеводородов. Для полного сжигания углеводородов требуются специальные печи, температура в которых поддерживается на уровне ºС. Альтернативой может стать биологическая деструкция креозота в опилках шпал специально подобранными микробными штаммами.

Целью работы было исследование утилизации креозота в опилках шпал консорциумами углеводородокисляющих микроорганизмов.

Объектами исследования служили опилки железнодорожных шпал, содержащие в среднем 7% креозота. В качестве микроорганизмов – деструкторов был использован консорциум Bacillus brevis и Arthrobacter species, входящий в известный биологический препарат «Ленойл», используемый для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов и запатентованный в Российской Федерации [1]. А так же консорциум из двух психротолерантных штаммов с рабочим названием «Деойл», выделенных сотрудниками Института биологии УНЦ РАН и на основе культуральных признаков и анализа последовательностей генов 16S рРНК идентифицированных как Rhodococcus gingshengii и Pseudomonas nitroreducens.

Было показано, что использование биопрепаратов Ленойл и Деойл приводит к значительному снижению содержания креозота. Степень утилизации креозота через месяц после постановки эксперимента составила 57,1% и 53,6% для Ленойла и Деойла, соответственно, в образце без биопрепарата - 18,1%. Скорость деструкции креозота оставалась довольно высокой на протяжении всего эксперимента. Через 2 месяца микроорганизмами, входящими в состав биопрепаратов Ленойл и Деойл было разложено 84% и 85,9% креозота, тогда как естественная убыль креозота без внесения препаратов составила 27,6%.

Таким образом, обработка содержащих креозот опилок биопрепаратами Ленойл и Деойл снижает их экологическую опасность и расширяет возможности их вторичной переработки.

Список литературы:

1  Патент РФ № 000. Консорциум штаммов Bacillus brevis и Arthrobacter sp., используемый для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов / , , и др. Б. И. 2004. № 20.

УДК 631.421.2

,

УДАЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОГО ГРУНТА БИОПРЕПАРАТАМИ «ДЕОЙЛ» И «ЛЕНОЙЛ» И ЕГО ДЕТОКСИКАЦИЯ В УСЛОВИЯХ УМЕРЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

E-mail: r. *****@***com

Исключить воздействие нефтедобывающей отрасли на окружающую среду в настоящий момент не представляется возможным. В связи с этим возникает необходимость разработки новых и совершенствования существующих технологий восстановления нефтезагрязненных и нарушенных земель.

Целью работы было исследование способности биопрепаратов «Деойл» и «Ленойл» к удалению углеводородов из нефтезагрязненного грунта и его детоксикации в условиях умеренной температуры.

Численность микроорганизмов определяли на твердых питательных средах: использующих органический азот - на среде МПА, углеводород окисляющих - на среде Раймонда и микроскопических грибов – на среде Чапека. Остаточное содержание углеводородов определяли весовым методом после экстракции гексаном.

Учет численности микроорганизмов в почве рекультивированной биопрепаратами показал, что для использованных в эксперименте почв характерна высокая микробиологическая активность, в том числе высокий титр углеводородокисляющих микроорганизмов – порядка 107 – 108 КОЕ/г. Последнее обстоятельство определяется типом грунта (торфянистый) и его происхождением с территории нефтепромысловой зоны. Внесение биологических препаратов лишь при концентрации нефти 16% обеспечивало более высокий титр (порядка 107 КОЕ/г) микроорганизмов по сравнению с развитием аборигенной микробиоты.

Уменьшение содержания углеводородов в почве зафиксировано как в вариантах опыта с внесением биологических препаратов, так и без их использования, по-видимому, за счет деятельности аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов. При исходной концентрации нефти в грунте 6% и 10% по сравнению с вариантами без биопрепаратов, в вариантах с биопрепаратами остаточное содержание углеводородов было ниже. При концентрации нефти 16% от веса грунта утилизация углеводородов осуществлялась быстрее только в варианте с Деойлом.

Средняя длина корней кресс-салата, выращенного на почвенных пластинках, измеренная на 4 сутки в вариантах с нефтяным загрязнением была ниже, чем в контрольном незагрязненном варианте. Отмечено положительное влияние биопрепарата «Деойл» на фитотоксичность грунта при концентрациях нефти 16% от веса грунта.

УДК 597.5+615.9

, ,

ПРИМЕНЕНИЕ КРЕСС-САЛАТА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОЛИВОВ НЕФТИ НА ПОЧВУ

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа

Загрязнение почвы при аварийных разливах нефти может привести к затруднению прорастания семян и проникновения корней в почву, замедлению роста побегов. Для эффективного устранения последствий попадания нефти в почву необходимо проводить оценку и контроль загрязнений. В настоящее время существует ряд современных молекулярно-биологических тестов качества нефтезагрязненной почвы, но в силу высокой технологической сложности и стоимости их применение оказывается ограниченным. Эффективным и сравнительно недорогим подходом для определения токсичности почв, загрязнённых нефтяными углеводородами, является использование метода фитотестирования, основанного на исследовании эффективности гомеостатических механизмов семян растений, способных уловить присутствие стрессирующего воздействия раньше, чем во многих обычно используемых методах.

Для определения влияния нефти на почву использован метод фитотестирования с применением кресс-салата (Lupidium sativum). В опытах использовалась нефть Саматлорского месторождения. Отметим, что нефть с разных месторождений может различаться по химическому составу и, соответственно, по степени токсичности [2]. Пробы почвы помещали в пластиковые контейнеры и добавляли в них нефть в концентрации 0,0625-2 % масс. (опыт №1) и в концентрации 1-10 % масс. (опыт №2). Контролем служил образец без внесения нефти. Определяли следующие параметры кресс-салата: всхожесть, %; средняя длина надземной части проростков, мм; средняя длина подземной части проростков, мм; общая средняя длина проростков, мм; средний сухой вес проростков, мг.

Результаты определения всхожести семян кресс-салата в опыте №1 представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Результаты определения всхожести проростков кресс-салата (в мм) при концентрациях нефти 0,0625-2% масс. в опыте №1

Достоверные различия от контроля зафиксированы при нефтяном загрязнении 0,5 % масс. и 2 % масс., а также между концентрациями нефти 0,25 % масс. и 0,0625 % масс.

Зафиксированы достоверные различия средней длины надземной части проростков в разных повторностях при концентрации нефти 2% масс. Также достоверны различия между концентрациями 2 % масс. и 0,0625 % масс., 1 % масс. и 0,0625 % масс. и между контролем.

Достоверных различий между средними длинами подземной части проростков при анализируемых концентрациях нефти и контролем не выявлено.

Достоверны различия общей средней длины проростков при концентрациях нефти 1 % масс. и 0,0625 % масс., а также в контроле и при концентрации 0,0625 % масс.

Результаты измерения среднего сухого веса проростков в опыте №1 представлены на рисунке 2.

От контроля достоверно отличается средний вес проростков при концентрациях нефти 0,5 % масс. и 0,0625 % масс.

В исследуемом диапазоне концентраций нефти достоверных зависимостей между концентрациями нефти и всхожестью не выявлено. Всхожесть возрастает в диапазоне между концентрациями 0,125–0,0625 % масс. В отношении длины надземной части проявляется аналогичная зависимость. В отношении длины корневой части и сухого веса проростка наблюдается недостоверная положительная корреляция с концентрацией нефти в почве.

Рисунок 2 – Результаты измерения среднего сухого веса проростков кресс-салата (в мм) при концентрациях нефти 0,0625-2 % масс. в опыте №1

Результаты определения всхожести семян кресс-салата в опыте №2 представлены на рисунке 3.

В диапазоне всхожести 1-4 % масс. корреляция со всеми анализируемыми параметрами отсутствует. Всхожесть при 3% масс. достоверно отличается от таковой при концентрации 7 % масс. и 10 % масс. Всхожесть при 5 % масс. достоверно отличается от всхожести при концентрации нефти 10 % масс. Всхожесть при 7 % масс. и 10 % масс. концентрации достоверно отличается от контроля.