Том 10, № 1 (2020)
Химические науки
Особенности синтеза три- и тетрабората лития в субсолидусной области
Аннотация
Целью работы являлось исследование закономерностей преобразования кристаллической структуры фаз, образующихся в процессе синтеза поликристаллических три- и тетрабората лития. В области существования трибората лития (LiB3O5) и тетрабората лития (Li2B4O7) системы Li2O – B2O3 синтезированы поликристаллические порошки LiB3O5 и Li2B4O7. В качестве исходных реактивов выбраны карбонат лития (Li2CO3) и борная кислота (H3BO3). Опробованы два способа синтеза: осаждение из раствора и твердофазный синтез. Показано, что оптимальным вариантом кристаллизации LiB3O5 и Li2B4O7 является непосредственное спекание механически измельченной стехиометрической смеси исходных веществ. Специфика кристаллизации боратов лития исследовалась в температурном интервале от 500 до 850 °C. Пробоотбор проводился через каждые 50 °C. Установлены частные фазовые портреты, то есть совокупность характеристик процесса в зависимости от уровня организации частиц вещества, субсолидусной кристаллизации из исходной смеси реагентов три- и тетрабората лития на фазовом, локальном и структурном уровнях. На фазовом уровне в смеси со стехиометрией трибората лития максимум преобразования кристаллических фаз наблюдается в области 500–600 °C, для тетрабората лития температурный максимум находится в диапазоне 600–700 °C. Последовательность фазовых преобразований при этом остается практически неизменной и происходит по схеме: исходные вещества – промежуточные мета-стабильные фазы – конечные бораты. Локальный уровень фазовых портретов характеризует взаимодействие координационных полиэдров, образующих кристаллическую решетку исследованных фаз: твердофазный синтез кристаллического LiB3O5 из исходных Li2CO3 и H3BO3 происходит за счет перехода (BO3)3- → (B3O7)5-, а при получении Li2B4O7 реализуется схема (BO3)3- → (B4O9)6-. На уровне кристаллической структуры таким переходам соответствуют преобразования моноклинной решетки первичных фаз Li2CO3 и H3BO3 в ромбическую и тетрагональную структуру LiB3O5 и Li2B4O7 соответственно. Промежуточной ступенью такого преобразования являются тригональный цепочечный метаборат LiBO2 и метастабильный Li2B8O13.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):6-13
6-13
Сульфонатсодержащие сополимеры на основе винилиденхлорида и стирола
Аннотация
Поливинилхлорид и поливинилиденхлорид не имеют коммерческого применения в чистом виде из-за высокой температуры размягчения (185–200 °С) и отсутствия подходящего растворителя для получения покрытия (пленки) из растворов. Поэтому винилхлорид и винилиденхлорид используются в основном для получения сополимеров, которые имеют более низкую температуру текучести и лучшую растворимость, чем гомополимеры. Полимерные материалы на основе сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида находят самое широкое применение, наблюдается устойчивая тенденция к увеличению их производства. В последнее время интенсивно развиваются исследования по прививке мономера на полимерную основу сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида путем образования на ней свободных радикалов в результате реакции переноса атома хлора на инициирующий агент с последующим сульфированием. Мембраны, полученные из растворов привитых сополимеров, имеют высокие значения протонной проводимости, поэтому их использование в топливных элементах является перспективным. Для создания таких мембран необходимо проведение исследований по синтезу сополимеров винилиденхлорида и замещению атомов хлора в этих сополимерах на сульфокислотные группы. В рамках данной работы радикальной сополимеризацией получены сополимеры винилиденхлорида со стиролом и исследовано замещение атомов хлора в синтезированном сополимере на сульфокислотные группы. Состав и строение сополимеров охарактеризованы с помощью данных элементного анализа и ИК-спектроскопии. Значения констант сополимеризации свидетельствуют о большей реакционной способности сти-рола по сравнению с винилиденхлоридом. Установлено, что реакция взаимодействия сополимера винилиденхлорида и стирола с сульфидом натрия сопровождается дегидрохлорированием вини-лиденхлоридных звеньев. Образующиеся в результате элимирования двойные связи в макромолекуле приводят к пространственным структурам модифицированного сополимера.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):14-20
14-20
Кислотно-основные свойства кремнийсодержащих соединений, выделенных из хвощей (Equisetum Equisetaceae)
Аннотация
В статье приведены результаты исследования кислотно-основных свойств поверхности четырех кремнийсодержащих образцов золы, полученных из наземной части хвоща полевого (E. Arvense L.) различными способами: окислительным обжигом; окислительным обжигом с предварительной обработкой водой или растворами соляной кислоты концентрацией 0,1 или 1,0 моль/л. Показано, что содержание диоксида кремния в образцах изменяется от 33 до 98 % в зависимости от условий переработки сырья. Предварительная обработка сырья раствором кислоты перед обжигом приводит к образованию золы с большим содержанием оксида кремния. Основными примесными элементами являются кальций, калий, магний, алюминий и железо. Образцы, полученные термическим методом и с предварительной обработкой водой, характеризуются большим количеством оксидов щелочноземельных металлов и калия. Дана сравнительная характеристика состояния поверхности полученных зольных образцов методами рН-метрии и Гаммета. Метод pH-метрии позволяет оценить интегральную кислотность поверхности, метод Гаммета основан на селективной адсорбции кислотно-основных индикаторов и используется для исследования распределения поверхностных центров по кислотно-основным свойствам. Определены значения рН водной суспензии образцов, которые имеют нейтральную, щелочную или кислую среду в зависимости от схемы переработки тканей растения. Установлено, что поверхность образцов характеризуется наличием льюисовских кислотных (рКа +16,8), бренстедовских основных (рКа +7,15; +9,45) и кислотных (рКа +2,5) активных центров, количество которых определяется их составом. Большое содержание льюисовских кислотных центров в золе связано с атомами кремния. Число центров Бренстеда зависит от схемы обработки хвоща. На поверхности образцов, полученных окислительным обжигом и предварительно обработанных водой, количество бренстедовских активных центров при pKa +2,5 и pKa +9,45 выше по сравнению с золой, выделенной после гидролиза соляной кислотой. Дана сравнительная характеристика кривых распределения кислотно-основных центров кремнийсодержащих образцов золы, полученных из надземной части хвоща полевого и рисовой соломы, указывающая на их сходство.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):21-28
21-28
Регрессионные модели адсорбции ионов цинка из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером
Аннотация
В настоящей статье представлены результаты обработки экспериментальных данных методом регрессионного анализа. Данные получены при изучении процесса сорбции ионов цинка из модельных водных растворов с помощью цеолита (тип клиноптилолитовый, Холинское месторождение), который был модифицирован серосодержащим полимером. Отмечены различия в ИК-спектрах цеолита, модифицированного серосодержащим полимером, до и после сорбции Zn2+ из водного раствора. Изучено влияние на адсорбционную емкость модифицированного цеолита следующих технологических параметров: величины рН, начальной концентрации ионов Zn в растворе, температуры и времени сорбции. Показано, что адсорбционная активность модифицированного цеолита Холинского месторождения не может быть аппроксимирована классическими уравнениями Фрейндлиха и Ленгмюра, поскольку механизм сорбции ионов Zn(II) является комплексно-координационным. Выявлено, что уравнением Фрейндлиха описывается только 40 % экспериментальных данных адсорбции ионов цинка модифицированным цеолитом, а уравнением Ленгмюра – 71 %. Поэтому для обработки результатов измерения использован регрессионный анализ. Найдены нелинейные регрессионные модели, достоверно описывающие отмеченные закономерности сорбции и десорбции. Кинетические кривые при разных температурных режимах раствора описываются экспоненциальными моделями . Рассмотрена адсорбционная активность к ионам цинка различных сорбентов: активированного угля, природного и модифицированного цеолитов. Сопоставление выявило существенные преимущества модифицированного цеолита: модификация поверхности цеолита серосодержащим полимером позволила увеличить его сорбционную способность в 4,5 раза по сравнению с природным цеолитом и в 9 раз по сравнению с активированным углем.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):29-38
29-38
Физико-химическая биология
Пути повышения сохранности природных антиоксидантов в мясных изделиях
Аннотация
В статье изложены результаты исследования способов повышения сохранности полифенольных соединений в составе мясного продукта в интересах расширения ассортимента и повышения эффективности функциональных продуктов питания. Изучены показатели качества экстракта сухого из выжимок ягод брусники (ЭСВБ), произрастающей в регионах Забайкалья. Установлено, что сухой экстракт, полученный из выжимок ягод, характеризовался массовой долей влаги 4,52 % и кислотностью 5,6 %, имел бордовый цвет, кисло-сладкий терпкий вкус и аромат, характерный для брусники, а также сыпучую консистенцию. Исследованиями установлено высокое суммарное содержание антиоксидантов в ЭСВБ - 382,5 мг/г. При введении 0,2 % ЭСВБ в рецептуру мясного бифштекса суммарное содержание антиоксидантов после термической обработки в готовом продукте снижалось на 18,7 %. Для повышения уровня сохранности и эффективности антиоксидантов в готовых к употреблению продуктах были использованы такие способы увеличения биодоступности, как сорбирование и капсулирование биологически активных веществ ЭСВБ. Для сорбирования полифенолов ЭСВБ была разработана субпродуктовая паста на основе говяжьих рубца, легких и диафрагмы. Матрицей служили коллагеновые белки соединительной ткани субпродуктов, имеющие высокую сорбционную способность, к тому же тонкое измельчение субпродуктов до гомогенной консистенции обеспечивало хорошие условия для иммобилизации полифенолов. Результаты показали, что данный способ позволил снизить потери антиоксидантов до 7,4 %. Далее была рассмотрена возможность использования инкапсулированной формы ЭСВБ. Были разработаны липосомальные формы экстракта, растворенного в буферном растворе и воде. В качестве липосомообразующего агента использовали соевый лецитин. Полученные данные показали, что введение липосомальной формы растительных полифенолов способствовало большей сохранности антиоксидантов. Так, при растворении экстракта сухого из выжимок ягод брусники в воде потери антоксидантов составили 5,3 %, а при растворении в буферном растворе - всего 3,4 %.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):84-94
84-94
Выделение штамма Inonotus obliquus и интенсификация роста культуры при твердофазном культивировании
Аннотация
В настоящее время повысился спрос на извлечения из гриба Inonotus obliquus (Pers.: Fr.) Pilat (чага), которые широко используют в медицине и косметике благодаря их высоким антиоксидантным свойствам. Поскольку природные ресурсы этого гриба ограничены, актуален поиск новых высокопродуктивных штаммов Inonotus obliquus и разработка способов его культивирования с накоплением им высоких концентраций основного Действующего компонента - меланина. Целью настоящего исследования являлось выделение нового штамма Inonotus obliquus из природной чаги, введение его в культуру с регистрацией в международной базе данных, определение оптимальной среды культивирования для его лучшего роста и накопления меланинов с высокими антиоксидантными свойствами. Выделен новый штамм гриба Inonotus obliquus SUB2092728. Для его роста подобрана агаризованная питательная среда. Показано, что Inonotus obliquus SUB2092728 имеет максимальную скорость роста 2,18 мм/сут. на глюкозо-картофельной среде с началом пигментации на 8-е сутки роста. Введение в среду лекарственного препарата полифепан, содержащего гидролизованный лигнин, позволило интенсифицировать рост гриба и увеличить скорость его роста до 3,60 мм/сут. Установлено, что полученные меланины отличаются от меланина природной чаги меньшей степенью ароматичности, более высокой степенью алифатичности и проявляют антиоксидантные свойства на 16 % выше по сравнению с природным меланином, что позволит использовать их для разработки биологически активных добавок с антиоксидантными свойствами.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):95-106
95-106
Глубинное культивирование микромицета Trichoderma asperellum ВКПМ F-1323 в опытно-промышленных условиях
Аннотация
Цель данного исследования – разработка опытно-промышленного метода получения биофунгицида на основе гриба рода Trichoderma. Культивирование проводилось глубинным способом в опытно-промышленной линии ферментеров с ферментером-инокулятором общим объемом 10 л и рабочим ферментером общим объемом 100 л. В качестве питательной среды была использованамодифицированная среда Чапека с добавлением дрожжевого экстракта и заменой сахарозы на ме-лассу, г/л: меласса – 20; дрожжевой экстракт – 7; NaNO3 – 2; K2HPO4 – 1; MgSO4 – 0,5; KCl – 0,5; FeSO4 – 0,01. Культивирование проводилось с поддержанием следующих параметров: температура – 27±0,5 °С; скорость перемешивания культуральной среды – 600 об./мин; интенсивность аэрации – 1 л воздуха на 1 л питательной среды в мин. Инокулят выращивался на питательной среде аналогич-ного состава в качалочных колбах объемом 750 мл c рабочим объемом 100 мл. Инокулированные колбы инкубировались на шейкере-инкубаторе Innova 40R (New Brunswick, США) при 200 об./мин в течение 22–24 ч до достижения показателя сухой биомассы в пределах 6,5–7,5 г/л. Подсчет концентрации конидий осуществляли с использованием камеры Горяева. В качестве метода культивирования было выбрано жидкостное в связи с его относительно быстрым протеканием. Кроме того, в отличие от твердофазного культивирования глубинное позволяется аккумулировать в готовой товарной форме препарата многочисленные вторичные метаболиты, обладающие антагонистической активностью по отношению к фитопатогенам. В качестве объекта исследования выступал штамм Trichoderma asperellum ВКПМ F-1323, обладающий антагонистической активностью по отношению ко многим фитопатогенам. В результате проведенных экспериментов было установлено, что с технико-экономической точки зрения обосновано внесение культуры для засева ферментера-инокулятора в количестве 5 % об. Изучено влияние различной продолжительности культивирования в ферментере-инокуляторе на скорость роста микромицета в рабочем ферментере. Определено, что оптимальное время для пересева в рабочий ферментер находится в пределах 20–24 ч. По окончании процесса культивирования концентрация конидий составила 1,9·108 конидий/мл.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):39-47
39-47
Полногеномное секвенирование штамма Staphylococcus warneri, изолированного из загрязненной нефтью почвы
Аннотация
Биоремедиация с использованием бактериальных консорциумов представляет собой перспективный подход к очистке вод, грунтов и атмосферы от загрязнений нефтью и ее производными. Из нефтезагрязненной черноземной почвы на территории Ромашкинского месторождения Республики Татарстан выделены микроорганизмы-деструкторы, три из которых отобраны по устойчивости к нефти и способности к производству биосурфактантов. Секвенирование генома штамма Staphylococcus warneri, выделенного в составе консорциума микроорганизмов-деструкторов, проведено на платформе MiSeq Illumina. Cреднее содержание GC-пар в геноме составило 32,7 %. Аннотирование генома выполнено с использованием сервера RAST. SEED viewer использовали для отнесения предсказанных генов к функциональным категориям. Показано, что данный геном содержит 2535 кодирующих белок последовательностей. Большинство аннотированных генов определяет синтез аминокислот и их производных (255), углеводный обмен (195), белковый метаболизм (167), кофакторы, витамины, простетические группы и пигментные образования (87), нуклеозиды и нуклеотиды (78), метаболизм жирных кислот, липидов и изопреноидов (55) и метаболизм ДНК (68). Полногеномное секвенирование и аннотирование генома штамма Staphylococcus warneri подтвердило наличие у него углеводородокисляющих свойств. Выявлено два гена неохарактеризованных белков yddN и yceB, имеющих сходство с алканал-монооксигеназами, которые, вероятно, принимают участие в биодеградации алканов. Три гена, обнаруженные в этом штамме, кодируют ферменты катехол-2,3-диоксигеназу, фумарилацетоацетат-гидролазу и салицилат-1-монооксигеназу, участвующие в биодеградации ароматических углеводородов. Полученные данные последовательности генома позволяют лучше понять механизмы деградации (поглощения) углеводородов штаммом Staphylococcus warneri и его роль в бактериальном консорциуме.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):48-55
48-55
Влияние гелиевой холодной плазмы на каталитическую активность некоторых дегидрогеназ эритроцитов крови крыс
Аннотация
Цель работы - уточнение влияния гелиевой холодной плазмы на каталитические свойства лактатдегидрогеназы и альдегиддегидрогеназы эритроцитов крови крыс. На 20 белых крысах линии Wistar было изучено влияние гелиевой холодной плазмы на состояние эритроцитов. По завершении полного курса воздействий (по 1 сеансу в течение 5 дней) у всех животных брали образцы крови и дифференциальным центрифугированием по стандартной методике выделяли из них взвесь эритроцитов для оценки активности дегидрогеназ - лактатдегидрогеназы в прямой и обратной реакциях, а также альдегиддегидрогеназы. Холодную плазму синтезировали с применением разработанного в Институте прикладной физики РАН специального устройства, работающего по принципу СВЧ-ионизации газового потока. Установлено, что изучаемый фактор обеспечивает стимуляцию активности лактатдегидрогеназы как в прямой, так и в обратной реакциях. У крыс, чьи кожные покровы были обработаны холодной плазмой, активность эритроцитарной лактатдегидрогеназы в прямой реакции практически удвоилась, продемонстрировав прирост в 94 %, а в обратной - повысилась лишь на 48 %. Альдегиддегидрогеназа эритроцитов крови крыс демонстрирует тенденцию к умеренной инактивации, что проявляется в снижении каталитических свойств на 13 %. Таким образом, показано, что обработка кожных покровов здоровых крыс гелиевой холодной плазмой обеспечивает стимуляцию энергетического обмена клеток крови, а также умеренно угнетает активность альдегиддегидрогеназы, одного из детоксикационных энзимов. Характер наблюдаемых сдвигов указывает на их адаптивность. В целом полученные в результате провеДенного исследования данные подтверждают ведущую роль модуляции свободнорадикальных процессов в молекулярно-клеточных механизмах действия гелиевой холодной плазмы на биологическую систему.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):56-62
56-62
Восстановление видового состава биоценоза аэрируемых сооружений после длительного простоя
Аннотация
Изучена динамика видового состава иммобилизованного ила на ершовой инертной загрузке после длительной остановки биореактора. Эксперимент проведен с применением микроскопического анализа. Запуск биореактора с илом, адаптированным к сточным водам, позволяет достичь заданной степени очистки за короткое время. Эксперимент проводили в физической модели биореактора, представляющей собой поперечный вертикальный разрез промышленного аэротенка-биореактора. Получена динамическая зависимость количественного увеличения видового состава биоценозов в период восстановления. Определена динамика биоценоза на примере жизненной активности инфузорий. Найдено математическое выражение для расчета скорости передвижения инфузорий в период восстановления биоценоза. Показано изменение массы иммобилизованного ила на ершовый загрузке в период культивирования биоценоза в аэробных условиях. Применение биореакторов с иммобилизованным на загрузке илом позволяет запустить биологическую очистку канализационных очистных сооружений путем создания аэробных условий и циклического перевода иммобилизованного ила в свободно плавающий ил с помощью воздушной среднепузырчатой аэрации. Видовой состав микроорганизмов увеличился до первоначальных 6 видов за десять суток, а физиологическое состояние биоценоза характеризовалось как удовлетворительное.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):77-83
77-83
Метод рефрактометрии в исследовании полиморфных превращений животных жиров и их купажей
Аннотация
Цель работы - сравнительное исследование методом рефрактометрии изменений показателя преломления (nD) расширенной серии жиров домашних и диких наземных животных и птиц, морских млекопитающих и рыб, а также выборки растительных масел из четырех групп, классифицированных по йодному числу (ИЧ), в процессе двух последовательных циклов - нагревания и охлаждения. В рамках данного исследования проведен анализ купажей жидких и твердых липидов в зависимости от соотношения компонентов (0-20-50-70-100 %). Оптические показатели преломления и ИЧ были измерены на цифровом рефрактометре Abbemat WR/MW (Австрия) при трех Длинах волн (436,4; 589,3 и 657,2 нм) в интервале температур от 20 до 70 °С. Для твердых животных жиров и растительных масел на зависимостях нагревания nD = f (Т, °С) в интервале 30-45 °С были отмечены изломы, отвечающие температурам плавления кристаллических полиморфных α- и β1-модификаций. При более высоких температурах во всех рассмотренных случаях участки зависимостей имели линейный характер и полностью совпадали с участками в данном температурном интервале с кривыми охлаждения, отражая структурную однородность жидкокристаллической фазы. При температурах ниже 30 °C наблюдался гистерезис: кривые охлаждения проходили ниже кривых нагревания и имели изгибы, отвечающие температурам плавления низкоплавких α -форм. Обе зависимости повторного цикла плавления-охлаждения совпадали с зависимостью охлаждения первого. Использование приема быстрого охлаждения для жиров, расплавленных при 40, 70 и 90 °С, позволило зафиксировать процессы десатурации жирных кислот в их жидкокристаллической фазе. Исследование купажей говяжьего и свиного жиров показало, что независимо от соотношения компонентов точка плавления α -форм во всех случаях снижается до 25 °С, что заметно ниже точки плавления исходных жиров. Однако при более низких температурах кривые охлаждения расходятся, что может указывать не только на различие температур плавления их низкотемпературных модификаций в зависимости от компонентного состава системы, но и на различие в структурных, оптических и биохимических свойствах.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):63-76
63-76
Химическая технология
Концентрирование свинца(II) хелатообразующим сорбентом, содержащим фрагменты метафенилендиамина
Аннотация
Синтезирован сорбент на основе сополимера малеинового ангидрида со стиролом, содержащий фрагменты м-фенилендиамина. Идентификацию полученного сорбента, высушенного при 50–60 °С, проводили методом инфракрасной спектроскопии. Был исследован процесс сорбции свинца синтезированным сорбентом. С этой целью было определено влияние рН среды, времени, ионной силы, концентрации металла на сорбцию. Эксперимент показал, что максимальная сорбция происходит при рН = 6. Полная сорбция свинца(II) происходит после 3 ч контакта металла с сорбентом. Результаты анализа влияния ионной силы на сорбцию показали, что увеличение ионной силы до 0,6 моль/л на сорбцию влияет незаметно, последующее же увеличение приводит к значительному уменьшению сорбции.Построена изотерма сорбции свинца синтезированным сорбентом и исследованы оптимальные условия концентрирования. Результаты анализа показали, что с увеличением концентрации ионов свинца(II) в растворе увеличивается количество сорбированного металла, а при концентрации 6·10-3 моль/л оно становится максимальным (pH = 6, СPb+2 = 6·10-3 моль/л, Vоб. = 20 мл, mсорб. = 0,05 г, СЕ = 405 мг/г). Степень извлечения ионов свинца(II) при оптимальных условиях превышает 95 %. Исследование сорбции проводилось в статических и динамических условиях. Изучено влияние разных минеральных кислот (HClО4, H2SО4, HNО3, HCl) с одинаковой концентрацией на десорбцию свинца(II) из сорбента. Эксперимент показал, что максимальная десорбция свинца(II) происходит в серной кислоте. Таким образом, предлагаемая новая комплексная экспрессная методика, включающая предварительное концентрирование свинца(II) синтезированным сорбентом, позволяет количественно выделять свинец(II) из большого объема пробы со сложным фоновым составом.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):107-113
107-113
Выбор наиболее предпочтительного сырья для синтеза биодизельного топлива с позиции его выхода и физико-химических свойств
Аннотация
Биодизельное топливо является одним из наиболее перспективных альтернативных источников энергии в настоящее время как в качестве топлива в чистом виде, так и в качестве смесевого компонента нефтяных дизельных топлив. Работы исследователей по всему миру показывают, что добавление биодизельного топлива к нефтяному дизелю позволяет существенно повысить экологичность данного нефтепродукта. Однако влияние на большинство регламентируемых эксплуатационных показателей является неоднозначным в связи с тем, что характеристики биодизельного топлива сильно разнятся в зависимости от исходного сырья. Цель работы – выбор наиболее предпочтительного сырья для синтеза биодизельного топлива с позиции выхода целевого продукта, физико-химических и низкотемпературных свойств. В данном исследовании биодизельное топливо синтезировано из пяти различных пищевых растительных масел (подсолнечное, горчичное, льняное, кукурузное и рыжиковое) с использованием этанола в качестве переэтерифицирующего агента и гидроксида калия в качестве катализатора. Определены основные физико-химические (плотность, динамическая и кинематическая вязкости, молекулярная масса) и низкотемпературные свойства (температуры помутнения и застывания) растительных масел, а также полученных на их основе биодизельных топлив. Установлено, что наиболее предпочтительным сырьем для синтеза биодизельного топлива с позиции выхода целевого продукта является подсолнечное масло; с позиции физико-химических свойств – подсолнечное и кукурузное масла; низкотемпературных свойств – горчичное масло; экономической составляющей – подсолнечное масло. В работе определены рекомендации по выбору наиболее предпочтительного сырья для синтеза биодизельного топлива, которые будут полезны при использовании биодизеля в качестве смесевого компонента товарных дизельных топлив.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):114-123
114-123
Термолизная переработка отходов гидролизного производства
Аннотация
Одна из актуальных задач рационального природопользования – решение проблемы утилизации крупнотоннажных промышленных отходов. Накопленные отходы занимают значительные площади земли и выступают источником загрязнения окружающей среды, вследствие чего ухудшаются условия жизни человека. Количество некоторых углеродсодержащих отходов столь велико, что их рассматривают как вторичные техногенные сырьевые ресурсы. В частности, лигнин как составная часть древесины, в больших количествах скапливающийся в отвалах целлюлозно-бумажных и гидролизных предприятий, может быть использован для получения широкого спектра продуктов – от ароматических альдегидов, спиртов до минеральных удобрений и кормовых добавок. Однако ввиду своей высокой устойчивости к микробиологическому разложению и способности к самовозгоранию (в сухом виде) лигнин является наиболее трудноутилизируемым остаточным продуктом. Недостатком существующих технологий его переработки является невозможность переработки больших объемов, а также удаленность перерабатывающих предприятий от мест хранения. В настоящей статье рассматривается возможность разложения лигнина на пилотной установке СВЧ-термолиза с целью его утилизации и получения целевых продуктов. Использование СВЧ-излучения сокращает время разложения лигнина по сравнению с традиционным способом, уменьшает объем утилизируемого вещества, обезвреживает и очищает его от патогенных микроорганизмов. Установка входит в состав действующего мусороперерабатывающего завода (г. Томбов). По результатам исследования определены технологические параметры процесса, представлен усредненный оценочный выход продуктов термолиза. Получаемый углеродный остаток может быть использован, например, для производства катализаторов и углеродных сорбентов, жидкая фракция – легкогорючих топливных фракций. Действующая система газоочистки делает процесс экологически безопасным.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):124-132
124-132
Адсорбционное извлечение никеля(II) из водных растворов техногенного характера
Аннотация
Разработана схема основного аппаратурного узла для адсорбционного извлечения никеля из промышленных растворов, образующихся при переработке окисленных никелевых руд. Растворы представляют собой водную вытяжку комплексных соединений переходных металлов из руды с исходным содержанием никеля 1-2 %. Ступенчатая обработка растворов ориентирована на последовательное осаждение металлов аммиачной водой в виде гидроксидов, их декантационное и фильтрационное отделение и т.д., что существенно усложняет процесс получения целевого металла. Адсорбционный процесс значительно повышает экономическую эффективность извлечения ценного металла. По своим свойствам углеродные сорбенты отличаются химической устойчивостью, выдерживая жесткие условия высокотемпературного воздействия, противостоят сильнокислотной и сильнощелочной обработке. При этом они имеют развитую пористую структуру, значительную удельную поверхность и механическую прочность. Никель извлекается углеродными адсорбентами из растворов в слабощелочной среде при повышенной температуре. Схема узла извлечения ионов никеля(II) адсорбционным методом основана на использовании адсорбера с псевдоожиженным слоем, для которого вычислены эксплуатационные параметры на основе изучения непосредственно сорбции ионов никеля. Процесс адсорбционного извлечения ионов никеля(II) позволяет производить его полное селективное отделение и получение после десорбции насыщенного раствора, пригодного для прямого электролитического получения металла.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):133-139
133-139
Сравнительные исследования методов извлечения биологически активных веществ с антиоксидантными свойствами из косточек винограда (Vitis vinifera L. )
Аннотация
Целью работы являлось сравнительное исследование влияния методов экстракции - мацерация (настаивание), ультразвуковое воздействие, микроволновое облучение, на общее содержание фенолов, флавоноидов, а также значения антирадикальной активности, восстанавливающей силы при экстрагировании отходов винного производства - косточек винограда. В качестве методов исследования выбраны спектрофотометрические методы определения общего содержания фенолов, флавоноидов, антирадикальной активности со свободным радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом, восстанавливающей силы с реактивом FRAP, антиоксидантной активности на модели с линолевой кислотой. По результатам анализа установлено, что использование ультразвуковой экстракции виноградных косточек позволяет получить более высокое содержание фенолов, флавоноидов, а также высокие значения антирадикальной активности, восстанавливающей силы, антиокислительного действия. Аналогичное влияние на ряд показателей экстракта виноградных косточек оказывает и микроволновое излучение, хотя эти показатели ниже по величине. Для получения экстракта виноградных косточек, обладающего высокой антиоксидантной активностью, используемого в качестве компонента многих биологически активных добавок, а также косметических средств с высокой антиокислительной способностью, можно рекомендовать ультразвуковую обработку как метод интенсификации при тех же температурных параметрах и времени процесса. Это позволит получать экстракты с более высоким содержанием биологически активных веществ.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):140-148
140-148
Определение эквивалентного алканового углеродного числа западносибирских нефтей как стадия оптимизации ПАВ-полимерных композиций для химического заводнения
Аннотация
Гидрофобность нефти и нефтепродуктов может характеризоваться эквивалентным алкановым углеродным числом (EACN). Данная характеристика может быть определена на основе корреляции между данными межфазного натяжения и других характеристик для гомологичных масел и ряда алканов с последующей интерпретацией на нефти и нефтепродукты. EACN может быть использовано для подбора эффективного поверхностно-активного вещества (ПАВ) для эмульгирования нефти и нефтепродуктов. Целью данной работы являлось определение эквивалентного алканового углеродного числа ряда образцов сырой нефти, отобранных на месторождениях Западной Сибири, с использованием в качестве стандарта высокоэффективных композиций промышленных ПАВ импортного и российского производства класса сульфонатов. Для определения EACN нефти и нефтепродуктов использовалась характеристика S*– оптимальная концентрация NaCl (оптимум солености) в водной фазе ПАВ, обеспечивающая на границе с углеводородной фазой минимальное поверхностное натяжение и образование максимального объема микроэмульсии при фазовом эксперименте. Прямое определение величин межфазного натяжения на границе раствор ПАВ – нефть проводилось на тензиометре методом вращающейся капли при температуре 87 ºС. В соответствии с эмпирическими уравнениями корреляции между параметрами фазового поведения водных растворов ПАВ с нефтью или смесью углеводородов, EACN и параметрами ПАВ выявлены линейные зависимости и определен характеристический параметр K предложенных трех стандартных композиций ПАВ, который согласуется с литературными данными для индивидуальных поверхностно-активных веществ. В работе предложены композиции промышленных ПАВ для определения EACN нефти и нефтепродуктов. Получены уравнения линейной регрессии зависимости logS* ~ EACN с высокими коэффициентами корреляции (R² = 0,9444–0,9999). Это позволило определить EACN для керосина и семи образцов нефти месторождений Западной Сибири. На основе данного показателя возможен подбор перспективных ПАВ для снижения межфазного натяжения в системе «углеводороды – водный раствор», а также прогнозирование эффективности составов с целью получения эмульсий.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):149-158
149-158
Некоторые особенности барьерных качеств песков Юго-Западного Прибайкалья по отношению к типичным экологически агрессивным стокам
Аннотация
Для определения барьерных качеств некоторых песков юго-западного побережья Байкала проведена оценка их удерживающей способности по отношению к таким агрессивным средам, как нефтепродукты (на примере бензиновой эмульсии) и бытовые стоки (на примере растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) и бытового жидкого моющего средства «Биолан»). Изучены пропускная способность песков по отношению к носителям, имитирующим бытовые стоки, и адсобционная способность по отношению к индивидуальным ПАВ – типовым детергентам (олеат натрия, додецилсульфат натрия, гексадецилсульфат натрия и тетрадецил сульфат натрия). Установлено, что удерживающая способность песков, образцы которых взяты из разных мест юго-западного Прибайкалья, по отношению к нефтепродуктам и бытовым стокам различна. Так, по отношению к бензиновым стокам пески с побережья вблизи пос. Хужир имеют самую высокую удерживающую способность, далее она снижается для песков, отобранных вблизи г. Байкальск и пос. Ангасолка, и оказывается самой незначительной для песка из пади Обутеиха. Это различие объясняется многими факторами, значимым из которых является гранулометрический состав песка. По отношению к стокам бытового моющего средства «Биолан» удерживающая способность песков преимущественно оказывается зависимой от кристаллохимического состава, и лучшие качества в этой серии опытов продемонстрировал песок из Ангасолки, содержащий глинистый минерал антофиллит. Результаты адсорбционных исследований показали, что индивидуальные ПАВ могут адсорбироваться на поверхности минеральных частиц по молекулярному или мицеллярному механизму. Высказано предположение, что механизм адсорбции зависит как от кристаллографических особенностей минеральных адсорбентов, так и от состава и строения молекул ПАВ. Таким образом, показано, что по своим природным качествам пески юго-западного побережья Байкала могут служить защитным барьером для нижележащих почв и подземных вод.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):159-168
159-168
Краткие сообщения
Химическая модификация функциональных сополимеров
Аннотация
Исследована возможность химической модификации функциональных термостойких сополимеров 1-винил-1,2,4-триазола с винилацетатом разного состава, синтезированных в условиях свободно-радикального инициирования в присутствии динитрила азобисизомасляной кислоты. Модификацию сополимеров осуществляли методом щелочного гидролиза, в результате получены новые сополимеры, содержащие в макромолекулах звенья винилтриазола и винилового спирта. Структуру, состав и физико-химические свойства сополимеров определяли с использованием методов элементного анализа, ИК-спектроскопии и термогравиметрического анализа. Установлено, что с увеличением количества звеньев винилового спирта в сополимере от 25 до 87 мол.% наблюдается уменьшение значений характеристической вязкости сополимеров практически в два раза. Сополимеры проявляют диэлектрические свойства, характеризуются удельной электрической проводимостью порядка 10~14-10-15 См/см. По данным термогравиметрического анализа сополимеры обладают устойчивостью к термоокислительной деструкции до 270-290 °С в зависимости от состава. Введение фрагмента винилового спирта в структуру макромолекул сополимеров способствовало улучшению их волокно- и пленкообразующих свойств, а именно: из растворов модифицированных сополимеров на основе 1-винил-1,2,4-триазола успешно формируются волокна и прозрачные эластичные пленки с хорошей адгезией на различных металлических поверхностях.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):169-173
169-173