Использования лигносульфанатов для получения биокомпозиционных материалов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «МОРДОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ        им. Н.П. ОГАРЕВА»

(ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П.Огарева»)

Биологический факультет 

Кафедра биотехнологии

 

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

д-р биол. наук, проф.

___________  В.В. Ревин

                                                                        «____» _________2013 г.

 

Курсовая  работа

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛИГНОСУЛЬФАНАТА  ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОКОМПОЗИТОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Автор курсовой работы        ____________________             

Обозначение курсовой работы   КР – 02069964 –030501-10

Специальность биоэкология 

Руководитель работы

преподователь каф. биотехнология _________________              

 

 

 

 

Саранск 2013

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального  образования

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  им. Н. П. ОГАРЕВА»

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

д-р биол. наук, проф.

___________  В.В. Ревин

                                                                             «____» _________2013 г.

 

 

Задание на курсовую работу

 

 

Студент:

1 Тема: Использования лигносульфанатов для получения биокомпозиционных материалов

2 Срок представления работы  к защите: февраль 2013

3 Исходные данные для курсовой работы: научные и специальная литература.

4. Содержание курсовой работы

4.1 Введение

4.2.1 Аналитический обзор

4.2.1.1 Характеристика и состав лигносульфанатов и их использование

4.2.1.1.1 Химическая характеристика

4.2.1.1.2 Состав лигносульфанатов

4.2.1.2 Перспективы повышения экологических  связующих для строительных композитов

4.2.1.3 Лигнолитические  грибы и ферменты 

4.2.1.3.1 Лигнолитические  и гидролитические ферменты гриба Panus tigrinus

4.2.1.4 Возможность  использования лигносульфанатов для получения биокомпозиторных материалов

4.2.1.4.1 Использование лигносульфонатов в качестве добавки для строительных растворов

4.2.1.4.2 Использование лигносульфонатов в качестве связующих веществ

4.3 Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель работы __________________________      

Задание принял к исполнению  __________________     

                                                  Реферат

 

Курсовая работа содержит 38 страниц, 4 рисунка, 2 таблицы, 33 использованных источника литературы.

ЛИГНОСУЛЬФАНАТЫ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛИГНОСУЛЬФАНАТОВ, ЛИГНОЛИТИЧЕСКИЕ ГРИБЫ И ФЕРМЕНТЫ.

Объект исследования - лигносульфанаты.

Предмет исследования - использования лигносульфанатов.

Целью нашей работы было изучить  литературные данные использования лигносульфанатов для получения биокомпозиционных материалов.

Методы исследования: проведенное исследование опирается на анализ литературных данных.

Степень внедрения  – частичная.

Область применения – в научно-исследовательской  работе кафедры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

                                                                                                                        с.

Введение                                                                                                         6

1 Аналитический обзор                                                                                 8

1.1 Характеристика и состав  лигносульфанатов и их использование     8

1.1.1 Химическая характеристика                                                               8

1.1.2 Состав лигносульфанатов                                                                  10

1.2 Перспективы повышения экологических  связующих для строительных композитов                                                                                    12

1.3 Лигнолитические грибы и ферменты                                                  20

1.3.1 Лигнолитические и  гидролитические ферменты гриба Panus tigrinus                                                                                                                             25

1.4 Возможность использования  лигносульфанатов для получения  биокомпозиторных материалов                                                                           30

1.4.1 Использование лигносульфонатов  в качестве добавки для строительных растворов                                                                                       30

1.4.2 Использование лигносульфонатов  в качестве связующих         веществ                                                                                                                   30

Заключение                                                                                                  33

Список использованных источников                                                        34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Современная биотехнология  – это направление, призванное изыскивать пути промышленного применения биологических  агентов и процессов. Это комплексная  многопрофильная область, включающая микробиологический синтез, генетическую, белковую и клеточную инженерию, инженерную энзимологию.

Биотехнология в основном опирается  на использование микроорганизмов. Поэтому знания, накопленные микробиологией о многообразии мира, о строении, генетике, физиологии, изменчивости, экологии микробов создают научную основу для развития многих биотехнологических производств [1].

Лигносульфонаты технические жидкие и порошкообразные – побочный продукт переработки древесины. Технические лигносульфонаты представляют собой смесь солей лигносульфоновых кислот (с примесью редуцирующих и минеральных веществ), получаемых из щелоков бисульфитной варки целлюлозы.

К водорастворимым  производным лигнина относят  лигносульфонаты – побочные продукты варки целлюлозы сульфитным способом [2]. Лигносульфонаты – анионоактивный многофункциональный полимер – содержат метоксильные, фенольные и спиртовые гидроксильные, карбонильные, карбоксильные и сульфогруппы в натриевой форме, при действии на которые растворами кислот Nа-форма легко переходит в Н-форму (лигносульфоновую кислоту – ЛСН) [3].

Товарные лигносульфонаты получают упариванием обессахаренного сульфитного щелока и выпускают в виде жидких и твердых концентратов, содержащих 50-92% по массе сухого остатка. Применяют лигносульфонаты и их производные для понижения вязкости глинистых растворов, закрепления стенок скважин при бурении, как пластификаторы в производстве строительных материалов, ускоряющие процесс твердения бетона и повышающие его прочность; лигносульфонаты используют также для повышения твердости дорожных покрытий и предотвращения уноса почвы с откосов, для получения гранулир. комбикормов и структурирования почвы, как сырье в производстве ванилина и синтетических дубящих средств [2].

Целью нашей работы было изучить  литературные данные использования лигносульфанатов для получения биокомпозиционных материалов.

Для этого необходимо было решить следующие задачи:

1 изучение состава и использования лигносульфонатов;

2 изучение лигнолитических грибов;

3 проанализировать возможность  использования лигносульфонатов  в производстве биокомпозиционных  материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Аналитический обзор

1.1 Характеристика и состав лигносульфанатов и их использование

 

1.1.1 Химическая характеристика

 

Лигносульфанаты - соли лигносульфоновых кислот общей формулы I, где R = R» = Н; R = Н, R» = ОСН₃; R = R» = ОСН₃. Молекулярная масса от 200 до 200000 и выше. Лигносульфанаты с молекулярная масса 5000 состоят в основные из линейных молекул, с более высокой молекулярной массой - из разветвленных. Строение лигносульфанатов окончательно не установлено (рисунок 1) [4].

Рисунок 1 Строение лигносульфанатов (Сапотницкий С. А. Использование сульфитных щелоков. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 106 C.)

Лигносульфанаты - анионные ПАВ. В воде обычно находятся в коллоидном состоянии (степень гидратации 30-35%). Они незначительно понижают поверхностное натяжение воды, создают стойкие эмульсии и пены. Вязкость растворов лигносульфанатов при концентрации 30-35% резко повышается. Кроме того, вязкость растворов лигносульфанатов зависит от природы катиона и температуры, причем сильное снижение вязкости наблюдается при 20-40 °С. Концентрация раствор лигносульфанаты при 100-120°С - очень вязкий малоподвижный продукт, при 20 °С - твердый монолит. При дальнейшем охлаждении монолит приобретает хрупкость и сравнительно легко раскалывается при ударе [5].

Температура застывания концентрация растворов зависит от остаточного кол-ва влаги в продукте. Так, при концентрациях лигносульфанаты 75-79% температура затвердевания 60-87°С, при концентрациях 79-89% от 87 до 108°С. Лигносульфанаты получают обработкой древесины растворами гидросульфитов щелочных металлов при 140°С [4].

К.Н. Болатбаев, Т.Н. Луговицкая, А.В. Колосов определили состав и структурные характеристики образцов лигносульфанатов используя  методы ИК- спектроскопии (FTIR Spectrometr B-Rad FTS 175, диапазон волновых чисел 400-5000 см-1; спектральное разрешение 0.5 см-1, абсолютная погрешность ± 0.1 см-1), а также по результатам элементного анализа и электрон- ной микроскопии (Hitachi S – 4800, SЕМ/EDX, 20кВ). Элементный состав образцов представлен в таблице 1 [6].

Таблица 1 Элементный состав образцов (Болатбаев К. Н. Идентификация и физико-химические свойства лигносульфанатов в растворах // Ползуновский весник – 2009. - № 3. – С.308-312.)

Элементный  анализ лигносульфонатов	Образцы лигносульфонатов
Элемент	№1	№2	№3
С	33.9	29.0	41.7
О	46.8	54.5	38.2
S	9.5	5.5	5.4
Na	5.7	6.6	0.8
K	0.18	0.04	-
Mg	0.80	-	-
Ca	-	-	3.0
Прочие	3.12	4.36	10.9

 

1.1.2 Состав  лигносульфанатов

 

Лигносульфонаты технические жидкие (ЛСТ) – ТУ – 13-0281036-029-94. Однородная густая жидкость тёмно-коричневого цвета (взамен ТУ -13-0281036-05-89, ОСТ 13-183-83, ОСТ 81-04-546-79- концентраты сульфитно- дрожжевой бражки, концентраты бардяные жидкие), который используется в нефтедобывающей промышленности, как пластификатор цемента и бетона, в производстве древесно-стружечных плит и фанеры

Лигносульфонаты технические порошкообразные (ЛСТП) - ТУ - 2455-002-00281039-2000 – порошок от светло-коричневого до тёмно-коричневого цвета (взамен ТУ 13-0281036-15-90, ТУ 81-04-225-79)

Лигносульфонаты жидкие модифицированные (ЛСМ) - ТУ 2455-001-00281039-2001 - обладают улучшенными связующими свойствами              (Таблица 2) [7].

Таблица 2 Характеристика лигносульфанатов (Лигносульфанаты [Электронный ресурс] - http://www.akiv.ru/lignosulfonatyi-lst-/lignosulfonatyi-lst.html)

Наименование показателя	ЛСТ	ЛСТП	ЛСМ
1. Массовая доля сухих веществ, % не менее	47	-	53
2. рН водного раствора, не менее	4,4	4,5	4,4
3. Предел прочности при растяжении	0,60	0,69	0,60
4. Массовая доля золы к массе сухих веществ, %, не более	18	18	22
5. Вязкость условная, с	50-320	-	50-320
6. Плотность,  кг/м3, не менее	1230	-	1260
7. Массовая доля редуцирующих  веществ к массе сухих веществ, %, не более	-	10	15
8. Влажность, %, не более	-	4,0	-