Использования лигносульфанатов для получения биокомпозиционных материалов

 

 

Рисунок 3. Пять различных состояний активного центра пероксидаз растений.

взаимодействия последнего с кислотами  образуется хелат, обладающий окислительными свойствами [28]. Регенерация Мn осуществляется сопряженной реакцией разложения перекиси водорода. При отсутствии в среде Н202 Мn-зависимая пероксидаза способна продуцировать пероксид водорода.

Впервые из P. tigrinus выделена и охарактеризована секреторная пероксидаза растительного типа. Изучение физико-химических свойств показало, что этот фермент имеет рН- и температурные оптимумы не характерные для грибных пероксидаз. Фермент проявляет оксидазные и пероксидазные свойства в зависимости от условий функционирования. Характер воздействия фермента на лигнин зависит от величины рН и наличия Н2О2. Наиболее специфичным субстратом, как и для растительных пероксидаз, для нее был гваякол. При этом предварительные данные показывают, что она марганец-независимая и по свойствам близка к растительным пероксидазам (Рисунок 3). Исследования по воздействию фермента на лигноуглеводный комплекс древесины и другие лигноцеллюлозные субстраты показали, что при оптимальных условиях в присутствии перекиси водорода он способен окислять лигнин. Однако вопрос участия этого фермента в биодеградации лигнина in situ остается дискуссионным.

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

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.

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 минерало-ватных 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 сохранения 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 гидрометаллургия 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 связующих 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/23750002375999/pat/servl/servletf62d.html

18. Пероксидазное окисление лигнина и его модельных соединений / В. И. Маркин // Журнал теоретических и прикладных исследований 2011.  http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:lt5_qW7_BuYJ:rudocs.exdat.com/docs/index