Научная статья на тему 'Переработка лигнина с использованием пероксидп водорода в присутствии пероксидазы корня хрена'

Переработка лигнина с использованием пероксидп водорода в присутствии пероксидазы корня хрена Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
153
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Шиманская Е.И., Гребенникова О.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Переработка лигнина с использованием пероксидп водорода в присутствии пероксидазы корня хрена»

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

Далее химически модифицированный сополимер проверялся в рецептуре герметика АМ-0,5. Стандартная рецептура герметика АМ-0,5 состоит из следующих ингредиентов: тиокола марки ТСД, эпоксидной смолы Э-40, диоксида титана, полиэфира марки ПС, диоксида марганца и дифенилгуанидина в виде вулканизующей пасты. Полученные физико-механические показатели вулканизатов герметика представлены в таблице 4.

Анализ данных показывает, что значение показателя условной прочности при увеличении содержания сополимера в модифицированном полисульфидном олигомере от 20 до 25 %мас. увеличивается, а затем резко уменьшается. Значение показателя относительного удлинения при этом возрастает. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования в рецептуре герметика АМ-0,5 полисульфидного полимера, модифицированного на 25 %мас. сополимером ДЦПД с элементной серой. При этом физико-механические характеристики вулканизатов соответствуют требованиям технических условий на герметик марки АМ-0,5.

Таблица 4

Физико-механические показатели вулканизатов герметика АМ-0,5 с использованием химически

модифицированного сополимера ДЦПД:сера и полисульфидного полимера

Наименование показателя Соотношение полисульфидного полимера и сополимера ДЦПД:сера при химической модификации, мас.ч.

80/20 75/25 70/30

Жизнеспособность, мин 45 30 10

Условная прочность при разрыве, МПа 0,4 0,57 0,21

Относительное удлинение при разрыве, % 150 230 330

Характер разрушения на границе мастика-бетон когезионный

Как уже отмечалось выше, при химической модификации кроме сополимера ДЦПД: сера для снижения вязкости модифицированного продукта использовался олигомерный полимеркаптан в количестве до 20 % от массы тиокола. Себестоимость как сополимера ДЦПД: сера, так и олигомерного полимеркаптана значительно ниже себестоимости тиокола.

Таким образом, проведенные исследования показывают возможность использования для модификации тиокола более дешевых серосодержащих полимерных продуктов, что приведет к снижению себестоимости модифицированного сополимера.

Список использованной литературы:

1. Аверко-Антонович Л.А., Кирпичников П.А., Смыслова Р.А. Полисульфидные олигомеры и герметики на их основе. Л., Химия, 1983. - 128 с.

2. М.В. Рылова, Я.Д. Самуилов. Подход к получению резин с повышенным содержанием серы/ Мат-лы конференции «Состояние и перспективы развития ОАО «КЗСК», г. Казань, 14-16 ноября, 2001. - с.94-96.

© Сафиуллина Т.Р., 2016

УДК (544-931.2+665.6-404)

Е.И. Шиманская, доцент

ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», г.Тверь, РФ

О.В. Гребенникова, старший преподаватель ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», г.Тверь, РФ

ПЕРЕРАБОТКА ЛИГНИНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРОКСИДП ВОДОРОДА В ПРИСУТСТВИИ ПЕРОКСИДАЗЫ КОРНЯ ХРЕНА

Переработка лигнина в ценные химические вещества является в настоящее время актуальной задачей

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

в связи с возрастающей проблемой переработки древесных отходов. Существует большое количество путей переработки древесной биомассы, в том числе пиролиз, гидрогенолиз, сольволиз, гидроочистка и т.д. В данной статье рассматривается окислительная переработка лигнина. При глубоком окислении образуются жирные и ароматические кислоты, при более мягком окислении можно получить полупродукты, которые находят применение в фармацевтической химии, а также в химии биотоплив [1]. Одним из способов «мягкого» окисления, является окисление пероксидом водорода в присутствии ферментов. Наиболее перспективными ферментами для процесса окисления лигнина являются ферменты класса оксидоредуктаз, а именно пероксидазы: лигнинпероксидаза (считается ключевым ферментом в окислении нефенольных структур лигнина до катионрадикалов, которые затем подвергаются серии неферментативных реакций: расщепление С-С и С-О связей и фрагментацию трехмерной сетки лигнина) и марганецпероксидаза (способна обеспечивать себя перекисью в результате каскада сопряженных неферментативных реакций восстановления кислорода) [2]. Также широкое применение находит пероксидаза, выделенная из корней хрена. [3]. Пероксидаза хрена способна окислять большой спектр субстратов, однако типичными субстратами являются фенолы, индолы, ароматические амины и сульфонаты [4-6].

Экспериментальная часть

Получение лигнина. Сернокислый лигнин был получен методом Классона [7]. 1 г опилок древесины хвойных пород помещали в бюкс объемом 50 мл, добавляли 25 мл 72% серной кислоты и выдерживали при температуре 25°С в течение 1.5 часов, затем переносили смесь в колбу объемом 250 мл, добавляли 200 мл дистиллированной воды и кипятили с обратным холодильником в течение 3 часов, после чего лигнин отфильтровывали на воронке Бюхнера и сушили при температуре 102 °С. Выход достигал 21.0 ± 1.7 мас. %. Полученный лигнин исследовали методом ИК-спектрометрии. Спектр выделенного лигнина сравнивали с промышленным лигнином.

Получение пероксидазы хрена. Для выделения нативной пероксидазы свежий корень хрена измельчается и в течение 1 ч перемешивается в растворе буфера с рН = 6,8 (10 г на 100 мл) при температуре ± 3 °С. Затем полученную смесь центрифугируют на центрифуге «Hitachi» при 7000 об/мин в течении 15 мин, после чего центрифугат 2х-кратно фильтруют на фильтре. Полученный экстракт (1000 мл) доводится до 30 % насыщенным (NH4hSO4, при добавлении сухого (NHO2SO4. Раствор храниться 24 ч, сформированный осадок (осадок А) удаляется центрифугированием. Супернатантная жидкость доводится до 65 % насыщенным (NHO2SO4. Раствор храниться 24 ч, сформированный осадок (осадок В) удаляется центрифугированием. Оба осадка растворяются в 10 мл воды и высушиваются лиофильной сушкой на установке «LABCONCO». Активность фермента исследовали спектрофотометрически при температуре 20 °C и длине волны 420 нм. Для анализа каждой биологической пробы использовали две одинаковые 1 см кюветы: одна - контрольная, а другая - опытная. В контрольную кювету вносили: буфер фосфата калия (рН 6.0) 2.5 мл, пирогаллол (5.33 %) 0.3 мл, перекись водорода 0.2 мл. В опытную кювету вносили буфер фосфата калия (рН 6.0) 2.4 мл, пирогаллол (5.33 %) 0.3 мл, перекись водорода 0.2 мл, раствор фермента 0.1 мл и одновременно включают секундомер. Затем закрывают кюветную камеру и снимают изменение пропускания. Активность выделенной пероксидазы 24ЕД активности.

Окисление лигнина пероксидом водорода. Для поддержания требуемого значения рН раствора использовали боратный (рН 7,0), фосфатный (рН 6,0) и ацетатный (рН 4,5-5,5) буферные растворы. Раствор заданной концентрации пероксида водорода готовили из концентрированного раствора H2O (с=50%, о.с.ч., «Химмед», Россия). Точную концентрацию приготовленного раствора пероксида водорода контролировали титриметрическим методом. Процесс окисления проводили в стеклянном реакторе с обратным холодильником при постоянном перемешивании (800 об/мин). Варьировались следующие параметры: концентрация пероксида водорода (от 2 до 7%), температура реакции (от 303 до 328 K с шагом в 5 K), pH среды, количество субстрата. Была выбрана оптимальны температура 313 K и концентрация пероксида водорода 5%. Для изучения кинетики пероксидазного окисления использовали спектрофотометрический метод. Реакции окисления лигнина пероксидом водорода в присутствии пероксидазы корня хрена проводили по следующей методике. В стеклянную пробирку с притертой пробкой вводили последовательно необходимое количество буферного раствора, раствора пероксидазы хрена, раствора лигнина и раствора

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

пероксида водорода. Общий объем реакционной смеси составил 5 мл. После добавления пероксида водорода раствор перемешивали и фиксировали время начала реакции. Далее раствор помещали в кювету (d=1 см) и регистрировали спектры поглощения продуктов реакции окисления через определенное время (15 сек). Длина волны 460 нм. Основными факторами, влияющими на механизм и кинетику взаимодействия фермента с лигнином, являются температура, рН, концентрации пероксида водорода, фермента и субстрата. По полученным экспериментальным данным строили кривые и рассчитывали величину тангенса угла (tg а) наклона восходящего линейного участка кинетической кривой, построенной в координатах оптическая плотность ф)-время (t, с), на основании чего рассчитывали начальную скорость процесса.

Анализ реакционной смеси методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Анализ реакционной смеси проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). В ходе анализа использовали ВЭЖХ установку Ultimate 3000 (Dionex), оборудованную ультрафиолетовым датчиком, масспектрометром - API-2000 (Applied Biosystems), аналитической колонкой Luna C18 (7 мкм) с теоретическим числом тарелок 40000 и размером 150^4 мм. Расход элюента - 0.5 мл/мин при 7 МПа и 30 °C. Детектирование осуществлялось УФ детектором на длине волны 254 нм. Основными продуктами окисления лигнина пероксидом водорода являются: ванилин, ванилиновая кислота, сиреневый альдегид, ацетованиллон, метоксилы, гваякол, фенолкарболовые кислоты. Список использованной литературы:

1. Белоглазова А.Л., Попова Н.Р., Боголицын К.Г. Каталитическое окисление лигнинных веществ перуксусной кислотой, 2014

2. Стрельский В.А., Бейгельман А.В., Чупка Э.И. Спектрофотометрическое исследование кинетики окисления модельных соединений и лигнина комплексом пероксидаза-ШО2 // Химия природных соединений. 1982. №1. С. 109-112

3. Боголицын, К.Г. Современные тенденции в химии и химической технологии растительного сырья Текст. / К.Г. Боголицын // Российский Химический журнал (Ж. Рос. Хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2004. -Т. XLVIII. - № 6. - С. 105 - 123

4. Г.С. Захарова, И.В. Упоров, В.И. Тишков Пероксидаза из корней хрена: модулирование свойств химической модификацией белковой глобулы и гемма. Успехи биологической химии, т. 51, 2011, с. 37-3647

5. Клячко Н. Л. Ферменты - биологические катализаторы: основные принципы действия // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 3. С. 58-63

6. Dunford HB. Heme Peroxidases. New York: John Wiley and Sons, 1999

7. Chen F. Synthesis and structural characteristics of organic aerogels with different content of lignin / F. Chen, J. Li // Advanced Materials Research. - 2010. - V. 113-116. - P. 1837-1840

© Шиманская Е.И., Гребенникова О.В., 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.