Изучение способов предобработки лигноцеллюлозного сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-4/2016 ISSN 2410-6070_

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 547.52/.68:577.15

А.И. Петрова

Студент ТвГТУ г. Тверь, Российская Федерация Н.В. Лакина К.х.н., доцент ТвГТУ г. Тверь, Российская Федерация

ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ПРЕДОБРАБОТКИ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО СЫРЬЯ

Аннотация

Лигноцеллюлозное сырье является возобновляемым источником энергии, так как с помощью его гидролиза можно получить субстраты для производства биотоплива. В настоящей работе проведен сравнительный анализ методов предобработки с помощью 98%-ной серной кислоты и паровым взрывом. Применение предобработки с помощью 98%-ной серной кислоты повышает выход растворимых моносахаридов.

Ключевые слова

Лигноцеллюлозное сырье, ферментативный гидролиз, биоконверсия, химический гидролиз, паровой взрыв

Торф и древесные отходы являются дешевыми и возобновляемыми источниками для получения биотоплива. Биоконверсия лигноцеллюлозного сырья (ЛЦ) заключается в гидролитическом расщеплении целлюлозы до глюкозы с последующим сбраживанием до этанола или получении иных продуктов микробного синтеза[1, с. 5]. Для эффективного ферментативного гидролиза проводят предварительную обработку, направленную на разрушение кристаллической структуры целлюлозы и удаление лигнина [2, с. 2].

Глубокая деструкция целлюлозы с образованием растворимых сахаров происходит под действием комплекса целлюлаз. Свойства отдельных ферментов и их взаимодействие в составе этого комплекса определяют его эффективность при гидролизе целлюлозосодержащих субстратов. Основными промышленными продуцентами целлюлозолитических ферментов являются грибы родов Trichoderma и Penicillium, так как они обладают высокой секреторной способностью[4, с. 76].

В настоящей работе сравниваются методы предварительной предобработки возобновляемого сырья: предобработка 98%-ной серной кислотой и паровым взрывом, так как они представляют наибольший экономический интерес. В исследовании использовали торф 30% влажности и 15% степени разложения (Васильевский мох, Калининский район, Тверская область) и опилки березы обыкновенной, произрастающей в окрестностях г. Тверь (фракция 3 - 6 мм).

Гидролиз методом парового взрыва производили с помощью реактора высокого давления Parrlnstruments 4307 (США). В эксперименте навеску торфа массой 10 г в 100 мл H2O продували 3 раза азотом при атмосферном давлении, после чего пробувыдерживали 6 ч при Т=1600С.

Химический гидролиз проводили следующим образом: 10 г торфа (древесных опилок) в 1.5 л 98% раствора серной кислоты выдерживали 2 часа при Т=1600С.

Гидролитическую эффективность методов переработки ЛЦ сырьяоценивали методом отбора проб, определяя содержание редуцирующих веществ (РВ). Анализ пробпроводили методом жидкофазной хроматографии (анализатор UltiMate 3000).

Результаты исследований по содержанию глюкозы и РВ в гидролизатепредставлены в таблице 1.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-4/2016 ISSN 2410-6070

Таблица 1

Зависимость выхода Сахаров и РВ от способа предобработки

№ и вид образца Массовая доля лигнина, % Масса Сахаров в гидролизате, мг/мл Масса РВ в гидролизате, мг/мл

1 Торф, паровой взрыв 38.10 3.6 5.4

2 Древесина, паровой взрыв 59.50 5.1 8.2

3 Торф, 98% Н2Б04 20.40 15.1 19.7

4 Древесина, 98% Н2Б04 17.20 10.0 12.2

Полученные данные показывают, что предобработка с помощью парового взрыва менее эффективна, чем с использованием серной кислоты. Образуется более реакционноспособный субстрат для последующей ферментативной конверсиии, происходит более полное удаление лигнина происходит с помощью агрессивного реагента - концентрированной H2SO4. Образец №3, торф, предобработанный 98% H2SO4, содержит наибольшее количество моносахаров, чем остальные образцы ЛЦ сырья, так как торф более деструктирован, чем древесина.

Работа выполнена при поддержке Гранта РФФИ №16-08-00158. Список использованной литературы:

1.Морозова, В. В. Свойства целлюлолитических ферментов РешсШштуегтиси^ит и их применение для осахаривания лигноцеллюлозного сырья [Текст]: дис. ... канд.хим. наук: 02.00.15, защищена 03.00.23, утв.Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. - М., 2009. -5 с.

2.Постникова, М. В.Изучение процесса подготовки лигноцеллюлозного материала для ферментативного гидролиза[Текст] /М. В.Постникова, Е. В.Могрицкая, А. В. Виноградова, А. П.Павлова - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. - 2011. - №12. - С. 2.

3. Чекушина, А.В. Сравнение эффективности процессов биоконверсии растительного сырья биокатализаторами на основе ферментных препаратов Trichoderma и РешсШштуеггиси^ит [Текст] / А.В. Чекушина, Г.С.Доценко, А.П. Синицын. - Катализ в промышленности. - 2012. - №6.- С.76.

© Петрова А.И., Лакина Н.В., 2016

УДК 539.2:544.43

А.И. Пичугина

к.х.н., доцент кафедры «Химия» Тверской государственный технический университет г. Тверь, Российская Федерация E-mail: idpo-chem-pichugina@bk.ru В.И. Луцик

д.х.н., проф., зав. кафедрой «Химия» Тверской государственный технический университет г. Тверь, Российская Федерация С.Л. Горцевич к.х.н., доцент кафедры «Химия» Тверской государственный технический университет г. Тверь, Российская Федерация

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ КАТИОНОВ МЕДИ НА СКОРОСТЬ РАСТВОРЕНИЯ СУЛЬФИДА НИКЕЛЯ

Аннотация

В работе представлены результаты исследования кинетики процесса растворения сульфида никеля (II)