ВЕСТНИК
ПЕРМСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА | ||
ИССЛЕДОВАНИЕ МАКРОФИТОВ С ЦЕЛЬЮ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ СТРОНЦИЯ Д.Е. Петухова, О.И. Бахирева, Л.С. Пан Получена: 29.06.2022 Рассмотрена: 28.07.2022 Опубликована: 06.10.2022 ![]() Аннотация:
Изучена возможность снижения в природных водах концентрации ионов стронция в присутствии солей жесткости с помощью высших водных растений – макрофитов. Актуальным методом очистки природной воды от ионов стронция является фиторемедиация. Это метод очистки воды с использованием высших водных растений (макрофитов). Метод фиторемедиации в данной работе рассматривается как альтернативный классическим методам очистки воды от ионов стронция, таких как химический, электрохимический, сорбционный и биологический методы. Преимущество метода фиторемедиации заключается в том, что возможно проводить очистку воды in situ, а также в том, что у него относительно низкая стоимость по сравнению с традиционными методами. Стронций попадает в воду из залежей целестина и селенита, месторождения которых находятся в городе Кунгуре и близлежащих поселениях. По химическим свойствам стронций близок с кальцием, но по биологическому действию сильно отличается от него. Стронций может заменять кальций в некоторых физиологических процессах, таких как сокращение мышц, свертывание крови и секреция определенных гормонов. Долгое использование взрослыми и детьми, а также животными воды с ионами стронция способствует развитию болезней, таких как стронциевый рахит – деформация суставов и задержка роста у животных и людей. Негативному влиянию в первую очередь подвергаются костная ткань, печень и кровь. Из литературных источников известно, что макрофиты накапливают в своих тканях значительно большее количество ионов металлов, в том числе и ионов стронция, чем воздушно-водные растения. В статье представлены исследования макрофитов для поглощения ионов стронция в ходе фиторемедиации природной воды: ряски малой (Lemna minor) семейства Ароидные (Araceace), лимнобиума (Limnobium) семейства Водокрасовых (Hydrocharitaceae). Ключевые слова: макрофиты, фиторемедиация, природные воды, стронций, кальций, ряска, лимнобиум. Сведения об авторах:
Петухова Диана Евгеньевна (Пермь, Россия) – студентка кафедры «Химия и биотехнология», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: di.petuhova@mail.ru). Бахирева Ольга Ивановна (Пермь, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: bahirevy@mail.ru). Пан Лариса Сергеевна (Пермь Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: lara.pan1959@mail.ru). Список литературы:
ИММОБИЛИЗАЦИЯ ГЕКСАЦИАНОФЕРРАТА ЖЕЛЕЗА (III) НА МОРСКОЙ ТРАВЕ ZOSTERA MARINA ДЛЯ ВЫСОКОГО И СЕЛЕКТИВНОГО УДАЛЕНИЯ ЦЕЗИЯ ИЗ ВОДЫ Л.С. Пан, Ю.А. Головкова, О.И. Бахирева, М.М. Соколова Получена: 06.07.2022 Рассмотрена: 08.08.2022 Опубликована: 06.10.2022 ![]() Аннотация:
Цезий является основным продуктом деления урана, который широко присутствует в радиоактивных сточных водах. Радиоцезий оказывает потенциальное негативное воздействие на здоровье человека и экологическую среду. Поэтому разработка инновационных технологий, способных избирательно удалять радиоактивный цезий, по-прежнему является необходимой задачей. В данной работе получены новые нетоксичные биосорбенты на основе морской травы Zostera marina и гексацианоферрата Fe (III), которые могут быть использованы для очистки питьевой воды от цезия. Рассмотрено строение полученных материалов методом рентгенофазового анализа. Показано, что синтезированные биосорбенты по степени кристалличности близки к чистому гексацианоферрату железа и введение активной фазы в структуру морской травы не приводит к образованию новых кристаллических фаз. Изучены сорбционные свойства биосорбентов по отношению к цезию. Установлено, что иммобилизация активной гексацианоферратной фазы в матрицу биомассы морской травы приводит к повышению сорбционной емкости в 1,8 раза по сравнению с известным медицинским препаратом Ферроцин и к увеличению механической прочности сорбента. Исследовано влияние рН и температуры среды при сорбции цезия на полученных биосорбентах. Установлено, что в интервале рН от 3 до 8 сорбционная емкость практически не изменяется. В более кислой среде показатели незначительно падают из-за конкуренции с ионами водорода. Показана высокая селективность сорбентов к цезию. При 10-кратном превышении концентрации ионов калия и при 20-кратном ионов натрия, по сравнению с концентрацией цезия, сорбционная емкость по цезию снижается менее чем на 20 %. Оценена биологическая безопасность сорбента методом биотестирования на бактериальной культуре Escherichia Coli и проведены испытания полученных материалов на лабораторных крысах. Все это позволяет рекомендовать полученные биосорбенты для использования их в качестве и энтеросорбентов при отравлениях цезием. Ключевые слова: цезий, био- и энтеросорбенты, сорбционная емкость, морская трава Zostera marina, гексацианоферрат железа (III), дифрактограммы образцов, селективность, биотестирование. Сведения об авторах:
Пан Лариса Сергеевна (Пермь, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: lara.pan1959@mail.ru). Головкова Юлия Александровна (Пермь, Россия) – бакалавр кафедры «Химия и биотехнология» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; Бахирева Ольга Ивановна (Пермь, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: bahirevy@mail.ru). Соколова Мария Михайловна (Пермь, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: mmsokolova@mail.ru). Список литературы:
СОВРЕМЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БИОСУРФАКТАНТОВ В МЕДИЦИНЕ В.А. Цыплюк Получена: 23.05.2022 Рассмотрена: 27.06.2022 Опубликована: 06.10.2022 ![]() Аннотация:
Проведены многочисленные исследования по характеристике и применению микробных биосурфактантов. Низкая токсичность, совместимость с окружающей средой и высокая биоразлагаемость делают их привлекательным выбором для использования в разных областях промышленности. Вследствие структурной новизны, разнообразных свойств и универсальности биосурфактанты широко используются в биотехнологии. Биосурфактанты, такие как гликолипиды или липопептиды, способны повреждать клеточные мембраны и ингибировать пролиферацию раковых клеток, что в конечном итоге приводит к лизису клеток посредством путей апоптоза. В качестве молекул доставки лекарств биосурфактанты могут найти многообещающее применение в биомедицинской области. Сурфактин, липопептидный биосурфактант, обладает инсектицидным, антимикробным, противоопухолевым и антимикоплазменным действием. В настоящее время потенциальное коммерческое применение биосурфактантов в медицине становится все более востребованным ввиду того, что они экологически безопасные и нетоксичные. Антибактериальная, противогрибковая и противовирусная активность биосурфактантов делает их подходящими молекулами для применения в борьбе со многими заболеваниями, а также в качестве терапевтических средств. Кроме того, они являются ценными антиадгезивными агентами против нескольких патогенов, что делает возможным их использование в качестве антиадгезионных покрывающих агентов медицинских материалов для введения. Это приводит к снижению большого числа внутрибольничных инфекций без использования синтетических лекарств и химических веществ. В этом обзоре рассматриваются медицинские и терапевтические перспективы применения биосурфактантов разных типов. Ключевые слова: биосурфактанты, антимикробная активность, противовирусная активность, антиадгезионные покрытия, лечебные средства. Сведения об авторах:
Цыплюк Виктория Александровна (Уфа, Россия) – магистрант кафедры «Биохимия и технология микробиологических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета (450064, г. Уфа, Список литературы: 1. Gerard J., Lloyd R., Barsby T. Antimycobacterial cyclic depsipeptides produced by two pseudomonads isolated from marine habitats // Journal of Natural Products. – 1997. – № 60. – P. 223–229. 2. Rodrigues L.R., Banat I.M., Van der Mei H.C. Interference in adhesion of bacteria and yeasts isolated from explanted voice prostheses to silicone rubber by rhamnolipid biosurfactants // Journal of Applied Microbiology. – 2006. – № 100. – P. 470–480. 3. Lang S., Wullbrandt D. Rhamnose lipids—biosynthesis, microbial production and application potential // Applied Microbiology and Biotechnology. – 1999. – № 51. – P. 22–32. 4. Maier R., Soberon-Chavez G. Pseudomonas aeruginosa rhamnolipids: biosynthesis and potential applications // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2000. – № 54. – P. 625–33. 5. Vollenbroich D., Pauli G., Ozel M. Antimycoplasma properties and applications in cell culture of surfactin, a lipopeptide antibiotic from Bacillus subtilis // Applied and Environmental Microbiology. – 1997. – № 63. – P. 44–49. 6. Vollenbroich D., Ozel M., Vater J. Mechanism of inactivation of enveloped viruses by the biosurfactant surfactin from Bacillus subtilis // Biologicals. – 1997. – № 25. – P. 289–297. 7. Kameda Y., Ouchira S., Matsui K. Antitumor activity of Bacillus natto V. Isolation and characterization of surfactin in the culture medium of Bacillus natto KMD 2311 // Chemical and Pharmaceutical Bulletin. – 1974. – № 22. – P. 938–944. 8. Bernheimer A., Avigad L. Nature and properties of a cytolytic agent produced by Bacillus subtilis // The Journal of General and Applied Microbiology. – 1970. – № 61. – P. 361–409. 9. Sheppard J.D., Jumarie C., Cooper D.G. Ionic channels induced by surfactin in plannar lipid bilayer membranes // Biochimica et Biophysica Acta. – 1991. – № 1064. – P. 13–23. 10. Itokawa H., Miyashita T., Morita H. Structural and conformational studies of [Ile7] and [Leu7] surfactins from Bacillus subtilis // Chemical and Pharmaceutical Bulletin. – 1994. – № 42. – P. 604–607. 11. Naruse N., Tenmyo O., Kobaru S. Pumilacidin, a complex of new antiviral antibiotics: production, isolation, chemical properties, structure and biological activity // The Journal of Antibiotics. – 1990. – № 43. – P. 267–280. 12. Ahimou F., Jacques P., Deleu M. Surfactin and iturin A effects on Bacillus subtilis surface hydrophobicity // Enzyme and Microbial Technology. – 2001. – № 27. – P. 749–754. 13. Besson F., Peypoux F., Michel G. Characterization of iturin A in antibiotics from various strains of Bacillus subtilis // The Journal of Antibiotics. – 14. Thimon L., Peypoux F, Wallach J. Effect of lipopeptide antibiotic, iturin A, on morphology and membrane ultrastructure of yeast cells // FEMS Microbiology Letters. – 1995. – № 128. – P. 101–106. 15. Tanaka Y., Takashi T., Kazuhik U. Method of producing iturin A and antifungal agent for profound mycosis // Biotechnology Advances. – 1997. – № 15. – P. 234–250. 16. Mittenbuhler K., Loleit M., Baier W. Drug specific antibodies: T-cell epitope-lipopeptide conjugates are potent adjuvants for small antigens in vivo and in vitro // International Immunopharmacology. – 1997. – № 19. – P. 277–287. 17. Jenny K., Kappeli O., Fietcher A. Biosurfactants from Bacillus licheniformis: structural analysis and characterization // Applied Microbiology and Biotechnology. – 1991. – № 36. – P. 5–13. 18. Lin S., Carswell K., Sharma M. Continuous production of the lipopeptide biosurfactant of Bacillus licheniformis JF-2 // Applied Microbiology and Biotechnology. – 1994. – № 41. – P. 281–285. 19. Yakimov M., Timmis K., Wray V. Characterization of a new lipopeptide surfactant produced by thermotolerant and halotolerant subsurface Bacillus licheniformis BAS50 // Applied and Environmental Microbiology. – 1995. – № 61. – P. 1706–1718. 20. Grangemard I., Wallach J., Maget-Dana R. Lichenysin: a more efficient cation chelator than surfactin // Biotechnology and Applied Biochemistry. – 2001. – № 90. – P. 199–210. 21. Rodrigues L.R., Banat I.M., Teixeira J.A. Biosurfactants: Potential applications in medicine // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. – 2006. – № 9. – P. 1–10. 22. Naughton P., Marchant R., Naughton V., Banat I. Microbial biosurfactants: current trends and applications in agricultural and biomedical industries // Journal of Applied Microbiology. – 2019. – № 127. – P. 12–28. 23. Zhao X. Treatment of mouse melanoma cells with phorbol 12-myristate 13-acetate counteracts mannosylerythritol lipid-induced growth arrest and apoptosis // Cytotechnology. – 2000. – № 33. – P. 123–130. 24. Chen J. Sophorolipid produced from the new yeast strain Wickerhamiella domercqiae induces apoptosis in H7402 human liver cancer cells // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2006. – № 72. – P. 52–59. 25. Bioactivities of Sophorolipid with different structures against human Esophageal Cancer cells / L. Shao, X. Song, X. Ma, H. Li, Y. Qu // Journal of Surgical Research. – 2012. – № 173. – P. 286–291. 26. Chiewpattanakul P. Bioproduction and anticancer activity of biosurfactant produced by the dematiaceous fungus Exophiala dermatitidis SK80 // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2010. – № 20. – Р. 1664–1671. 27. Evaluation of anti-cancer, anti-microbial and anti-biofilm potential of biosurfactant extracted from an Acinetobacter indicus M6 strain / A.P. Karlapudi, T.C. Venkateswarulu, S. Krupanidhi, K.K. Rohini // Journal of King Saud University. – 2020. – № 32. – Р. 223–227. 28. Preetha A. Surface activity, lipid profiles and their implications in cervical cancer // Journal of Surgical Research. – 2005. – № 1. – Р. 180–186. 29. Csizmazia E. Ibuprofen penetration enhance by sucrose ester examined by ATR–FTIR in vivo // Pharmaceutical Development and Technology. – 2012. – № 17. – Р. 125–128. 30. Khan R., Irichhaiya R. Niosomes: a potential tool for novel drug delivery // International Journal of Pharmaceutical Investigation. – 2016. – № 46. – Р. 195–204. 31. Zouari R., Hamden K., Feki A.E. Protective and curative effects of Bacillus subtilis SPB1 biosurfactant on high-fat-high-fructose diet induced hyperlipidemia, hypertriglyceridemia and deterioration of liver function in rats // Biomedicine & Pharmacotherapy. – 2016. – № 84. – Р. 323–329. 32. Ohadi M., Forootanfar H., Rahimi H. R. Antioxidant potential and wound healing activity of biosurfactant produced by Acinetobacter junii B6 // Current Pharmaceutical Biotechnology. – 2017. – № 18. – Р. 900–908. 33. Sharma D., Saharan B. S. Functional characterization of biomedical potential of biosurfactant produced by Lactobacillus helveticus // Plant Biotechnology Reports. – 2016. – № 11. – Р. 27–35. 34. Augustin M., Hippolyte M. T. Screening of biosurfactants properties of cell-free supernatants of cultures of Lactobacillus spp. isolated from a local fermented milk (Pendidam) of Ngaoundere (Cameroon) // International Journal of Applied Engineering Research. – 2012. – № 2. – Р. 974–985. 35. Antioxidant, antibacterial, and anti-adhesive activities of biosurfactants isolated from Bacillus strains / S.S. Giri, E.C. Ryu, V. Sukumaran, S.C. Park // Microbial Pathogenesis. – 2019. – № 132. – Р. 66–72. 36. Antibacterial activity and mannosylerythritol lipids against vegetative cells and spores of Bacillus cereus / Q. Shu, Y. Niu, W. Zhao, Q. Chen // Food Control. – 2019. – № 106. – Р. 711. 37. Bezza F.A., Tichapondwa S.M., Chirwa E.M.N. Synthesis of biosurfactant stabilized silver nanoparticles, characterization and their potential application for bactericidal purposes // Journal of Hazardous Materials. – 2020. – № 393. – Р. 219–222. 38. Rhamnolipids from Planococcus spp. and their mechanism of action against pathogenic bacteria / V.K. Gaur, V. Tripathi, P. Gupta, N. Dhiman, 39. Bielinska A.U., Janczak K.W., Landers J.J. Mucosal immunization with a novel nanoemulsion-based recombinant anthrax protective antigen vaccine protects against Bacillus anthracis spore challenge // Infection and Immunity. – 40. Ohadi M., Forootanfar H., Rahimi H.R. Antioxidant potential and wound healing activity of biosurfactant produced by Acinetobacter junii B6 // Current Pharmaceutical Biotechnology. – 2017. – № 18. – Р. 900–908. СКРИНИНГ МИКРООРГАНИЗМОВ-ПРОДУЦЕНТОВ БИОСУРФАКТАНТОВ Л.Я. Василова, В.А. Цыплюк Получена: 07.07.2022 Рассмотрена: 08.08.2022 Опубликована: 06.10.2022 ![]() Аннотация:
Интерес к микробным биосурфактантам возрастает по нескольким причинам. Во-первых, биосурфактанты считаются экологически безопасными, поскольку они относительно нетоксичны и биоразлагаемы. Во-вторых, биосурфактанты имеют уникальную структуру, которая только начинает цениться за их потенциальное применение во многих различных аспектах промышленности, от биотехнологии до очистки окружающей среды. Спрос на новые специальные поверхностно-активные вещества в сельском хозяйстве, косметической, пищевой, фармацевтической и экологической промышленности неуклонно растет. Поскольку эти поверхностно-активные вещества должны быть как эффективными, так и экологически безопасными, естественно обратиться к микробному миру, чтобы удовлетворить этот спрос. Термин поверхностно-активное вещество охватывает широкий спектр соединений, как синтетических, так и биологических, все из которых обладают тензиоактивными свойствами. Эти молекулы имеют амфифильную природу, имеют как гидрофильные, так и гидрофобные домены, что позволяет им существовать преимущественно на границе раздела полярных и неполярных сред. Наиболее важным ограничением коммерческого использования биосурфактантов является сложность и высокая стоимость производства, что ограничивает их использование в больших масштабах. На сегодняшний день единственными коммерчески доступными биосурфактантами являются рамнолипиды и сурфактин. Несмотря на текущие ограничения коммерческого производства биосурфактантов, существует большой интерес к этим материалам, поскольку они считаются «зеленой» альтернативой синтетическим поверхностно-активным веществам. Биосурфактанты считаются относительно нетоксичными и биоразлагаемыми, но, возможно, более важно то, что химическая структура биосурфактантов уникальна и демонстрирует большое структурное разнообразие, включая гликолипиды, липопептиды, жирные кислоты и нейтральные липиды, сидерофорные липиды и полимерные поверхностно-активные вещества. С целью поиска перспективных продуцентов биосурфактантов был проведен скрининг микроорганизмов, выделенных из загрязненных нефтью почв, с помощью определения индекса эмульгирующей активности и нефтеокисляющей способности. Всего было проанализировано 34 штамма, 5 из которых показали высокие значения индекса эмульгирующей активности и нефтеокисляющей способности. Перспективным продуцентом биосурфактантов является штамм Н2-1, дающий наиболее высокие значения по всем показателям. Ключевые слова: биосурфактанты, эмульгирующая активность, нефтеокисляющая способность, микроорганизмы, скрининг. Сведения об авторах:
Василова Лилия Ягфарьевна (Уфа, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Биохимия и технология микробиологических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета (450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1). Цыплюк Виктория Александровна (Уфа, Россия) – магистрант кафедры «Биохимия и технология микробиологических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета (450064, Список литературы: 1. Banat I.M., Makkar R.S., Cameotra S.S. Potential commercial applications of microbial surfactants // Appl Microbiol Biotechnol. – 2000. – № 53. – Р. 495–508. 2. Microbial biosurfactants production, applications and future potential / 3. Review. Biosurfactants: Multifunctional Biomolecules of the 21st Century / D.K. Santos, R.D. Rufino [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. – 2016. – № 401 (17). – 31 p. 4. Varjani S.J., Upasani V.N. Critical Review on Biosurfactant Analysis, Purification and Characterization Using Rhamnolipid as A Model Biosurfactant // Bioresource Technology. – № 233. – 2017. – Р. 389–397. 5. Biosurfactants: potential applications in medicine / L. Rodrigues [et al.] // J. Antimicrob Chemother. – 2006. – Vol. 57 (4). – P. 609–618. 6. Potential applications of surface-active compounds by Gordonia sp. strain BS29 in soil remediation technologies / A. Franzetti [et al.] // Chemosphere. – 2009. – Vol. 75 (6). – P. 801–807. 7. Nayarisseri A., Singh P., Singh S.K. Screening, isolation and characterization of biosurfactant producing Bacillus subtilis strain ANSKLAB03 // Bioinformation. – 2018. – Vol. 14, № 6. – Р. 304–314. 8. Production and stability studies of the biosurfactant isolated from marine Nocardiopsis sp. B4 / A. Khopade, R. Biao, X. Liu, K. Mahadik, L. Zhang, 9. Optimization of bench-scale production of biosurfactant by Bacillus Licheniformis R2 / S.J. Joshi, S.J. Geetha, S. Yadav, A.J. Desai // APCBEE Proc. – 2013. – Vol. 5. – P. 232–236. 10. Control of agitation and aeration rates in the production of surfactin in foam overflowing fed-batch culture with industrial fermentation / S. Yao, S. Zhao, Z. Lu, 11. Fakruddin M. Biosurfactant: production and application // J. Pet. Environ. Biotechnol. – 2012. – Vol. 3. – P. 124. 12. Isolation and production of biosurfactant from Pseudomonas aeruginosa isolated from Iranian southern wells oil / H. Rashedi, E. Jamshidi, M.A. Mazaheri, B. Bonakdarpour // Int. J. Environ. Sci. Tech. – 2016. – Vol. 2, № 2. – P. 121–127. 13. Evans C., Herbert D., Tempest D. The continuious cultivation of microorganisms. 2. Construction of hemostat // Methods in Microbiology. – 1970. – Vol. 2, № 4. – Р. 277–327. 14. Методы скрининга биосурфактант-продуцирующих бактерий (мини-обзор) / Т.М. Лыонг [и др.] // Изв. ТулГУ. Естественные науки. – 2019. – Вып. 4. – С. 98–111. 15. Cooper D.G., Goldenberg G.G. Surface-active agents from two Bacilllus species // Appl. Environ. Microbiol. – 1987. – Vol. 53. – P. 224–229. 16. Биодеградация нефтепродуктов штаммами-деструкторами и их ассоциациями в жидкой среде / Л.М. Барышникова [и др.] // Прикл. биохимия и микробиология. – 2001. – Т. 37, № 5. – С. 542–548. 17. Деструкция нефти бактериями рода Pseudomonas, содержащими различные плазмиды биодеградации / А.А. Ветрова, А.А. Овчинникова, А.Е. Филонов [и др.] // Изв. ТулГУ. Естественные науки. – 2008. – № 2. – С. 186–193. ВЛИЯНИЕ СПОСОБА И УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОФОСФАТА НА ЕГО СОСТАВ И ДИСПЕРСНОСТЬ Л.С. Ещенко, О.В. Понятовский, Х.Б. Ходжиева Получена: 25.07.2022 Рассмотрена: 26.08.2022 Опубликована: 06.10.2022 ![]() Аннотация:
Исследован процесс образования алюмофосфата в системе Al(NO3)3 – H3PO4 – H2O – CO(NH2)2, где карбамид является прекурсором. Исследовано влияние способа и условий синтеза на состав и дисперсность гидратированного и безводного алюмофосфата, представляющего интерес как дисперсная фаза для электрореологических суспензий. Показано, что в системе Al(NO3)3 – H3PO4 – H2O – CO(NH2)2 при мольном соотношении реагентов, равном 1,0, в зависимости от количества вводимого прекурсора (карбамида) при достижении pH 2,3–2,35 образуются продукты в виде объемного осадка, гелеобразной или пастообразной массы, которые являются рентгеноаморфными. Изучен состав, дисперсность образцов алюмофосфата, полученных после старения свежеприготовленных продуктов, и отмечено различие в размере частиц. Термообработкой гелеобразных, пастообразных образцов при 950 °С получен безводный рентгеноаморфный алюмофосфат с преобладающим размером частиц 20–100 мкм. Приведено сравнение дисперсности гидратированных и безводных образцов алюмофосфата с мольным соотношением Al2O3:P2O5 ≈ 1,0, полученных золь-гель способом в системе Al(NO3)3 – H3PO4 – H2O – CO(NH2)2 и кристаллизацией из алюмофосфорсодержащего раствора, и отмечено, что более крупные частицы характерны для рентгеноаморфного алюмофосфата, как гидратированного, так и безводного. Ключевые слова: гидратированный алюмофосфат, безводный алюмофосфат, золь-гель синтез, гидротермальный синтез, фазообразование, термообработка, состав, дисперсность. Сведения об авторах:
Ещенко Людмила Семеновна (Минск, Беларусь) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии неорганических веществ и общей химической технологии УО «Белорусский государственный технологический университет», член-корреспондент Российской академии естественных наук и Европейской академии естествознания (220006, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Свердлова, 13а; e-mail: yeshchanko@belstu.by). Понятовский Олег Витальевич (Минск, Беларусь) – аспирант кафедры технологии неорганических веществ и общей химической технологии УО «Белорусский государственный технологический университет» (220006, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Свердлова, 13а; e-mail: oleg.ponyatovskiy@gmail.com). Ходжиева Халлыбиби Бегниязовна (Минск, Беларусь) – студентка Список литературы:
МЕХАНИЗМ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЭМУЛЬГИРОВАННЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ Е.С. Дремичева Получена: 22.07.2022 Рассмотрена: 26.07.2022 Опубликована: 06.10.2022 ![]() Аннотация:
Рассмотрена актуальная проблема очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов, включая аварийные разливы. Современные технологии не всегда позволяют производить снижение концентрации нефтепродуктов в воде до норм ПДК. Поэтому для достижения требуемых норм качества воды предусматривается сочетание нескольких методов очистки. В качестве эффективного метода для доочистки рассмотрен метод адсорбции. Для эффективного проведения данного процесса был взят природный материал торф. Ранее полученные положительные результаты при оценке сорбционных свойств торфа по отношению к нефти и нефтепродуктам различных фракций позволяют рекомендовать данный материал в качестве сорбента. В данной работе для оценки протекания процесса адсорбции были взяты нефтепродукты в устойчивом эмульгированном состоянии, поскольку такое состояние является одним из наиболее опасных. Были проведены экспериментальные исследования с различными концентрациями нефтепродуктов в созданной модельной эмульсии, а также была дана оценка влияния на процесс температуры. Все экспериментальные исследования проводились в соответствии со стандартными методиками. На основе полученных экспериментальных данных далее были изучены механизмы взаимодействия низинного торфа и нефтепродукта – моторного масла с использованием термодинамических показателей. Установлено, что поглощающая способность торфа проявляется при первых минутах контакта с эмульсией, причем вне зависимости от начальной концентрации нефтепродуктов, максимальное значение эффективности очистки от 40 до 80 %. Необходимо отметить, что эффективность 80 % составила для эмульсии с начальной концентрацией моторного масла 18 мг/дм3. Также получено, что изотермы адсорбции имеют вид изотерм Лэнгмюра, происходит физическая неактивированная адсорбция, отрицательные значения энергии Гиббса свидетельствуют о самопроизвольном протекании процесса. Проведенные исследования позволят определить оптимальные параметры сорбции в дальнейшем внедрении при очистке нефтесодержащих сточных вод промышленных предприятий, аварийных разливах и создании водооборотных циклах. Ключевые слова: нефтепродукты, сточные воды, адсорбционная очистка, торф, механизм сорбции, изотермы адсорбции. Сведения об авторах:
Дремичева Елена Сергеевна (Казань, Россия) – кандидат технических наук, начальник отдела НИРС, доцент кафедры «Экономика и организация производства» Казанского государственного энергетического университета (420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51; е-mail: lenysha@mail.ru). Список литературы: 1. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей 2. Росприроднадзор в 2021 году зафиксировал 32 разлива нефтепродуктов компаниями [Электронный ресурс]. – URL: https://tass.ru/obschestvo/ 13161131 (дата обращения: 22.06.2022). 3. Хронология крупнейших случаев разлива нефти и нефтепродуктов в России [Электронный ресурс]. – URL: https://tass.ru/info/8641491 (дата обращения: 22.06.2022). 4. Ивахнюк С.Г. Прогностическое моделирование загрязнения морских акваторий при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов // Проблемы управления рисками в техносфере. – 2021. – № 4 (60). – С. 60–67. 5. Актуальные проблемы очистки нефтесодержащих сточных вод [Электронный ресурс] / В.Н. Анапольский, К.Л. Прокопьев, С.В. Олиферук, А.П. Романенко // С.О.К. – Сантехника. Отопление. Кондиционирование. – 2007. – 6. Дремичева Е.С. Проблемы загрязнения водоемов нефтесодержащими сточными водами промышленных предприятий и варианты их решения // Химическая безопасность. – 2021. – Т. 5, № 2. – С. 66–77. 7. Грачева Н.В., Желтобрюхов В.Ф., Селезнева Н.А. Сорбция эмульгированных нефтепродуктов из сточных вод модифицированной опокой // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2019. – Вып. 1 (74). – С. 80–87. 8. Изучение процесса сорбции растворенных нефтепродуктов из водных сред углеродсодержащим материалом / И.В. Старостина, Н.Ю. Кирюшина, А.С. Лушников, М.А. Паленова, М.А. Писклов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2022. – № 3 (306). – С. 60–66. 9. Татаринцева Е.А., Ольшанская Л.Н. Получение эффективных нефтесорбентов для очистки вод на основе отходов химической промышленности // Промышленные процессы и технологии. – 2021. – Т. 1, № 1. – С. 6–16. 10. Иванова М.А., Зенитова Л.А. Сорбент для ликвидации нефтяных разливов на основе пенополиуретана и отходов пенополистирола // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2020. – № 2. – С. 22–36. 11. Абдель-Гадир Б.М., Кузнецова Г.М., Ягафарова Г.Г. Поиск сорбентов для очистки водных объектов от нефтяных загрязнений // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2018. – № 4 (32). – С. 72–79. 12. Facile fabrication of porous waste-derived carbon-polyethylene terephthalate composite sorbent for separation of free and emulsified oil from water / Debirupa Mitra, Ming Hang Tai, Ermanda B. Abdullah, Chi-Hwa Wang, Koon Gee Neoh // Separation and Purification Technology. – 2021. – Vol. 279. – Р. 119664. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.119664 13. Kurbangaleeva M.Kh. Improvement of Emergency Oil Spill Management Technology // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2022. – Vol. 988, no. 022008. DOI: 10.1088/1755-1315/988/2/022008 14. Sorption and removal of crude oil spills from seawater using peat-derived biochar: An optimization study / Khawla Al Ameri, Adewale Giwa, Lina Yousef, Abdulrahman Alraeesi, Hanifa Taher // Journal of Environmental Management. – 2019. – Vol. 250. – Р. 109465. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.109465 15. Nazarenko M.Y., Kondrasheva N.K., Saltykova S.N. Sorptional properties of fuel shale and spent shale // Coke and Chemistry. – 2017. – Vol. 60, № 2. – С. 86–89. 16. Модификация фитосорбентов для интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод / С.В. Максимова, Е.С. Коршикова, Е.И. Вялкова, А.М. Фугаева, А.А. Воронов // Архитектура, строительство, транспорт. – 2022. – № 1. – С. 42–53. 17. Adsorption of hydrocarbons on organo-clays – implications for oil spill remediation / Frost Ray, Carmody Onuma, Xi Yunfei, Kokot Serge // Journal 18. Разработка очистителя от загрязнений почвы нефтепродуктами на основе месторождений торфа Тамбовской области / С.И. Данилин, А.С. Иванов, Ю.В. Родионов, А.О. Сухова // Наука и Образование. – 2021. – Т. 4, 19. Dremicheva E.S., Laptev A.G. Modeling the process of sorption for the purification of waste water from petroleum products and heavy metals // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2019. – Vol. 53(3). – Р. 355–363. DOI: 10.1134/S0040579519030047 20. Влияние температуры обработки на сорбционные свойства биоразлагаемого пористого материала / Г.С. Минаков, С.А. Широких, С.В. Кашевский, М.Ю. Королёва, Е.С. Вайнерман // Успехи в химии и химической технологии. – 2020. – Т. 34, № 8 (231). – С. 89–91. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БИОРЕАКТОРА ПЕРЕРАБОТКИ ПИВНОЙ ДРОБИНЫ В БИОГАЗ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЗ ОБРАБОТКИ СУБСТРАТА В.В. Житков Получена: 20.06.2022 Рассмотрена: 22.07.2022 Опубликована: 06.10.2022 ![]() Аннотация:
Анаэробное сбраживание постоянно образующихся органических отходов пищевых и особенно пивоваренных производств с получением метана в качестве дополнительного и альтернативного источника энергии является достаточно современной и экологически чистой технологией. Наиболее типичным примером отходов пивоварения является пивная дробина. Хотя пивная дробина содержит относительно высокое содержание белков, поддерживающих рост анаэробных микроорганизмов, она также устойчива к анаэробному сбраживанию благодаря высокому содержанию лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы. Для эффективной переработки дробины необходимо создать соответствующие условия, включающие в себя совокупность технологических и аппаратных решений. Автором предлагается комбинация использования современных ультразвуковых технологий и оптимизированных температурных режимов, которые известны как безопасный и экологически чистый способ воздействия на трудно сбраживаемые среды, позволяющие тем самым увеличить доступность сбраживаемых углеводов микроорганизмам и уникальных аппаратных методов управления процессом, позволяющих максимально эффективно реализовать потенциал технологических решений. Определяются функции систем управления модулями биореактора для анаэробного сбраживания пивной дробины. Использование ультразвука для переработки приводит к учету совместного действия температуры субстрата и частоты ультразвуковых колебаний. В пространстве состояний биореактора наряду с температурой и кислотно-щелочным балансом дополнительно учитываются частота ультразвуковых колебаний, длительность обработки ультразвуком и время сбраживания. Представляются экспериментально полученные значения границ изменения управляющих воздействий в новом пространстве состояний. Принцип и структура системы управления биореактором обеспечивают компенсацию параметрических возмущений за счет расширения множества управлений на конечном временном интервале функционирования с корректировкой установок локальным регуляторам, рассчитываемых на основе регрессионных моделей процесса переработки пивной дробины. Ключевые слова: биореактор, биогаз, управление, ультразвук, регулирование, дробина, модель, состояние, биотехнология, автоматизация. Сведения об авторах:
Житков Владимир Владимирович (Москва, Россия) – аспирант, ассистент кафедры «Прикладная механика и инжиниринг технических систем» Московского государственного университета пищевых производств (125080, Список литературы: 1. Михеев В.А. Автоматизация процессов ОМД: электрон. учеб. пособие / Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева. – Самара, 2012. – 167 с. 2. Мохсен М.Н. Методы квазиоптимизации и согласованного векторного управления в локальных системах автоматизации технологических процессов. – Ростов н/Д, 2016. – 253 с. 3. Третьяк Л.Н. Методологические основы оценки и управления качеством пива с заданными потребительскими свойствами и технология его производства в условиях информационной неопределенности. – М., 2013. – 476 с. 4. Макаров В.В., Антонова Г.М. Создание обобщенных моделей динамических стохастических систем путем имитационного моделирования с использованием алгоритмов идентификации // Имитационное моделирование. Теория и практика: тр. 7-й Всерос. науч.-практ. конф. / Ин-т проблем упр. РАН. – М., 2015. – Т. 1. – С. 13–18. 5. Карпенко А.П., Моор Д.А., Мухлисуллина Д.Т. Многокритериальная оптимизация на основе нейронечеткой аппроксимации функции предпочтений лица, принимающего решения // Наука и образование. – 2010. – № 6. – 6. Жмудь В.А. Адаптивные системы автоматического управления с единственным основным контуром // Автоматика и программная инженерия. – 2014. – № 2. – С. 106–122. 7. Ахремчик О.Л., Житков В.В. Уровневая организация АСУ биореакторами // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2021. – № 9. – С. 4–9. 8. Герасимов Д.В., Сучкова Е.П. Теоретические основы применения ультразвука для обработки пищевых систем с целью регулирования содержания биологически активных компонентов // Научный журнал НИУ ИТМО. Процессы и аппараты пищевых производств. – 2014. – № 3. – С. 53–60. 9. Житков В.В., Федоренко Б.Н. Влияние ультразвука на образование биогаза при утилизации пивной дробины // Пищевая промышленность. – 2020. – № 1. – С. 18–21. 10. SCADA/HMI DataRate 4.0 – в ногу со временем [Электронный ресурс] – URL: https://www.krug2000.ru/pdf/DataRate_4.0_v_nogu_so_vremenem.pdf (дата обращения: 02.06.2021). 11. Чекалкин А.П., Мокрушин С.А., Хорошавин В.С. Обзор рынка биoгазовых технологий // Общество, наука, инновации: сб. материалов всерос. ежегод. науч.-техн. конф. – Киров, 2012. – С. 1139–1141. 12. Исследование принципа работы биогазовых установок с целью их дальнейшей автоматизации / А.Р. Терехин, Н.С. Галкин, Н.А. Забенкова, 13. Чекалкин А.П., Мокрушин С.А. Автоматизация процесса анаэробного сбраживания органических отходов // Автоматизация и производство. – 2012. – № 1. – С. 36–37. 14. An overview of microbial biogas enrichment / N. Aryal, T. Kvist, F. Ammam, D. Pant, L. Ottosen // Bioresour. Technol. – 2018. – № 264. – P. 359–369. 15. Anaerobic digestion of annual and multi-annual biomass crops / L. Barbanti, G. Di Girolamo, M. Grigatti, L. Bertin, C. Ciavatta // Ind. Crops Prod. – 2014. – № 56. – P. 137–144. 16. Betts G.D., Williams A., Oakley R.M. Ultrasonic Standing Waves: Inactivation of Foodborne Microorganisms Using Power Ultrasound // Encyclopedia of Food Microbiology. – USA, 2014. – P. 659–664. 17. Influence of initial рН on thermoрНilic anaerobic co-digestion of swine manure and maize stalk / Z. Tong, C. Mao, N. Zhai, X. Wang, G. Yang // Waste Manag. – 2015. – № 35. – P. 119–126. 18. Tong Z., Yang Y., Xie D. Insights into the production potential and trends of China’s rural biogas // Int. J. Energy Res. – 2015. – № 39. – P. 227–237. АДАПТАЦИЯ СИСТЕМЫ ПРОГРАММНО-ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПАКЕТОФОРМИРУЮЩЕЙ МАШИНОЙ ФИРМЫ MÖLLERS К СОВРЕМЕННЫМ СРЕДСТВАМ АВТОМАТИЗАЦИИ SIMATIC Р.Р. Исламов, А.Г. Шумихин Получена: 29.06.2022 Рассмотрена: 29.07.2022 Опубликована: 06.10.2022 ![]() Аннотация:
Рассматривается подход к модернизации АСУ ТП пакетоформирующей машины фирмы Möllers в производстве сыпучих материалов на одном из предприятий химической отрасли. Обследована пакетоформирующая машина и ее АСУ ТП, реализованная на базе средств автоматизации SIMATIC и разделенная на АСУ ТП укладки мешков на поддон и АСУ ТП обмотки уложенных на поддон мешков в стретч-пленку. Выявлена проблема устаревания технического и программного обеспечения АСУ ТП укладки мешков на поддон, сформулированы и решены задачи, направленные на ее модернизацию. В результате подобраны современные аналоги технических средств SIMATIC, адаптировано программное обеспечение SIMATIC к выбранным техническим средствам, разработана имитационная модель пакетоформирующей машины в программной среде SIMIT и с применением модели произведена оценка работоспособности адаптированного программного обеспечения SIMATIC. При адаптации программного обеспечения SIMATIC построена модель логического управления. Разработанные по модели алгоритмы управления реализованы на языке функциональных блоков FBD и языке инструкций STL в среде Эти же методы адаптации и оценки работоспособности программного обеспечения SIMATIC, использованные для АСУ ТП укладки мешков на поддон, применимы и для АСУ ТП обмотки уложенных на поддон мешков в стретч-пленку. Ключевые слова: сыпучий материал, производство, пакетоформирующая машина, АСУ ТП, техническое обеспечение, программное обеспечение, модернизация, адаптация. Сведения об авторах:
Исламов Рустам Рашидович (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Шумихин Александр Георгиевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, Список литературы:
| ||