Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorellavulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации (1105654), страница 28
Текст из файла (страница 28)
vulgaris из их суспензии, вданном случае величина сорбционной ёмкости использованных гранул была обусловленаисключительно иммобилизованным мицелием, плотная упаковка которого в объеме гранулкриогеля ПВС была неоднократно продемонстрирована ранее [214].На примере ИБК на основе клеток мицелиального гриба R. oryzae F-1032 далее былоптимизирован процесс сорбции биомассы микроводорослей C. vulgaris из культуральнойжидкости, сформировавшейся в процессе культивирования клеток C. vulgaris в сточной воде№ 2. Было проведено варьирование соотношения биомассы (по сух. в-вам) клеток147C.
vulgaris, присутствующих в среде, и гранул иммобилизованного мицелия, вводимого в туже среду (Рисунок 47).Рисунок 47 – Зависимость сорбционной ёмкости гранул иммобилизованного мицелияR. oryzae F-1032 от соотношения биомассы (по сухим веществам) гранул иммобилизованногомицелия и клеток микроводорослей в среде сточных вод №2 (см.п. 2.2.1), использованныхисходно для накопления биомассы C. vulgarisБыло установлено, что оптимальным соотношением является 1:1, поскольку приувеличении концентрации ИБК на основе клеток мицелиальных грибов R.
oryzae F-1032 в 2раза,наблюдалосьснижениеудельнойконцентрацииклетокмикроводорослей,сорбированных в образцах иммобилизованной биомассы гриба, также в 2 раза, а увеличениеконцентрации биомассы микроводорослей в среде в 2 раза не приводило к изменениюудельной концентрации сорбированных клеток C. vulgaris. Таким образом, сорбционнаяемкость гранул криогеля ПВС с иммобилизованным мицелием составила 0,82±0,03 г/г посух. в-вам.В данной работе полученная таким образом биомасса иммобилизованного грибногомицелия, обогащенная сорбированной биомассой микроводорослей, использовалась вкачестве исходного сырья для получения метана (Таблица 33), которое проводилось сприменением активного анаэробного ила, взятого с очистных сооружений завода поизготовлению чипсов ФритоЛей (г.
Кашира) из действующего анаэробного реактора. Длясравнения проводились аналогичные процессы с использованием в качестве субстратов дляметаногенеза отдельно образца биомассы микроводорослей C. vulgaris, полученной прикультивировании на сточной воде №2, а также отдельно образца иммобилизованногогрибного мицелия R. oryzae F-1032, полученного после многократного его использования в148процессе получения ФК. Эти эксперименты проводились совместно с к.х.н.
Гладченко М. А.(МГУ имени М.В. Ломоносова). Перед началом исследования было проведено определениесостава основных биоорганических компонентов указанных видов биомассы (Таблица 33).Следует отметить, что все образцы биомассы перед началом метаногенеза подвергалисьтермообработке при 108оС и 0,5 ати в течение 0,5 ч.Таблица 33 – Результаты получения метана с использованием различных типов биомассы вкачестве исходного субстрата в процессе метаногенезаСостав основных биоорганических% конверсиикомпонентов, %в метанСубстратБиомасса C. vulgarisлипидыбелкиуглеводы17,1±0,99,9±0,555,5±2,567,6±2,18,0±0,831,5±1,256,8±2,941,4±1,312,8±0,622,1±0,956,3±2,861,3±1,9Иммобилизованный мицелийR. oryzae F-1032Иммобилизованный мицелийR. oryzae F-1032 с сорбированнойбиомассой C.
vulgarisВ результате было установлено, что обогащение «отработанного» иммобилизованногомицелия R. oryzae F-1032 сорбированной биомассой C. vulgaris и использование полученной«смешанной» биомассы для получения метана позволило увеличить его выход на 20%.Таким образом, была продемонстрирована возможность эффективной утилизациибиомассы иммобилизованного грибного мицелия после процесса получения ФК ииспользования его для биосорбции клеток микроводорослей из культуральной жидкости, атакже последующая трансформация полученной таким образом «смешанной» биомассы вметан под действием клеток метаногенов с выходом 61,3±1,9%.Ещеоднимпривлекательнымспособомпереработкиразличныхвидоввозобновляемой биомассы сегодня считается «быстрый» пиролиз, который завоёвывает всебольший интерес к себе в связи с тем, что он представляет собой простой и быстрый способполучения топлива [215].
Известно, что в результате пиролиза биомассы с увеличениемтемпературы до 500 оС можно получить газообразную, жидкую и твердую фракции,соотношение между которыми зависит от условий проведения процесса – скорости нагрева итемпературы обработки [178]. «Быстрый» пиролиз, происходящий, как правило, притемпературе 350-500 оС в течение нескольких минут, интересен именно тем, что позволяетполучать преимущественно жидкую фракцию [216], называемую «пиролизным маслом» или149«бионефтью», которая может быть использована непосредственно как котельное топливоили подвергаться очистке для получения топлив высокого качества [217]. При этом выходыбионефти могут достигать 75 % от сухого веса исходной биомассы [218].
Физикохимические свойства получаемой бионефти определяются непосредственно ее химическимсоставом и зависят от исходно применяемого типа биомассы.В данной работе была оценена возможность использования «отработанного»иммобилизованного мицелия R. oryzae F-1032 с сорбированной биомассой C. vulgaris вкачестве исходного сырья для получения бионефти в результате ее пиролиза при 500 0С втечение 5 мин (Таблица 34), а также был проведен первичный анализ химического составаполученной бионефти (Рисунок 48). Параллельно аналогичные эксперименты былипроведены с биомассой микроводорослей C.
vulgaris, накопленной в среде сточных вод №2(Рисунок 49, Таблица 34). Данные исследования проводились совместно с к.х.н.Ломакиным С. М. (ИБХФ РАН).Таблица34–ПродуктыпиролизабиомассымикроводорослейC.vulgarisииммобилизованного мицелия R. oryzae F-1032 с сорбированной биомассой C. vulgarisВыход продукта, %СубстратЖидкая фракцияТвердая фракция50,5±2,112,5±0,458,3±2,314,5±0,7Биомасса C. vulgarisИммобилизованный мицелийR. oryzae F-1032 с сорбированнойбиомассой C. vulgarisБыло установлено, что использование для пиролиза «смешанной» биомассымикроводорослей C. vulgaris и иммобилизованного грибного мицелия позволило увеличитьвыход жидкой фракции пиролиза (бионефти) на 8 % по сравнению со свободной биомассоймикроводорослей C.
vulgaris.Хромато-масс-спектрометрическоеисследованиесоставовобразцовбионефти(жидкой фракции), полученных при пиролизе двух разных видов биомассы (Рисунки 48, 49)показало, что только при использовании в качестве исходного сырья для пиролиза«смешанной» биомассы иммобилизованного грибного мицелия с сорбированными на немклеткамимикроводорослейC.vulgarisбыловыявленоналичиеалифатическихдлинноцепочечных нитрилов, которые в потенциале могут быть использованы в качествекомпонентов высокоэнтальпийных топлив.150Рисунок48–Хромато-масс-спектрометрическоеисследованиеобразцабионефти,полученного при пиролизе «смешанной» биомассы иммобилизованного грибного мицелияR. oryzae F-1032 и сорбированных на нем клеток C.
vulgaris. Идентифицированные пики: 1 –фенол, 2 – бутилбензол, 3 – индол, 4 – гексадеканнитрил, 5 – гептадеканнитрил, 6эйкозаннитрилРисунок49–Хромато-масс-спектрометрическоеисследованиеобразцабионефти,полученного при пиролизе биомассы микроводорослей C. vulgaris, накопленной в средесточных вод №2. Идентифицированные пики: 1 – индол, 2 – нонадекан, 3 – линолеваякислота, 4 – олеиновая кислота, 5 - пентадецилциклогексан , 6 – докозен-1151Было отмечено отсутствие в составе обоих образцов бионефти серосодержащихсоединений, которые часто присутствуют в образцах природной нефти, что свидетельствуето несомненном преимуществе такого пиролитического продукта и открывает перспективыдля возможного практического использования полученных образцов бионефти.Появление длинноцепочечных нитрилов в образце, полученном быстрым пиролизом«смешанной» биомассы микроводорослей C.
vulgaris и иммобилизованного мицелия,очевидно, обусловлено химическим составом биомассы мицелиальных грибов R. oryzaeF-1032. Известно, что клеточные стенки большинства микроскопических грибов состоят изхитин-глюканового комплекса, который может составлять до 45 % от общей массы всехклеточных полисахаридов [212, 219]. При этом, очевидно, питательная среда, выбранная длякультивирования грибного продуцента, также оказывает значительное влияние нахимический состав полученной биомассы [206].Следует отметить, что получение нитрилсодержащих соединений, вводимых в составракетных топлив в концентрации 3-4%, осуществляется сегодня в промышленных условиях врезультате многостадийного и дорогостоящего химического синтеза [220].
Причемхимически синтезированные нитрилы типично представляют собой короткоцепочечныеуглеродные соединения, тогда как полученные в данной работе имеют длину цепи С16-С20. Внастоящее время ведётся активный поиск новых путей получения нитрилов, в том числедлинноцепочечных, и поэтому получение пиролизным путем бионефти, содержащейподобные нитрильные соединения, несомненно, может иметь огромное научно-практическоезначение. При этом очевидно, что присутствие нитрилов определяется возобновляемымисточником, используемым для получения бионефти, то есть биомассой мицелиальныхгрибов R.
oryzae F-1032.Таким образом, показано, что с использованием метода пиролиза из биомассымикроводорослей,атакжеизбиомассымикроводорослей,сорбированнойна«отработанный» биокатализатор в виде иммобилизованного грибного мицелия, возможнополучение пиролизной нефти, в составе которой отсутствуют серосодержащие соединения,при этом при использовании «смешанной» биомассы выход бионефти увеличивается на 8 %.В образце, полученном быстрым пиролизом «смешанной» биомассы микроводорослейC. vulgaris и иммобилизованного мицелия, впервые отмечено наличие длинноцепочечныхнитрилов – потенциальных компонентов современных ракетных топлив.***Таким образом, в ходе выполнения работы и решения исходно поставленных задачбыли получены дополнительные результаты, а именно:152-продемонстрирована возможность универсального использования разработанногоспособаиммобилизациидляклетокразличныхфототрофныхмикроорганизмов,обеспечивающего продолжительное их хранение при высоком уровне сохранения у нихспособности к пролиферации;-показанавозможностьуниверсальногоэффективногоиспользованияИБК,разработанного на основе включённых в криогель ПВС клеток бактерий A.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
