Использования лигносульфанатов для получения биокомпозиционных материалов

Ключевым же ферментом  в деградации лигнина у данного гриба, по-видимому, является лакказа. Продуцируемая грибом лакказа имела оптимум рН 7,0 и температуры - 65°. Лакказа (я-дифенол:кислород оксидоредуктаза, КФ 1.10.3.2) относится к классу оксидаз, восстанавливающих молекулярный кислород непосредственно до воды без образования в качестве промежуточного продукта перекиси водорода или каких либо других кислородных интермедиатов.

Механизм ферментативной реакции  окисления субстрата при участии  лакказы можно представить схематически (рисунок 4):

Рисунок 4 Окисление субстрата ферментом лакказа (Banei L. Ufoldingand pH slodies on manganese peroxidase: role of heme and caleum on secondary structure stability // Biopolimers (Biospectroscopy). - 2003. - V. 72. - P. 38-47.)

Этот гриб, синтезирует несколько изоформ фермента, обладающих различной субстратной специфичностью и относящихся к желтым оксидазам.

Для разрыва полимерных цепей и деструкции ароматических  остатков чистого лигнина, выделенного  из древесины, требуются высокие  энергетические затраты, поэтому большинство грибов осуществляют его деструкцию только при наличии дополнительного источника углерода и энергии: целлюлозы, гемицеллюлозы, Сахаров или низкомолекулярных промежуточных продуктов их метаболизма. Лигнин разрушается одновременно с утилизацией полисахаридов, ингибирует ферментативное расщепление целлюлозы.

При выращивании грибов в искусственных условиях конверсия  лигнина до CO₂ интенсивно происходит лишь в стационарной фазе их роста. При этом сначала синтезируется лакказа, затем марганецзависимая пероксидаза и лигниназа. Скорость и степень разложения лигнина до CO₂ зависит от концентрации кислорода в среде. С

Таким образом, гриб продуцирует комплекс ферментов способных участвовать в процессах биотрансформации и биомодификации разнообразных лигнинсодержащих субстратов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Возможность  использования лигносульфанатов  для получения биокомпозиторных  материалов

 

1.4.1 Использование лигносульфонатов в качестве добавки для строительных растворов

 

Добавки на основе лигносульфонатов относятся к гидрофилизирующим пластификаторам. При их использовании уменьшается расслоение бетонной смеси, снижается расход цемента на 8-10%, повышается плотность бетонной смеси и замедляется скорость отвердения.  

В цементно-сырьевую или бетонную смесь вводятся добавки лигносульфонатов в количестве 0,15-0,20%, а суперпластификаторов необходимо ввести 0,5-2,0% от массы сухого цемента. При замене суперпластификаторов лигносульфонатами повышается прочность бетона на 20-25%, морозостойкость в 3-4 раза и резко понижается стоимость смесей из-за добавления небольшого количества лигносульфонатов, что связано с их адсорбцией на поверхности твердой фазы. Использование лигносульфонатов снижает влажность сырьевого шлама при сохранении его текучести, что, естественно, увеличивает производительность печи и снижает удельный расход топлива на обжиг клинкера. С использованием интенсификаторов на основе лигносульфонатов повышается производительность помольных агрегатов и появляется возможность заменить дорогостоящие и дефицитные химические продукты [32].

 

1.4.2 Использование лигносульфонатов в качестве связующих веществ

 

При изготовлении формовочных и  стержневых смесей для чугунного, цветного и стального литья как связующий  материал используются лигносульфонаты  технические. При этом они заменяют собой некоторые дефицитные и токсичные материалы: фенолспирты, карбамидоформальдегидные и фенолформальдегидные смолы.

При использовании связующих на основе лигносульфонатов происходит снижение себестоимости годного сырья, увеличение прочности стержней, уменьшение их осыпаемости до 0,05 0,08 %, снижение температуры и сокращение времени теплового отверждения.

Технические лигносульфонаты могут  быть широко использованы в качестве корректирующей добавки в производстве керамзитового гравия.

Керамзитовый гравий наиболее распространенный искусственный пористый заполнитель легких и конструкционных бетонов получают вспучиванием глины путем быстрого обжига во вращающихся печах. Корректирующие добавки, вводимые в состав глинистого сырья, позволяют интенсифицировать процесс керамзитообразования, повысить вспучиваемость сырья, снизить плотность и повысить прочность керамзита.

Добавка ЛСТ натрия в количестве 12% от массы абсолютно сухого глинистого сырья позволяет получить прочие гранулы керамзита с пониженной плотностью 0,380,43 г/куб.см.

Благодаря своим вяжущим, клеящим  и поверхностно активным свойствам  лигносульфонаты используются при  изготовлении плит: древесностружечных, древесноволокнистых и минераловатных. Так как в качестве упрочняющей  добавки в данном производстве применяются достаточно дефицитные, дорогостоящие да еще и токсичные фенолформальдегидные или карбамидоформальдегидные смолы, то смешение в процессе изготовления модифицированных лигносульфонатов (20 - 30 %) и смолы позволяет получить совмещенное связующее.Таким образом, на 50 % снижается токсичность плит, обработанных добавкой на основе лигносульфонатов. Если же использовать 40 кг/м3 лигносульфонатов при изготовлении минераловатных плит, то можно добиться резкого снижения расхода токсичных фенолспиртов и, следовательно, значительного уменьшения вредных выбросов в атмосферу. Причем изделия в этом случае получаются более прочными и влагостойкими.

Техническая эффективность:

повышение удобоукладываемости с  П1 до П4 без изменения расхода  цемента и без снижения прочности бетона;

• увеличение сохраняемости подвижности бетонной смеси до 2 часов;
• более быстрое нарастание прочности в начальные сроки твердения и повышение (на 10-15%) прочностных показателей растворов и бетонов при тепловой обработке.

Отличительная особенность:

• возможное ускоряющее или замедляющее действие ЛСТ, ЛСТП зависит от химико-минералогического состава цемента (содержания трехкальциевого алюмината), тонкости помола цемента, наличия в нем щелочей.

Экономические показатели:

• экономия цемента до10%;
• невысокая стоимость добавки.

Рекомендуемые дозировки: - 0,15…0,25% от массы цемента при расчете на сухое вещество [33].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Лигносульфонат - побочный продукт производства целлюлозы  по сульфатному способу; обычно применяется  в литейном производстве в качестве одного из самых дешевых, недефицитных и наименее токсичных связующих для получения ХТС и песчано-глинистых смесей.

Лигносульфонаты технические жидкие (ЛСТ) марки «А», ТУ 13-0281036-029-94, однородная густая жидкость темно-коричневого цвета. Лигносульфонаты технические порошкообразные (ЛСТП) «ТУ 2455-002-00281039-00» (, порошок от светло-коричневого цвета до темно-коричневого.

Лигносульфонаты жидкие модифицированные (ЛСМ) ТУ 2455-001-00281039-01 обладают улучшенными связующими свойствами.

ЛСТП отпускается потребителям в бумажных мешках по 14-20 кг. Транспортирование лигносульфонатов: в вагонах МГТС, железнодорожных цистернах комбината и самовывозом.

Лигносульфонаты могут  использоваться в качестве:

• связующего материала для формовочных и стержневых смесей в литейном производстве;
• пенообразователя при кислотном травлении металлов;
• в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для регулирования вязкости буровых растворов и в качестве компонентов гелеобразующих систем для регулировки фильтрационных потоков и ограничения водопритока в процессах, повышающих нефтеотдачу;
• пластификатора цемента и бетона, разжижителя шлама;
• обеспыливающего материала для обработки полотна дорог;
• в производстве древесностружечных, древесноволокнистых плит и фанеры.

 

 

 

Список использованных источников

 

1 Ревин В. В. Биофизика: Учеб./В. В. Ревин, Г. В. Максимов, О. Р. Колье; Под ред. проф. А. Б. Рубина. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2002. - 156 с.

2 Алимов Л. А. Технология  производства неметаллических строительных  изделий и конструкций. / Л. А. Алимов, В. В. Воронин - М.: Инфра-М. 2005. – 364 c.

3 Кирнев А. Д. Технология возведения зданий и специальных сооружений. / А. Д. Кирнев, А. И. Суботин, С. И. Евтушенко - Ростов-на-Дону: Феникс, 2005. – 412 c.

4 Сапотницкий С. А. Использование сульфитных щелоков. - 3-е изд., перераб. и доп. / С. А. Сапотницкий - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 224 с.

5 Переработка сульфатного  и сульфитного щелоков / Б.Д.  Богомолов, С. А. Сапотницкий, О. М. Соколов и др. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 360 с.

6 Болатбаев К. Н. Идентификация и физико-химические свойства лигносульфанатов в растворах / К. Н. Болатбаев, Т. Н. Луговицкая,                А. В. Колосов // Ползуновский весник – 2009. - № 3. – С.308-312.

7 Лигносульфанаты [Электронный ресурс] - http://www.akiv.ru/lignosulfonatyi-lst-/lignosulfonatyi-lst.html

8 Набойченко С. С. Автоклавная гидрометаллур-гия цветных металлов. / С. С. Набойченко, Я. М. Ни, Я. М. Шнеерсон, Л. В. Чугаев - Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002. - С. 940.

9 Рабинович М. Л. Теоретические основы биотехнологии древесных композитов: В 2 кн., Кн. Ι Древесина и разрушающие ее грибы. / М. Л. Рабинович, А. В. Болобова, В. И. Кондращенко; под ред. М. Л.-Рабинович. - М.: Наука, 2001. - 264 с.

10 Гелес И. С. Древесное сырье  - стратегическая основа и резерв цивилизации: / И. С. Гелес. - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. - 499 с.

11 Рабинович М. Л. Разложение природных ароматических структур и ксенобиотиков грибами (обзор) М. Л. Рабинович, A. B. Болобова, Л. Г. Васильченко // Прикладная биохимия и микробиология. 2004. - Т. 40, № 1. - С.5-23.

12 Добавки в бетон:  Справ. пособие / В. С. Рамачандран, Р. Ф. Фельдман, М. Коллепарди и др.; Под ред. В. С.Рамачандрана; Пер с англ. Т. И.Розенберг и С. А.Болдырева; Под ред. А. С.Болдырева и В. Б.Ратинова. - М.: Стройиздат, 1988. - 575 с.

13 Кудашева Ф. Х. Усовершенствование  способа получения бурового реагента / Ф. Х. Кудашева, А. Д. Бадикова, И. Н. Куляшова, Г. А. Тептерева  // Химические реактивы, реагенты  и процессы малотоннажной химии: материалы XXI Международной научно-технической конференции. -  Уфа: УГНТУ - 2008 - С. 48.

14 Тептерева Г. А. Влияние содержания кислых функциональных групп на качество бурового реагента / Г. А. Тептерева, И. Н. Куляшова,        В. А. Дьяконова, А. Д. Бадикова, Ф. Х. Кудашева, Л. Х. Асфандиаров // Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии: материалы XXII Международной научно-технической конференции. – Уфа: Реактив -  2009 - С. 188.

15 Семик А.П., Артемьев  В.В. Применение в литейном  производстве свяующих материалов на основе технических лигносульфонатов. - Киев, общ. «Знание» Украины, 1992, 27 с

16 Жуковский С.С. Формовочные материалы и технология литейной формы. Справочник, М.: Машиностроение, 1993. - с.106-108/

17 Пат. 2375143 Российская Федерация, МПК B22C1/20 . Технологическая линия, способа приготовления лигносульфонатов модифицированных и связующих на их основе для формовочных и стержневых смесей при литье металлов [Текст] / В. В. Серавин, Ю. П. Дедик заявитель и патентообладатель ОАО «ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫЙ КОМБИНАТ «КАМА».– № 2008100486/02; заявл. 20.07.2009; опубл. 10.12.2009, интернет источник: http://bd.patent.su/2375000-2375999/pat/servl/servletf62d.html

18 Пероксидазное  окисление лигнина и его модельных  соединений /        В. И. Маркин // Журнал теоретических и прикладных исследований 2011. – [Электронный ресурс] - http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:lt5_qW7_BuYJ:rudocs.exdat.com/docs/index-342181.html%3Fpage%3D2+%D1%81%D0%B5%D0%BA%D1%80%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F+%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4%D0%B0%D0%B7%D0%B0&cd=9&hl=ru&ct=clnk&gl=ru&client=firefox

19 Пилолистник  тигровый // Грибоводство. – 2010. –  [Электронный ресурс] - http://gribnoybiz.ru/content/view/205/33/

20 Смирнов В. Н. Селекция промышленных штаммов микроорганизмов для биодеградации соединений фенольного ряда в газовоздушных и водных потоках / В. Н. Смирнов, М. В. Рябкина, А. Ю. Винаров // Биотехнология. -2002. №3. - С.67-79.

21 Гелес И. С. Древесное сырье  - стратегическая основа и резерв  цивилизации: / И. С. Гелес. - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. - 499 с.

22 Рабинович М. Л. Теоретические основы биотехнологии древесных композитов: В 2 кн., Кн. Ι Древесина и разрушающие ее грибы. /                     М. Л. Рабинович, А. В. Болобова, В. И. Кондращенко; под ред. М. Л.-Рабинович. - М.: Наука, 2001. - 264 с.

23 Ander P. Lignin degradation and utilization by microorganisms / Ander P., Eriksson K.-E. // Progress in industrial microbiology. Amsterdam. Elsevier. -1978. - V. 14. - P. 1-58.

24 Никифорова С. В. Биоконверсия хризена грибом белой гнили Pleurotus ostreatus D1 / C. В. Никифорова, Н. Н. Поднякова, О. Е. Макарова, М. П. Чернышова, О. В. Турковская // Микробиология. - 2010. - Т. 79, № 4. - С. 481 - 485.

25 Бабицкая В. Г. Особенности деградации лигнина природных полимеров ксилотрофами и почвенными сапротрофами / В. Г. Бабицкая,        В.В. Щерба // Микробиология. - 1994. - № 1 - С.65-72.

26 Болобова А. В.  Теоретические основы биотехнологии  древесных композитов: В 2 кн., Кн. ΙΙ Ферменты, модели, процессы. / А.  В. Болобова,    А. А. Аскадский, В. И. Кондращенко, М. Л. Рабинович; под ред. А. В. Болобова. - М.: Наука, 2002. - 343 с.

27 Banei L. Ufoldingand pH slodies on manganese peroxidase: role of heme and caleum on secondary structure stability / L. Banei, I. Bartalesi, S. Coifi-baffoni, M. Tien // Biopolimers (Biospectroscopy). - 2003. - V. 72. - P. 38-47.