Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка биологического разрушения и способы деградации полимерных материалов на основе полиэтилена

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Оценка биологического разрушения и способы деградации полимерных материалов на основе полиэтилена"

АГЗАМОВ РАУШАП ЗУФЛРОВИЧ

ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГ О РАЗРУШЕНИЯ И СПОСОБЫ ДЕГРАДАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭ ТИЛЕНА

03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехиологии) 03.02.03 - Экология (в химии и нефтехимии)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

- З НОЯ 2011

Каши,-2011

4858866

Работа выполнена на кафедре промышленной биотехнологии ФГКОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических паук, профессор

Сироткин Александр Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических паук, профессор

Легонькова Ольга Александровна

доктор биологических наук Дегтярева Ирина Александровна

Ведущая организация: Уфимский государственный нефтяной

технический университет (УП1ТУ)

Защита диссертации состоится 2 ноября 2011 г. в 14:00 часов на 'заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.080.02 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технол<^£ииеский университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса. 58, зал заседаний Ученого Совета (Д-330)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского национального исследовательского технологического университета

Автореферат разослан « У » ЬКУ1%РЗ 2011 года. Ученый секретарь ''"V -V

диссертационного совета ^ - ---- Степанова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы утилизации полимеров обусловлена высокими темпами роста производства и потребления пластмасс, характерными для стран, развитых в промышленном отношении.

13 России годовой уровень накопления полимерных отходов достигает 1 млн. т. При этом доля использования отходов в качестве вторичного сырья составляет всего 5 % и является характерной для промышленных полимерных отходов, имеющих длительный срок эксплуатации. Как следует из материалов первой Международной конференции по биоразлагаемым полимерам (Испания, 2007), объем производства полимерных материалов в Ьвропе достигает 50 млн. т, из которых 10% используются вторично.

Несмотря на разнообразие методов утилизации «корогкоживущих» полимерных материалов, не предполагающих их вторичное использование, в настоящее время широко применяемым способом является депонирование образующихся отходов. В этой связи интенсификация процессов деградации 'полимерных материалов на основе полиэтилена является весьма актуальной задачей.

В рамках диссертационных исследований выполнен проект № 9000 «Исследование биологической деструкции полимерных материалов» по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» Министерства образования и науки Российской Федерации.

Кроме того, выполнение диссертационного исследования было поддержано гран том Германской службы академических обменов (DAAD) и Министерства образования и науки Российской Федерации в специализированной высшей школе г. Ганновера (Faclihocliscliulc Hannover) (2010-2011 г.г.).

Цель работы состоит в исследовании и научном обосновании способов повышения биодеградации полимерных материалов на основе полиэтилена.

Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи:

- оценить активность микроорганизмов в процессе их развития па поверхности полимерных материалов;

- проанализировать изменение свойств образцов полиэтилена в присутствии почвенных микроорганизмов;

- предложить и экспериментально исследовать способы интенсификации процесса биодеградации исследуемых полимерных образцов:

-па основе полученных результатов разработать принципиальную схему биологической деградации полимерных композиций на основе полиэтилена.

Научная новизна заключается в том, что научно обоснована и экспериментально подтверждена необходимость комплексной обработки полимерных материалов на основе полиэтилена для интенсификации процесса их дальнейшей биодеградации почвенными ассоциациями микроорганизмов. Результаты прове-

денных исследований свидетельствуют об увеличении скорости почвенной деградации предварительно обработанных полимеров в 3-4 раза.

Получены новые экспериментальные данные о деградации ком почини оп-пых материалов на основе полиэтилена высокого давления с содержанием крахмала 2 % (масс.) под воздействием микробных культур, а также при использовании амилолитического ферментного препарата.

С использованием полученных новых экспериментальных данных разработана и предложена принципиальна», схема обработки полимерных композиций полиэтилена с, крахмалом перед их размещением на полигонах 'ГКО.

I Ipaia ичсскап значимость. В работе проводилось исследование доступности к биологическому разрушению опытно-промышленных образцов полимерных композиционных материалов, произведенных в ОАО «Казапьоргсинтез».

Полученные результаты могут быть использованы в процессе утилизации отходов производства .н.олимерных материалов на предприятии ЗАО «Казанский

завод полимеров».......

. Применение.предложенного способа предварительной обработки позволяет уменьшить объем полимерных отходов, за счет деградации биодоступных компонентов. Показано, что комплексная физико-химическая и биологическая обработка полимерных образцов позволить в среднем в 3 раза сократить время их депонирования па полигонах, ТЬО.

ЛнроПацпн работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных сессиях Казанского национального исследовательского технологического университета (2007-2010 гг.); Х11-ой и Х1П-ой международных конференциях «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 2008, 2009 г.г.); IX-ой международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань. 2008); международной научно-практической конференции «Биотехнология: экологи».крупных городов» (Москва. 2010).

Результаты научно-исследовательской работы, проведенной в рамках диссертации. отмечены гратом «50 лучших инновационных идей для республики Татарстан» (2009 г.) но программе инновационных проектов «Идея-1000».в номинации «Молодежный инновационный проект», а также именной стипендией ОАО «Та шефтехим инвест-холдинг».

Публикации.. По теме диссертации опубликовано. 19 .печатных работ, из них - 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Мипобрнауки России, алакже тезисы 16 докладов в материалах международных и российских конференций.

Лнчпмп вклад автора в работу состоит в непосредственном участии па всех этапах работы и обсуждения полученных результатов, подборе методик, написании статей и тезисов, участии в конференциях.

Структура и .объем диссертации. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 60 рисунков. Диссертация состоит из

следующих разделен: введения, четырех глав, заключения, списка использованной литератур],I и приложения. Список литературы включает 181 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСИОВНОКСОДКРЖДИИКрлиоты

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследований. сформулированы научная нови ¡на и практическая значимость работы.

В норном 1.1 а в с «Аналитический обзор литературы» па основе обобщения данных.отечественной, а также зарубежной научной и патентной .литературы проведен анализ основных понятий, характеризующих разрушение й биодеградацию полимерных материалов, применяемых и народном хозяйстве, а также рассмотрены основные подходы к повышению их биоразлагаемости. Осуществлен аналитический обзор данных литературы, касающихся' особенностей синтетических полимерных материалов и их доступности для биодеградации. Представлена характеристика природных полимеров и их композиций с синтетическими полимерными материалами, обобщены данные, касающиеся биотехнологических аспектов деструкции полимерных материалов и механизмом деградации синтетических полимеров под действием микроорганизмов.

Во второй главе «Объекты и методы исследовании» представлена структурная схема исследований (рис. I).

Па первом этапе эксперимси та проводился почвенный тест. За тем исследовались пути интенсификации почвенной деградации полимерных образцов.

И соответствии с цслыо и задачами диссертационной работы основными объектами исследования служили:

-экосистемы и биологические среды: почва серая лесная, жидкие питательные среды для накопления и культивирования почвенных микроорганизмов:

- микроорганизмы: накопительные почвенные культуры, а также культура микромицета Тг/с/нхк'гпш трегеНипг,

- фермен тный препарат Диазим Х4 (1)1а/.уте Х4).

1! работе анализировались образцы полиэтилена низкого давления (П')ПД) марки 273-83 (Г ОСТ 10338-85) индивидуально и в композиции с крахмалом, изготовленные в виде лопаток толщиной 0,2 + 0.02 см, длиной - 8+0,2см. шириной --1.5±().05см и 0.5±0.()5см в сужении, а'также полиэтилена высокою давления (1Г)1!Д) марки 15313-003 (ГОСТ 16.337-77) индивидуально и в композиции с крахмалом в виде пленок толщиной 0,004-0,005 см. Указанные образцы произведены в ОАО «Казапьоргсинтез». а также нолучепы в условиях лаборатории. 1! табл. I

представлен состав полимерных образцов.

Дчя проведения почвенного теста исходные и модифицированные образцы на основе 1ГЛ1Д помещались в контейнеры .объемом 3.5 дм' каждый, .с предварительно активированной мжфофлорой почвенных образцов. . .

Поиск и обоснование критериев оценки биологической легрядяции мятернялов ня основе полиэтилеия

Проведение ночвеипого тестя для полимеров ня основе ПЭ11Д н ПЭВД с оценкой его эффективное! н

;основе технологи

Обоснование выбора полимерных композиций ня осиове ПЭВД для разработки ня и __интенсификации бнодурадяцни полимеров____

Исслецооявие способов предобработки полимеров ня оси оме ПЭВД али нмтенсифнкяции их бмолегредаиш

Биологическая предобработка полимерных материалов

Птучсние ферментативного гидролюя крахмаля в fpelяве исследуемых полимерных композиций

Обработка полимеров на " основе ПЭВД плесневым

грибом Trichoderma asperefhiHi

Исследование

культивирования

ИЯКОПИТСЛ1.И1.1Х К> ЛЬ !> «___

почвенных

№ ккрооргиищмов Г.

жидких средах

♦

Исследование способа

инициирования потреблс 1НЯ

органических компонентов

полимеров микрооршнишами в

жидких средах

Физико-химическая прел обработка _полимерных материалов__

Исследование влиянии УФО полимерных мягериялов ня ухудшение их фшнко-мехяничсскнх свойств

.. равнение ■»(

эффективности способов предобработки полимерных материалов

Ратрабогки принципиальной схемы биологической дарндяцни полимерных комнотнции _ _яолиэтиленя и крахмпля___

Рис. I. Структурная схема исследований

Период активации микроорганизмов почвы составил 20 суток и состоял в увлажнении почвы дистиллированной водой либо раствором биогенных элементов, а также её рыхлении с поддержанием постоянной влажности 30 ± 5 % и температуры 20 ± 2 °С.(ГОСТ 9.060-75).

Таблица 1

Характеристика исследуемых полимерных образцов

Высокомолекулярная основа Содержание крахмала в композициях на основе ПЭМД, %(масс)

• юнд 0,5 ! 3 5

ПЭНД-0,5 ПЭНД-1 ПЭНД-З ПЭМД-5

ПЭВД Содержание биогенных веществ в композициях ПЭВД + 2 % (масс) крахмала, % (масс)

- 0,2 0,6

ПЭВД-2 ПЗВД-2-0,2 ПЭВД-2-0,6

В качестве биогенных веществ в составе полимерных композиций выступали лимонная кислота и сульфат железа (III).

Состав раствора для стимулирования микроорганизмов, потребляющих уг-леродсодержащие вещества, представлен в табл. 2.

Реализация почвенного теста соответствовала условиям, указанным п табл. 3. Продолжительность почвенного теста составила 80 суток.

Таблица 2

Состав раствора биогснш.гх элементов для увлажнения почвенных образцов

Компонент Концентрация, г/дм'

NuNO, 2,0

KjHPOj 1,0

MnSO.i х 71 IjO 0,5

KCI • ■••■■■■ 0,5

FcSO, х7ИлО 0,01

Для контроля активности почвенных микроорганизмов использовались образцы почвы, не содержащие полимерные материалы. Кроме того, оценка биодеградации проводилась путем сравнения физико-механических характеристик исходных и модифицированных образцов полиэтилена.

Таблица 3

Условия реализации почвенного теста

№ контейнера с почкой Полимерные материалы Раствор для увлажнения

1 , . ; . (контроль) раствор биогенных элементов

2 исходные и модифицированные образцы ИЭНД ' раствор биогенных элементов

исходные и модифицированные образцы ПЭПД дистиллированная вода

В работе применялись как общепринятые, так и специальные методы оценки биологической деградации полимерных материалов.

' В ходе экспериментов применялись биологические методы исследования жидких и твердых сред, а также оценивались физико-механические характеристики полимеров.

В процессе проведения эксперимента определялись дегидрогашная (Методические указания по сапитарно-микробиологическому исследованию почвы, 1981) и амидолитичсская (Нетрусов. 2005) активности микробного сообщества, а также безразмерный метаболический коэффициент дыхания микроорганизмов почвенных образцов по продукту, рассчитываемый' как отношение скоростей выделения С02 , из необогаГценпой и обогащенной доступным субстратом почвы (Ананьева Н.Д..Т993); количество С02 при тгом определялось методом газовой хроматографии на хроматографе «Хром-5»; pll солевой вытяжки измерялся потенциомет-ричсским методом комбинированным элек тродом ЭСК 10301/7 в комплекте с анализатором жидкости «Экснерт-001». О возможном накоплении продуктов микробного метаболизма, обладающих токсическими свойствами, судили по результатам оценки степени токсичности водных вытяжек с использованием стандартных тест-объектов Paramecium uniclalum (Временное методическое руководство по нормированию уровней содержания химических веществ в донных отложениях поверхностных нодпых объектов (на примере нефти), 2002).

Анализ микробного сообщества почвенных организмов проводился но ре-

зуль-гатам посева на элективные питательные среды с подсчетом числа колониеоб-разующих единиц (КОЕ) (Теопер, 2004).

Микроскопические исследования осуществлялись посредством световой и растровой электронной микроскопии с соответствующей подготовкой образцов.

Для оценки биодеструкции анализировали изменение физической массы полимерных пленок, а также их Деформационно-прочностные показатели в соответствии с ГОСТ 1 1262-80.

Относительное удлинение при разрыве и прочность при растяжении испы-тывались на универсальной разрывной машине TR-3 kN и Zwick Rocii 7,020.

Показатель текучести расплава (ПТР) определялся в соответствии с ГОСГ 11645-83 на капиллярном вискозиметре типа ИИРТ.

Для необработанных и обработанных ферментным препаратом пленок исследовали спектры поглощения инфракрасных (ИК) лучей получали с помощью инфракрасного Фурье-спектрометраSpeklrum ИХ II (фирма «Perkin Elmer lue», СП 1Л).

Обработку экспериментальных данных проводили с использованием программ Slalistica и Microsoft Excel для Windows 2000. Эксперименты проводили в трех- и пятикратных повторностях.

В третьей главе «Анализ деградации полимерных материалов пи основе полиэтилена в почвенных средах» представлена оценка биологической активности почвенных микроорганизмов и проведем анализ физико-механических характеристик образцов полимерных материалов в процессе их деградации в почве.

Развитие микроорганизмов почвенных сред оценивалось по дыхательной и ферментативной (дегидрогеназной) активности, поскольку данные показатели отражают изменения в микробном сообществе в результате воздействия внешних факторов.

Расчётные значения метаболического коэффициента дыхания по продукту представлены на рис. 2.

Как видно из данных, представленных на рис. 2, значения метаболического коэффициента дыхания микроорганизмов во всех контейнерах на начало эксперимента находились в интервале от 0.1 до 0.2, что свидетельствует о достижении оптимального режима температуры и влажности » рассматриваемый период времени. В дальнейшем величина метаболического коэффициента дыхания микроорганизмов во всех контейнерах составляла ниже 0,1. r>to говорите значительном недостатке питательных веществ в исследованных почвенных образцах.

Очевидно, что необходимым условием протекания эффективного процесса био-

■ Контейнер №1 (Кон-1 роль)

НИ Контейнер Ns 2 H Контейнер № 3

-jJ;i] . мЯЁЭ

О 30 60

Время, сутки

Рис. 2. Значения метаболического коэффициента дыхания по продукту для исследованных образцов почвы

■ Контейнер №1 (Контроль)

Ш Контейнер № 2 И Контейнер № 3

деградации полимерных материалов пишется достаточное содержание биомассы в почве.

Изменение значений содержания биомассы в исследуемых почвенных образцах представлено на рис. 3.

В ходе эксперимента установлено, что увеличение содержания углерода микробной биомассы сои ровождается снижением значений метаболического коэффициента дыхания но

Рис. 3. Содержание углерода микробной биомассы продукту (рис. 2) образцов почвы вследствие исчерпа-

ния доступных питательных веществ в почвенной экосистеме, относимого уже к первым 30-ти суткам в условиях почвенного теста.

11еобходимо отметить более низкие темпы накопления углерода,микробной биомассы в образцах почвы, увлажняемых дист иллированной водой, в сравнении с почвой, увлажняемой раствором биогенных элементов.

Как видно из данных рис. 4, наблюдается последовательное изменение дегид-рогеназной активности (Д1 А) почвенных проб из различных емкостей с тенденцией к её зиачи-

■ Контейнер № 1 (Контроль)

И Контейнер №2

(3 Контейнер №3

10 20 30 40 50 60 70 80 Время, сутки

Рис. 4. Изме! юние актив! юсги депедрогеназ в ходе эта юримопа

•гелыюму уменьшению и течение 80 суток.

Первоначальная высокая активность ферментов определяется доступностью исходных питательных веществ в почве. Последующее снижение ДГЛ связано с истощением запаса питательных веществ в почве.

Дальнейшие исследования были связаны с идентификацией доминирующих групп микроорганизмов в почвенных образцах, потенциально или фактически участвующих в биодеградации исследуемых полимерных образцов. При этом отбор проб почвы для анализа роста и развития микроорганизмов производился непосредственно с поверхности полимерных образцов.

Результаты роста и развития микроорганизмов различных групп на элективных средах по определению числа КОЕ представлены на рцс.; 5-8.

—Контейнер № 1 -»- Контейнер № 2 —А ■ Контейнер № 3

20 40 60 80 Время, сутки

Рис. 5. И зменение общего микробного числа в почве

0 0 40

К 0

3 О 30

1 <

г 20

1 *

Е о 2 10

5 >< X т 0

Контейнер № 1 Контейнер № 2 Контейнер № 3

Результаты анализа значений числа КОЕ на элективных средах свидетельствуют о том, что на поверхности исследуемых полимерных композиций отмечено более чем 3-х-кратное увеличение количества жизнеспособных микробных клеток, что согласуется с литературными данными (ЕЬгспз1ет, 2007). Это позволяе т сделать вывод о потенциальном использовании почвенными микроорганизмами компонентов полимерных образцов в качестве субс трата.

Как известно, важнейшими микроорганизмами - деструкторами в почвенной среде являются мйкромицеты. Результаты подсчета микромицетов представлены на рис. 6.

Данные, представленные на рис. 6,

позволяют сделать вывод о накоплении микромицетов в составе почвенных проб па 30 сутки эксперимента с последующим постепенным снижением их количества.

Разви тие микроорганизмов, исследованных почвенных образцов, растущих на крахмало-аммиачном агаре, изображено на рис.7.

Как видно из данных на рис. 7, в первые 60 суток эксперимента прои сходит накопление микрооргапизмов-прототрофов, в том числе актипомицетов, что может быть обусловлено увеличением количества биологически доступных слитом ер пых п роду ктов

гидролиза сложных полимеров в среде. I! процессе потребления количество био-' доступных продуктов гидролиза в ходе эксперимента снижается вместе со всеми биогенными элементами в среде.

20 40 60 Время, сутки

Рис. 6. Развитие микромицетов на среде Чапека

■- Контейнер № 1 I - Контейнер N8 2 г- Контейнер № 3

О 20 40 60 80 Время, сутки

Рис. 7. Развитие микроорганизмов, растущих на крахмало-аммиачном агаре

Наряду с вышеперечисленными ми кроорга-низмами в почвенном гесте доминировали микроорганизмы, растущие на среде l.B (Luria-Bertani), селективной для бактерий рода Pseudomonas, часто Рис. 8. Развитие микроорганизмов, растущих на среде 1.В вст речающихся в почве и способных расщеплять крахмал, углеводороды, клетчатку и другие сложные по составу вещества (рис. 8).

Уменьшение количества микроорганизмов, растущих на среде I.B, свидетельствует о малой доступности для данных микроорганизмов компонентов полимерных материалов, помещенных в почву.

Таким образом, в результате проведенных исследований выявлены группы микроорганизмов (микромицеты, актиномипеты, исевдомонады), доминирующие в почвенных образцах в процессе биодеградации исследуемых полимеров.

Необходимо отмстить, что на протяжении 30-суточпого депонирования полимеров в почве на поверхности исследуемых образцов доминировали бактерии, потребляющие легкодоступные питательные вещества. По результатам оценки амилолитической активности доминирующих почвенных микробных культур установлено, что по мере исчерпания легкодоступного субстрата в исследуемой среде преобладали микроорганизмы (микромицеты, актиномипеты), способные активно продуцировать экзоферменты, в том числе амилазы, и потребля ть биодоступные компоненты полимерных ком позиций.

В процессе исследования деградации полимерных образцов в почве определяли рН солевой вытяжки почвы. Величины pll почвенных вытяжек, в общем, оставались в области нейтральных значений или близких к нейтральным (от 6,0 до 7,2), что связано с протеканием различных микробных процессов, приводящих к накоплению продуктов как кислого, так и щелочного характера.

На основании результатов оценки токсичности водных вытяжек почвенных образцов, определенной с использованием инфузорий Paramecium cm/datum, можно утверждать об'отсутствии токсичности продуктов метаболизма почвенных микроорганизмов в ходе всего эксперимен та.

Таблица 4

Значения удельной скорости роста микроорганизмов в почвенном тесте

№ контейнера Удельная скорость роста микроорганизмов, ч"

Время культивирования,сутки

' 0' ' -30- ■ ...... '60

1 ■ 0.05±0,001 ...■ ■ .. 0,0! ±0,001 0,01 ±0,001

. 2 0.09.! 0.00! .0,01 ±Q,QQ,| . ,0.01 ±0,00.1

3 0,04±0,001 0,01 ±0,001 0,01 ±0,00.1 ...

Результаты экспериментов, представленные в табл. 4. свидетельствуют о

II

Время, сутки

¡1,5 £

° 1

^0,5

I-

<= О

■ Исходные значения 1 Контейнер № 2

ПЭНД ПЭНД- ПЭНД-1 ПЭНД-3 ПЭНД-5 0.5

Полимерные образцы

□ Контейнер № 3

Рис. 9. Изменение I юказагапя текучести расплава образцов 1ТЭ1 |Д

том, что удельная скорость роста почвенных микроорганизмов была весьма невысокой и достигала максимальных значений в начале почвенного теста. При этом время удвоения биомассы составляло в среднем 7,7 часа.

Важной характеристикой деградации полимерных материалов является изменение их физико-механических свойств.

Из результатов. представленных на рис. 9 видно, что наиболее существенные изменения данных показателей характерны для образцов ПЭНД, содержащих 3 % крахмала, выполненных в виде лопаток. Необходимо также отметить, что наличие в почве биогенных веществ способствует повышению эффективности деградации полимеров.

В работе также проводился почвенный тест образцов на основе тонких пленок- ПЭВД в условиях, приближенных к реальным климатическим, при температуре от 0 до + 35 °С на протяжении 120 суток в период с августа по ноябрь включительно.

Для пленок ПЭВД, содержащих крахмал в концентрации 2 % масс, и биогенные элементы в концентрации 0,2 % масс., наблюдается снижение значений относительного удлинения на 15 % и значений прочности на 20 % по сравнению с первоначальными значениями.

!аким образом, экспериментально показано, что исследованные образцы композиционных полимерных материалов подвергаются деградации в почве в различной степени, что может быть связано, в том числе, с формой и толщиной полимерных материалов (в данном случае - лопатки ПЭНД и тонкие пленки ПЭВД). Очевидно, что для увеличения скорост и биодеградации полимеров должно быть рекомендовано их предварительное измельчение.

Тем не менее, из представленных выше результатов следует, что исследованные образцы полимерных материалов не подвергались высокоэффективной деградации микроорганизмами почвенной экосистемы. Поэтому возникла необходимость предварительной обработки биоразлагаемых полимерных материалов для интенсификации процесса их деградации.

В четвертой главе «Исследование влиянии различных способов предобработки образцов полимерных материалов на их биологическое разрушение» проведен анализ возможности вымывания и деградации крахмала в составе полимерных пленок в процессе обработки ферментным препаратом, проведена оценка грибостойкости полимеров по степени развития на их поверхности плесневых грибов.

В связи с необходимостью решения проблем, связанных с утилизацией та-

12

роупаковочных полимеров, изготовленных в виде пленок, дальнейшие исследования были связаны с изучением почвенной деградации композиций ПЭВД и крахмала в концентрации 2 %с их предварительной обработкой.

Для оценки степени вымывания крахмала с поверхности полимеров и деградации крахмала в составе полимерных пленок в процессе обработки амилоли* тическим ферментным препаратом образцы ПЭВД помещали в контейнеры, содержащие дистиллированную воду и ацетатный буферный раствор р11 4,7. В опытные контейнеры дополнительно вносили ферментный препарат Диазим Х4. Продолжительность эксперимента составляла 5 суток.

Из данных, представленных на рис. 10, следует, что в жидких системах наблюдается высвобождение крахмала из состава пленок. Количество высвободившегося крахмала составляет около 1 % от общего количества крахмала в составе полимерных композиций. При этом большая гидрофильность поверхности полимерных композиций в сравнении с исходным ПЭВД способствует увеличению количества крахмала, высвободившегося в среду.

-лэад

- ПЭВД-2

-ПЗВД-2-0,2

-ПЭВД-2-0,6

Время, сутки

Рис. 10. Вымывание крахмала с поверхности 1 юлимер! (ы.х образцов

-♦-ПЭВД

ПЭВД-2 ^-ЛЭЭД-2-0,2 -к- ПЭВД-2-0,6

1 2 3 Время, сутки

Рис. 11. Образование глюкозы в процессе фермента тивного распада крахмала

Об интенсивности гидролиза крахмала судили но накоплению глюкозы в среде (рис. II). Установлено, что амилолитический ферментный препарат катализирует г идролиз крахмала в составе полимерных пленок, а также способствует накоплению глюкозы в водной фазе. При этом экспериментально показано, что, благодаря взаимодействию ферментного препарата с крахмалом на поверхности полимерных образцов, его извлечение в раствор с дальнейшим гидролизом является более глубоким, в среднем в 5 раз.

В полимерных образцах, обработанных ферментным препаратом, происходит уменьшение показателей прочностных характеристик па 15 % по сравнению с исходными по-лимерами.

На основе изучения ИК-спектров поглощения показано, что в образцах, обработанных амилолитическим ферментным препаратом, происходит накопление групп кислородсодержащих соединений в составе композиций полиэтилена и крахмала (рис. 12).

. 0,12 3 0,09

л" 0,06

5 о,оз г о

до (после до |после до ПЭВД' ПЭВД-2 ПЭВД-2-0,2 Полимерные образцы

Гис. 12. Кислородсодержащие группы в составе полимерных образцов до и после их обработки ферментным препаратом

С пелыо изучения влияния отдельных. микроорганизмов-деструкторов на деградацию полимеров проведена оценка грибостойкостй полимерных материалов по степени развития па их поверхности.плесневых грибов на протяжении 30 суток.

Визуальная опенка полимеров показала, что предпочтительной поверхностью для развития микроскопического гриба Тг/сИоскг'та афегвИит являются полимерные образцы, содержащие в своем составе крахмал и биогенные элементы.

Экспериментально показано, что крахмалсодержащие композиции ПЭВД снижают свои прочностные характеристики в среднем на 17 % в процессе культивирования на их поверхности плесневых грибов.

С учетом того, что на плотной питательной среде отмечены более .низкие темпы снижения прочностных характеристик исследуемых полимерных образцов по сравнению с жидкими средами, особый интерес представляла собой задача исследования процесса предварительной биологической обработки полимеров в жидких средах. Образцы полимерных пленок на основе ПЭВД погружались в жидкие питательные среды. В качестве инокулята в среду вносились накопительные культур),I микроорганизмов, доминирующих в почвенном тесте (табл. 5).

Таблица ,5

№ среды Состав питательной среды для накопления отдельных групп микроорганизмов Группа микроорганизмов

1 Сахароза - 4 г, NaNOi - 0,4 г, КН.РО., - 0,2 г, MgSO, х 711.0-0.2 г, KCI-0,1 г, FeSOj х 71Ш - 0,004 г, вода дистиллированная - 200 см1. Микромипеты

2 (NH.i)>SOj-0,2 г, К.ПРО., - 0,2 г, MgSO., X 711,0 - 0,4 г, NaCI - 0,2 г, СаСОд - 0,6 г, крахмал растворимый - 2 г, вода водопроводная - 200 см1. л Актиномицеты.

3 Пептон, 2 г, дрожжевой экстракт - 1 г. NaCI - 2 г, MgSO., х 71 (¡0 - 4 г, вода водопроводная - 200 см1. 1 1севдомонадь|

4 Пептон — 5,5 г, вода дистиллированная- 2.0().см'. !Хемооргано-• гетеротофы

5 Физиологический раствор NaCI - 1,6 г, вода дистиллированная - 200 см-' —---1 ! •(контроль)

На основании анализа прироста биомассы и дегидрогепазной активности

установлено,..что пик активности микроорганизмов в составе биопленки в процессе культивирования па поверхности полимеров в жидких питательных средах приходится на 10 сутки эксперимента. >

Результаты определения удельной скорости роста; микроорганизмов в составе бионленки на поверхности полимерных материалов (табл. 6) подтверждают целесообразность их культивирования в жидких средах не более 10 суток.

Таблица 6

Изменение удельной скорости роста микроорганизмов , : n . ■

Накопительные культуры микроорганизмов Удельная скорость роста микроорганизмов, ч"'

время культивирования, сутки

5 10 15

микромицеты 0,01 ±0,001 0,08±0,001 рост не отмечен

актиномицеты 0,19±0,001 0,11*0,001 '" рост не отмечен'

псеидомонады 0,06±-0,001 0,05*0,001 ■ 0,02±0;001

смешанная ассоциация почвенных микроорганизмов 0,20±0,001 0,11 ¿0,001 рост не отмечен

Максимальные значения удельной'скорости роста микроорганизмов достигаются па 5-е сутки эксперимента, при этом время удвоения биомассы составляет в среднем 3,5 часа, что более чем в 2 раза меньше характерных значений для роста микроорганизмов в почвенных средах.

Композиции ПЭВД с крахмалом подвергаются деградации в процессе жид-кофазного культивчровання на их поверхности почвенных микроорганизмов, причем уменьшение таких прочностных характеристик как относительное удлинение при разрыве и прочность при растяжении полимерных образцов достигает 25 % по сравнению с исходными полимерами.

Таким образом, на основании проведенных исследований для интенсификации процесса накопления биоплепки па поверхности полимерных композиций рекомендуется использовать смешанное сообщество почвенных хемоор1аногетеро-трофных микроорганизмов в жидких средах. При этом продолжительность культивирования микроорганизмов не должна превышать 10 суток.

На рис. 13 представлена схема культивирования микроорганизмов-деструкторов компонентов полимерных образцов н жидких средах.

Необходимо отмстить, что увеличение времени культивирования микроорганизмов на поверхности полимерных материалов и средах, не содержащих дополнительных источни-компонептов полимерных образцов ков органического углерода, является нецелесообразным. Оно приводит к уменьшению биологической активности мик-

I этап - накопление биомассы на поверхности полимеров й среде мпь (10 суток)

______I____

II этап - культивирование микроорганизмов биопленки в среде без дополнительны*; источников органического углерода

__(14 суток)____

Рис. 13. Схема культивирования накопительных культур-деструкторов

роорганизмов и практически не влияет на прочностные характеристики полимерных материалов.

В дальнейшем было исследовано влияние ультрафиолетового воздействия на исходные полимерные материалы с оценкой такой предобработки полимеров для повышения глубины их разрушения поддействием микроорганизмов.

В пятой главе «Исследование влип ни и ультрафиолетовою облучения на разрушение полимерных материалов на основе полнэтнлена высокого давлении» приводятся результаты оценки влияния предварительной обработки полимеров ультрафиолетовым облучением (УФО) на процесс биологической 'деградации полиэтилена.

Следует отметить, что было выявлено существенное влияние УФО па процесс дальнейшей биологической деградации по отношению к образцам Г1ЭВД-2-0.2. Для этих образцов отмечено максимальное ухудшение прочностных характеристик полимеров, что связано, по-видимому, с особенностями компонентного состава полимерных образцов.

В шестой главе «Разработка принципиальной технологической схемы обработки полимерных материалов на основе полиэтилена для нх эффективной деградации» рассмотрено решение задачи составления схемы предварительной обработки полимерных материалов перед их депонированием в почве.

На рис. 14 представлены изображения полимерных образцов ПЭВД-2-0.2. полученные с помощью растрового-электронного микроекопировапия, до и после проведения процесса их деградации, заключавшегося в предварительной УФ-обработке, биообработке в жидких средах, а также в последующей почвенной обработке при депонировании полимерных образцов.

, ! 1 i <1Ч 9т » i ¿k <

ЩЩШ 1Ш1

-s 1 k , - . '

. л- .

L-if К}М»*'8бГ v«r»(imnj' Wili M НкНЧк' S.WIV • KitelutminK JOrrvn

Шшщштщт

* L Щ * И 1

ДИнШр

ШВЙШШ

I ; ■ /

шшМяМииМ

ШШш

m

ШшЁЁшШВвшш

fs ЯМ

. Vef«'wj«-.500X

а) б)

Рис. 14. Поверхность образцов 11ЭВД-2-0.2: а) исходные образцы, б) после деградации

В результате комплексной предварительной обработки исследованных полимерных образцов и последующего их депонирования в почве поверхность образцов приобретала неоднородный характер с разрушением крахмальных включений в результате их деградации (рис. 14). Таким образом, вследствие нарушения механической структуры полимеров появляются предпосылки к их дальнейшему интенсивному разрушению в почве.

Результаты проведенных комплексных исследований явились основой для разработки способа биодеградации полимерных материалов. В итоге предложена принципиальная схема предобработки полимерных материалов па основе полиэтилена перед последующим их депонированием в почве (рис. 15).

I спиши ирсдобрлбогкп (фи Л|ко-\1|М||Ч1Ч-Ка»0 .......................:...]..............'.............

Полимерные, материалы на

основе -полиэтилена

Предварительное измельчение

J

Ультрафиолет» вое облучение(4 ч)

П сгалми прсаоПраГми к'н (Пиилогическаи)

...........................I..........................

■3,5 -i

11т<011нтелы1ые культуры почвенных мнкроор! апизмов

Культипироваипсбиопленки па поверхности полимеров (10 еут)

Термостат (28-29"С)

i....... 1,1 •

Депонирование и почис ма полигонах ТГ-О

1'ис. 15. Принципиальная схема обработки и биодеградацни полимерных материалов, па основе полиэтилена

Данная схема включает двухетадштную предобработку полимерных материалов перед их депонированием в почве.

Результаты испытаний способа биологической деградации полимерных материалов выявили, что по истечении 120-суточпого почвенного депонирования полимеров, обработанных УФО и культивированием микроорганизмов в жидкой среде, происходит- снижение показателей прочностных характеристик исследуемых образцов в 3-4 раза по сравнению с необработанными полимерами.

Таким образом, эффективность предложенною, способа биодеградации в результате комплексной обработки полимерных материалов на основе полиэтилена по ухудшению прочностных характеристик достигала 60-70 % за 120 суток их депонирования в почве..

Расчетным путем показано, что в результате глубокой деградации полимерных отходов на свалках и полигонах республики Татарстан но предложенной технологии общая величина предотвращенного ущерба У"„у, от ухудшения и разрушения почн и земель составит

У"„г ~ 36877.1 тыс. руб. ,

выводы

1. B результате проведенных исследований в качестве основных групп микроорганизмов, доминирующих в почвенных образцах в процессе биодеградации исследуемых полимеров, выявлены микромицеты, актиномицеты, а также пеевдо-монады. __________

2. Проведен комплекс исследований для оценки микробной деятельности в почвенных и водных экосистемах с определением дыхательной активности, накопления биомассы, ферментативной (дегидрогеназной и амидолитической) активности. Покачано, что для ускорения процесса биодеградации полимерных образцов на основе композиций полиэтилена с крахмалом требуется их предварительная обработка с использованием биологических и физико-химических методов.

3. Для интенсификации процесса деградации полимеров на полигонах'ГКО предложена комплексная предварительная обработка с использованием УФ-облучения и культивированием микроорганизмов в жидких средах на поверхности полимеров. Установлено, что наиболее предпочтительным способом предобработки полимерных материалов является сочетание 4-х часового УФ-облучепия с последующим IQ-суточным культивированием на поверхности полимеров накопительных культур почвенных микроорганизмов в жидких средах.

4. Экспериментально показано, что эффективность почвенной деградации предобработашшх полимерных композиций значительно (в 3-4 раза) превышает эффективность деградации необработанных полимерных материалов. Эффективность предложенного способа биодеградации в результате комплексной обработки полимерных материалов на основе полиэтилена по ухудшению прочностных характеристик достигала 60-70 % за 120 су ток их депонирования в почве.

5. По 'результатам проведенных исследований в качестве перспективного композиционного материала с точки зрения его доступности для биологической деградаций рекомендован ПЭВД, содержащий 2 % масс, крахмала и 0,2 % масс, биогенных веществ.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

' ; в: рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации:

1.' Дмитриев, С.11. Виоразрушаемые полимерные композиции / С.Н. Дмитриев, М.Р. Сафин, Р.З. Лгзамов, P.P. Спиридонова, A.C. Сироткин, К.Г. Четпери-ков, A.M. Кочнев // Пластические массы. - 2008. - № 8. - С. 53-55.

2. Руссков, ДВ. Оценка деградации крахмалсодержантх полиэтиленовых композиций в процессе ферментативного гидролиза / ДВ. Руссков, Р.З. AnaMOR, A.C. Сирогкин, Р.Р. Спиридонова, A.M. Кочнев // Веегник Казан, технол. ун-та. -2010 - №8. - С. 70-76.

3. Рафаилова, Э.А. Оценка деградации полиэтиленовых пленок в процессе развития плесневого гриба / Э.А. Рафаилова, Р.З. Агаамов, P.A. Кольев, A.C. Сироткин, Ф.К. Алимова, A.B. Кипрова // Ученые записки Казанского университета.

18

Сер. Естественные пауки. -2010. -Т, 152, кн. 2.-С. 201-206.

4. Лгзамов, Р.З. Оценка биодеградации полимерных материалов в жидких средах / Р.З. Агзамов, Т.Б.Х. By, Л.С. Сироткин, Р.Л. Комьев'// Безопасность в техносфере. - 2011 .-№ 1.- С. 25-27.

■ в других научных журналах, а также в материалах конференций:

5. Ai-замов, Р.З. О бнораздагаемых полимерных тароуноковочиых материалах / Р.З. Лгзамов, М.Р. Сафнп, Л.С. Сироткин. P.P. Спиридонова // Актуальные экологические проблемы республики Татарстан: тезисы докл. VII Республиканской научной конференции. - Казань, 2007. - С. 6.

6. Трахунова, И.Л. Об активности микроорганизмов и их ферментов в процессах биодеструкции полимерных материалов / И.Л. Трахунова, Р.З. Агзамов, A.C. Сироткин // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - IV кирпичниковские чтения: тезисы докл. XII Международной копф. молодых ученых, студентов и аспирантов. - Казань, 2008. - С. 186.

7. Гима/шев. Э.Р. Методы исследования почвенной деградации синтетических полимеров / Э.Р. рнмадиев, И.Л. Трахунова. Р.З. Лгзамов, Л.С. Сироткин // Пищевые технологии и биотехнологии: тезисы докл. IX Международной конф. молодых ученых. - Казань: Отечество, 2008. - С. 227.

8. Трахунова, И.Л. Оценка почвенной деградации "'синтетических полимеров / И.Л. Трахунова, Р.'З. Агзамов, A.C. Сироткин // Жить в XXI веке: тсзйсы докл. V1U Республиканская школа студентов и аспирантов. - Казань: КП У, 2008. - С. 190.

9. Лгзамов, Р.З. Биологическая деструкция пленок па основе полиэтилена в жидких средах / Р.З. Агзамов, P.A. Копьев, A.C. Сироткин, l'.lí. Бобрешова, II. И. Валиева //Инновационные подходы к естественнонаучным исследованиям и образованию: чешем докл. теоретическойи практической копф.-Казань: ТП НУ, 2009. - С. 197-201.

10. f абдуллин, A.A. Биодефадация полимертв на основе полиэтилена в жидких сред;« / А.А.Габдуллин, Р.З. Агзамов, A.C. Сироткин II Пищевые технологии и биотехнологии: тезисы докл. X Международной копф. молодых ученых - Казань: Отечество, 2009. -С. 303. '

11. Габдуллип, A.A. Биологическая деструкция синтетических полимеров на основе полиэтилена в жидких средах / A.A. Габдуллип, Р.З. Лгзамов, A.C. Сирот-кип // Жить в XXI веке: тезисы токи. IX Республиканская школа студен тов и аспирантов. - Казань: KI ТУ, 2009 - С. 132.

12. Агзамов. Р.З. Деградация полиэтиленовых пленок в жидких средах и оценка их грибостойкости по степени развития плесневого гриба / Р.З. Лгзамов, Э.Л. Рафатшова, Л.В. Майкова, Л.С. ('проткни. Ф.К. Алимова // Становление и достижения биохимической школы Казанского университета: тезисы докл. научно-практической копф. - Казань: КГУ, 2009- С. 10-12.

13. Агзамов, Р.З. Ниодеградация полиэтиленовых пленок / Р.З. Агзамов, Л.С. Сироткин, Р.Л. Кош,ев // Журнал экологии и промышленной безопасности. -

г

2009. - № 3. - С. 7.

14. Агзамов, Р.З. Деградация полимеров в условиях управляемого процесса культивирования микроорганизмов / Р.З. Лгзамов, A.C. Сироткин // Академический журнал Западной Сибири. - 2009.-№ 4. - С. 3.

15. Агзамов, Р.З. Деградация полимерных материалов на основе полиэтилена микробной суспензии в жидких средах с последующим депонированием в почвогрунте / Р.З. Лгзамов, P.A. Копьев, A.C. Сироткин // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V кир-пичниковские чтения: тезисы докл. Х111 Международной конф. молодых ученых, студентов и аспирантов. - Казань: КГТУ, 2009. - С. 338.

16. Агзамов, Р.З. Применение крахмала в производстве композиционных полимерных материалов на основе полиэтилена / Р.З. Агзамов, P.A. Копьев, A.C. Сироткин, Е.Е. Бобрсшова, H.H. Валиева// Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V кирпичииковские чтения: тезисы докл. XIII Международной конф. молодых ученых, студентов и аспирантов. - Казань: КГТУ, 2009. - С. 339.

17. Агзамоп. Р.З. Оценка грибостойкости полиэтиленовых пленок по степени развития плесневого гриба / Р.З. Агзамов, Э.А. Рафаилова, A.B. Нанкова, A.C. Сироткин, Ф.К. Алимова // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V кирничниковские чтения: тезисы докл. Х111 Международной конф. молодых ученых, студентов и аспирантов. - Казань: КГТУ, 2009.-С. 350.

18. Ву, Т.Б.Х. Оценка влияния ферментного препарата и ультрафиолетового излучения на изменение прочностных характеристик полимерных материалов / Т.Б.Х. Ву, Д.В. Руссков, Р.З. Лгзамов, P.A. Копьев, A.C. Сироткин // Пищевые технологии и биотехнологии: тезисы докл. XI Международной конф. молодых ученых,-Казань: Отечество, 2010. - С. 303.

19. Ву, Т.Б.Х. Оценка деструкции полимерных композиций на основе полиэтилена в жидких средах / Т.Б.Х. Ву, Р.З. Лгзамов, Р.Л. Копьев, A.C. Сироткин // Биотехнология: экология крупных городов: тезисы докл. Московской международной научно-практической конф. - М.: ЗЛО «Экспо-биохим-технология», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2010. - С. 330-331.

Соискатель Р.З.Агзамов

Заказ 2-J-4 Тираж 80 экз.

Офсетная лаборатория КПИТУ 420015 г. Казань, ул. К. Маркса 68

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Агзамов, Раушан Зуфарович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основные понятия. Характеристика полимерных материалов в народном хозяйстве и подходы к повышению их биоразлагаемости

1.2 Характеристика синтетических полимерных материалов и их доступность для биодеградации. Этапы разрушения синтетических полимеров в процессе эксплуатации, хранения и складирования

1.3 Характеристика природных полимеров и их композиций с синтетическими полимерными материалами

1.4 Биотехнологические аспекты деструкции полимерных материалов. Механизмы деградации синтетических полимеров под действием микроорганизмов

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований

2.1.1 Полимерные материалы

2.1.2 Накопительные микробные культуры и ферментные препараты

2.1.3 Жидкие и почвенные среды для культивирования микробных культур

2.2 Схема экспериментальных исследований

2.3 Методы исследования

2.3.1 Биологические методы*исследования культуральных жидкостей и почв

2.3.1.1 Микробиологические методы

2.3.1.2 Биохимические методы

2.3.2 Методы исследования физико-механических характеристик образцов полимерных материалов

2.3.2.1 Разрушающие методы

2.3.2.2 Неразрушающие методы

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ДЕГРАДАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА В ПОЧВЕННЫХ СРЕДАХ

3.1. Методика проведения экспериментальных исследований

3.2 Оценка биологической активности почвенных микроорганизмов

3.2.1 Анализ дыхательной активности почвенных микроорганизмов

3.2.2 Анализ дегидрогеназной активности почвенных микроорганизмов

3.2.3 Оценка pH солевой вытяжки почвенных проб

3.2.4 Идентификация доминирующих групп микроорганизмов в почвенных образцах

3.2.5 Оценка токсичности водных вытяжек образцов почвы

3.3 Анализ физико-механических характеристик образцов полимерных материалов в процессе их деградации в почве

3.3.1 Изменение физико-механических свойств полимерных образцов на основе ПЭНД

3.3.2 Изменение физико-механических характеристик полимерных образцов на основе ПЭВД

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРЕДОБРАБОТКИ ОБРАЗЦОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА

ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ

4.1 Методика проведения экспериментальных исследований

4.2 Исследование ферментативного разрушения полимерных материалов на основе полиэтилена высокого давления

4.3 Исследование биологического разрушения полимерных образцов под действием микромицетов Trichoderma asperellum

4.4 Исследование деградации полимерных материалов на основе полиэтилена высокого давления в жидких средах

4.5 Исследование возможности потребления компонентов полимерных образцов накопительными культурами микроорганизмов в качестве источников углерода

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

5.1 Методика проведения экспериментальных исследований

5.2 Исследование влияния ультрафиолетового облучения на разрушение полимерных материалов на основе полиэтилена высокого давления

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА ДЛЯ ИХ ЭФФЕКТИВНОЙ ДЕГРАДАЦИИ 147 ВЫВОДЫ 152 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 154 ПРИЛОЖЕНИЯ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ТБО - твердые бытовые отходы;

ММ - молекулярная масса;

ГПХ - гельпроникающая хроматография;

ИК - инфракрасный;

УФО - ультрафиолетовое облучение;

ПТР - показатель текучести расплава;

ПЭ - полиэтилен;

ПЭВД - полиэтилен высокого давления;

ПЭСД - полиэтилен среднего давления;

ПЭНД - полиэтилен низкого давления;

ПЛА - полилактид;

ПКЛ - поликапролактон;

ПГА - полигидроксиалканоат;

ПГБ - полигидроксибутират;

ПГВ - полигидроксивалерат;

ПВХ - поливинилхлорид;

ПП - полипропилен;

ПЭТ - полиэтилентерефталат;

ПЭО - полиэтиленоксид;

КК - крахмальный концентрат;

АА - амилолитическая активность;

ДГА - дегидрогеназная активность;

ТТХ - 2,3,5-трифенилтетразолий хлорида

ФП - ферментный препарат;

КОЕ - колониеобразующая единица;

КАА - крахмало - аммиачный агар;

МП А - мясо-пептонный агар;

МПБ - мясо-пептонный бульон;

ОМЧ - общее микробное число; АСВ - абсолютно сухое вещество; ППВ - полная полевая влажность.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Оценка биологического разрушения и способы деградации полимерных материалов на основе полиэтилена"

Актуальность работы. Актуальность утилизации полимеров обусловлена высокими темпами роста производства и потребления пластмасс, характерными для стран, развитых в промышленном отношении.

В России годовой уровень накопления полимерных отходов достигает 1 млн. т. При этом доля использования отходов в качестве вторичного сырья составляет всего 5 % и является характерной для промышленных полимерных отходов, имеющих длительный срок эксплуатации. Как следует из материалов первой Международной конференции по биоразлагаемым полимерам (Испания, 2007), объем производства полимерных материалов в-Европе достигает 50 млн. т, из которых 10% используются вторично.

Решением проблемы создания биоразлагаемых полимерных материалов и композиций занимались отечественные и зарубежные исследователи: В.А. Каргин, Н.М. Эмануэль, H.A. Платэ, A.A. Берлин, A.JI. Бучаченко, Г.Е. Заиков, В.А. Васнев, D.L. Kaplan, J.E. Guillett, A. Jimenez, R-J. Müller, H-J Endres. r

Значительное количество публикаций в отечественной и зарубежной литературе посвящено» исследованию процесса биоповреждения синтетических материалов: И.Г. Каневская, Ф:М. Иванов, В.Д. Ильичев, Ross, Booth, Pirt.

Несмотря на разнообразие методов утилизации «короткоживущих» полимерных материалов, не предполагающих их вторичное использование, в настоящее время широко применяемым способом является депонирование образующихся отходов. В этой связи интенсификация процессов деградации полимерных материалов на основе полиэтилена является весьма актуальной задачей.

В рамках диссертационных исследований выполнен проект № 9000 «Исследование биологической деструкции полимерных материалов» по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» Министерства образования и науки Российской Федерации.

Кроме того, выполнение диссертационного исследования было поддержано совместным грантом Германской службы академических обменов (DAAD) и Министерства образования и науки Российской Федерации в специализированной высшей школе г. Ганновера. (Fachhochschule Hannover) (2010-2011 г.г.).

Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в исследовании и научном обосновании способов повышения биодеградации полимерных материалов на основе полиэтилена.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- оценить активность микроорганизмов в процессе их развития на поверхности полимерных материалов;

- проанализировать изменение свойств образцов полиэтилена, в присутствии почвенных микроорганизмов;

- предложить и экспериментально изучить способы интенсификации процесса, биодеградации исследуемых- полимерных образцов;

- на основе полученных результатов разработать принципиальную схему биологической деградации полимерных композиций на основе полиэтилена.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в том, что научно обоснована и экспериментально подтверждена необходимость комплексной обработки полимерных материалов на основе полиэтилена для интенсификации процесса их дальнейшей биодеградации почвенными ассоциациями микроорганизмов. Результаты проведенных исследований свидетельствуют об увеличении скорости почвенной деградации предварительно обработанных полимеров в 3-4 раза.

Получены новые экспериментальные данные о деградации композиционных материалов на основе полиэтилена высокого давления с содержанием крахмала 2 % (масс.) под воздействием микробных культур, а также при использовании амилолитического ферментного препарата.

С использованием полученных новых экспериментальных данных разработана и предложена принципиальная схема обработки полимерных композиций полиэтилена с крахмалом перед их размещением на. полигонах ТБО.

Практическая значимость. В работе проводилось исследование доступности к биологическому разрушению опытно-промышленных образцов полимерных композиционных материалов, произведенных, в ОАО' «Казаньоргсинтез».

Полученные результаты могут быть использованы в процессе утилизации отходов производства полимерных материалов на соответствующих муниципальных предприятиях, а также на производственных предприятиях, таких как ОАО «Казаньоргсинтез» и ЗАО «Казанский завод полимеров».

Применение предложенного способа предварительной ч обработки позволяет уменьшить объем полимерных отходов за счет деградации биодоступных компонентов. Показано, что комплексная физико-химическая и биологическая обработка полимерных образцов позволяет в] среднем в 3 раза сократить время их депонирования на полигонах ТБО. >

Апробация работы. Основные положения и , результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных сессиях Казанского национального исследовательского технологического университета (2007-2010 гг.); ХП-ой и ХШ-ой международных конференциях «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 2008, 2009 г.г.); 1Х-ой международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2008); международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010 г.).

Результаты научно-исследовательской работы, проведенной в рамках диссертации, отмечены грантом «50 лучших инновационных идей для республики Татарстан» (2009 г.) по программе инновационных проектов «Идея-1000» в номинации «Молодежный инновационный проект», а также именной стипендией ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них - 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, а также тезисы 15 докладов в материалах международных и российских конференций.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной источников и приложения. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, иллюстрирована 60 рисунками, 20 таблицами. Библиография включает 181 источник российских и зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)", Агзамов, Раушан Зуфарович

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований в качестве основных групп микроорганизмов, доминирующих в почвенных образцах в процессе биодеградации исследуемых полимеров, выявлены микромицеты, актиномицеты, а также псевдомонады.

2. Проведен комплекс исследований для оценки микробной деятельности в почвенных и водных экосистемах с определением дыхательной активности, накопления биомассы, ферментативной (дегидрогеназной и амилолитической) активности. Показано, что для ускорения процесса биодеградации- полимерных образцов на основе композиций полиэтилена с крахмалом требуется их предварительная обработка с использованием биологических и физико-химических методов.

3. Для- интенсификации процесса деградации полимеров на полигонах ТБО предложена комплексная предварительная обработка с использованием УФ-облучения и культивированием микроорганизмов в жидких средах на поверхности полимеров. Установлено,- что наиболее предпочтительным способом предобработки полимерных материалов является сочетание 4-х часового УФ-облучения с последующим 10-суточным культивированием на поверхности полимеров накопительных культур почвенных микроорганизмов в жидких средах.

4. Экспериментально показано, что эффективность почвенной деградации предобработанпых полимерных композиций значительно (в 3-4 раза) превышает эффективность деградации необработанных полимерных материалов. Эффективность предложенного способа биодеградации в результате комплексной обработки полимерных материалов на основе полиэтилена по ухудшению прочностных характеристик достигала 60-70 % за 120 суток их депонирования в почве.

5. По результатам проведенных исследований в качестве перспективного композиционного материала с точки зрения его доступности для биологической деградации рекомендован ПЭВД, содержащий 2 % масс, крахмала и 0,2 % масс, биогенных веществ.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Агзамов, Раушан Зуфарович, Казань

1. Фомин В.А, Биоразлагаемые полимеры, состояние и перспективы использования / В.А. Фомин, В.В. Гузеев // Пластические массы. 2001. -№2.- С. 42 - 48.

2. Козлов П.В. Химия и технология полимерных пленок / П.В. Козлов, Г.И. Брагинский. М: Госхимиздат, 1965. - 624 с.

3. Дубяга В.П. Полимерные мембраны / В.П. Дубяга, Л.П. Перепечкин, Е.Е. Кожалевский. М: Знание, 1981 - 232 с.

4. Гуль В.Е. Полимерные пленочные материалы. М.: Химия, 1972248 с.

5. Козлов П.В. Полиэтилен и другие полиолефины. М.: Госхимиздат, 1964 - 594 с.

6. Воюцкий С.С. Физико-химия процессов образования пленок из дисперсий полимеров / С.С. Воюцкий, Б.В. Штарк. М.: Госхимиздат, 1954 -214 с.

7. Кайминь И.Ф. Бумажные перевязочные материалы и порошковые: повязки в медицинской^ практике // Природные вещества для красоты, и здоровья: тезисы докл. международной конф. Рига, 1997. - С. 48-49.

8. Лобачев Г.К. Вторичные ресурсы: проблемы, перспективы, технология, экономика: Учеб. пособие / Г. К. Лобачев, В.Ф. Желтобрюхов и др. Волгоград, 1999. - 180 с.

9. Власов C.B. Биоразлагаемые полимерные материалы / C.B. Власов, В.В. Ольхов // Полимерные материалы 2006. - №7. - с.23-26.

10. Пономарева В.Т. Использование пластмассовых отходов за рубежом / В.Т. Пономарева, H.H. Лихачева, З.А, Ткачик // Пластические массы. 2002. - № 5. -С. 44-48.

11. Любешкина Е.Г. Вторичное использование полимерных материалов / Е.Г. Любешкина. М.: Химия, 1985. - 192 с.

12. Овчинникова Г.П. Рециклинг вторичных полимеров: Учеб.пособие / Г.П. Овчинникова, С.Е. Артеменко. Саратов, 2000. - 21 с.

13. Смиренный И.Н. Другая жизнь упаковки: Монография / И.Н. Смиренный и др. Тамбов, 2005. - 178 с.

14. Милицкова Е.А. Рециклинг отходов //Научные и технические аспекты охраны окружающей среды: Обзорная информ. / ВИНИТИ. М. , 1997.-№3.-С. 52-70.

15. Вольфсон С.А. Вторичная переработка полимеров // Высокомолекулярные соединения. 2000. — № 11.- С. 2000 - 2014.

16. Пономарева ВТ. Использование пластмассовых отходов за рубежом / В.Т. Пономарева, H.H. Лихачева, З.А. Ткачик // Пластические массы. 2002. - №5. -С.44-48.

17. Сычугова О.В. Оценка возможности биодеструкции модифицированного полиэтилена / О.В. Сычугова, H.H. Колесникова, А.Н. Лихачёв // Биотехнология состояние и перспективы развития: материалы конгресса -М., 2002.-С. 313-314.

18. Васнев В.А. Биоразлагаемые полимеры // Высокомолекулярные соединения. 1997. - № 12. - С. 2073-2086.

19. Легонькова O.A. Тысяча и один' полимер от биостойких до биоразлагаемых / O.A. Легонькова, Л.А. Сухарева. М: РадиоСофт, 2004. -272 с.

20. Ильичёв В.Д. Биоповреждения. М.: Высшая школа, 1987. - 352 с.

21. Хиггинс И. Биотехнология: принципы и применение. М.: Мир, 1988.-479 с.

22. Бугоркова B.C. Основные направления создания фото- и биодеструктируемых полимерных материалов / B.C. Бугоркова, Т.А. Агеева, В.М. Гальперин // Пластические массы. 1991. - № 9. - С.48 -51.

23. Билибин А.Ю. Деструкция полимеров, ее роль в природе и современных медицинских технологиях / А.Ю. Билибин, И.М. Зорин // Успехи химии. -2006. -№ 75. С. 151-163.

24. Кузнецов А.Е. Прикладная экобиотехнология: Учебное пособие.1. М.: БИНОМ, 2010. 629 с.

25. Шляпинтох В .Я. Фотохимические превращения и стабилизация полимеров / В.Я. Шляпинтох. М, 1979. - 344 с.

26. Рэнгби Б. Фото деструкция, фотоокисление и фотостабилизация полимеров / Б. Рэнгби, Я. Рабек. М, 1978. - 676 с.

27. Соломатов, В.И. Биологическое сопротивление материалов. -Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001.- 196 с.

28. Стирна У.К. Синтез* и характеристика биодеструктируемых сегментированных полиэфируретанов из поликапролактон и поли(Ь-лактид)диолов / У.К. Стирна, В.В. Тупуреина; И.В. Севастьянова //1.1

29. Высокомолекулярные соединения. 2002. - № 12. - С. 2069 - 2078.

30. Ларионов В.Г. Саморазрушающиеся полимерные упаковочные материалы // Пластические массы. 1993. - № 4. - С.36 - 38.

31. Гумаргалиева К.З. Биосовместимость и биодеструкция полиолефинов / К.З. Гумаргалиева, Г.Е. Зайков, А Я. Полищук // Пластические массы. 2001. - № 9. - С.39-48. ,

32. Grigat Е. Compostable films and bags / E. Grigat, W. Schulz-Schlitte // Plast. South. Air. 1997. - № 4. - P. 24-28.i

33. Гуль В.Е. Использование полимерных материалов для сохранения продуктов питания //Пластические массы. 1993. - №4. - С. 3-8.

34. Kawai F. Breakdown of plastics and polymers by microorganisms / F. Kawai // Advances in Biochemical Engineering. 1995. - 52. - P. 151-194.

35. Witt U. Biodegradable polymeric materials not the origin but the chemical Structure determines the biodegradability // Chemie International Edition.-1999.-№10.-P. 1438-1442.

36. Welzel K. Einfluss der chemischen Structur auf die enzymatische Hydrolyse von Polyester-Nanopartikeln: Dissertation. Technische Universität Braunschweig. - 2003.

37. Aminabhavi T.M. A review on biodegradable plastics // Polymer-Plastics Technology and Engineering. 1990. - № 3. - P. 235 -262.

38. Huang S.J. Biodegradable Polymers // Encyclopedia of Polymer Science and Engineering. 1985. № 2 - P. 220-241.

39. Huang S.J. Biodegradation // Comprehensive Polymer Science. 1989. №6.-P. 597-606.

40. Kleeberg I. Untersuchung zum mikrobiellen Abbau von aliphatisch-aromatischen Copolyestern sowie Isolierung " und' Charakterisierung eines polyesterspaltenden Enzyms: Dissertation. Technische Universität Braunschweig. - 1999.

41. Tokiwa Y. Hydrolysis of polyester by Rhizopus delemar lipase // Agric. Biol. Chem.- 1978.-№5.-P.1071 1072.

42. Witt U. New biodegradable polyester copolymers from commodity chemicals with favorable use properties // Journal of Environmental Polymer Degradation. - 1995. № 4. - P. 215 -223.

43. Tokiwa Y. Hydrolysis of copolyesters containing aromatic and aliphatic ester blocks by lipase // Journal of Applied Polymer Science. 1981. № 2. - P. 441 -448.

44. Canetti M. Influence of the morphology and supermolecular structure on the enzymatic degradation of bacterial poly(3-hydroxybutyrate / M. Canetti, M. Urso, P. Sadocco // Polymer. 1999. № 4. - P. 2587 - 2594.

45. Nishida H. Effects of Higher-Order Structure of Poly(3-hydroxybutyrate) on its Biodegradation. Effects of Crystal Structure on Microbial Degradation / Nishida H., Y. Tokiwa // Journal of Environmental Polymer Degradation. 1993. - № 1. - P. 54-80.

46. Seretoudi G. Synthesis, characterization and biodegradability of

47. Polyethylene succinate) / poly(e-caprolactone) block copolymers / G. Seretoudi, D. Bikiaris, C. Panayiotou // Polymer. 2002. - Vol. 44. - P. 5405 - 5415.

48. Montaudo G. Synthesis and enzymatic degradation of aliphatic copolyester / G. Montaudo, P. Rizarelli // Polymer Degradation and Stability. -2000. Vol. 40. - P. 305-314.

49. Gan Z. Enzymatic degradation of poly(s-caprolactone) film in phosphate puffer solution containing lipases // Polymer Degradation and Stability.- 1997. Vol. 56. - P. 209-213.

50. Eidstäter С. The biodégradation of amorphous and crystalline regions in film-blown poly(E-caprolactone) / C. Eidstäter, В. Erlandsson // Polymer. 2000. -Vol. 41.-P. 1297-1304.

51. Ki, H.C. Synthesis, characterization and biodegradability of the biodegradable aliphatic-aromatic random copolyesters / H.C. Ki, O.O. Park // Polymer.-2001.-Vol. 42. P. 1849- 1861.

52. Marten E. Korrelation zwischen der Structur und enzymatic Hydrolyse von Polyestern: Dissertation Technische Universität Braunschweig. - 2000.

53. Козлов П. В. Полиэтилен и другие полиолефины; М.: Мир, 1964.- 594 с.

54. Shimao M. Biodegradation of plastics // Current opinion in Biotechnology. 2001 - № 3. - P. 242 - 247.

55. Sakayawa C. Symbiotic utilization of polyvinyl alcohol by mixed cultures // Applied and Environmental Microbiology. 1981. № 1. - P. 261 - 267.

56. Matsumura S. Novel poly(vinyl alcohol) degrading enzyme and the degradation mechanism // Macromolecules. - 1999. - Vol. 32 - P. 7753 - 7761.

57. Arenskötter M. Microbieller Abbau von Natur- und Synthesekautschuk // BlOforum. 2002. - № 3. - P. 124 - 126.

58. Handbuch feur die Gummi-Industrie / R.T. Kempermann. Leverkusen: Bayer AG, 1991.-798 p.

59. Тарасова H.A. Исследование грибостойкости эластомерных материалов при действии на них факторов старения / H.A. Тарасова, И.В.

60. Машкова, Л.Б. Шарова // Биохимические основы защиты промышленных материалов от биоповреждений. 1991. - С. 42-44.

61. Рябов C.B. Биодеградируемые полимерные композиты на основе полиуретана и микрокристаллической целлюлозы / C.B. Рябов, Ю.Ю. Керча, Н.Е. Котельникова // Высокомолекулярные соединения. 2001. - № 12. - С. 2128-2134.

62. Загуляева З.А. Некоторые данные о разрушении целлюлозы микроорганизмами // Проблемы биологических повреждений и обрастаний. -1972. С. 51-54.

63. Нюкша Ю.П. Действие на бумагу продуктов обмена веществ грибов // Проблемы биологических повреждений и обрастаний. 1972. - С. 55-70.63. .Долежел Б. Коррозия пластических материалов и резин. М.: Химия, 1964.-284 с.

64. Максимов Р.Д. Свойства биоразлагаемого нанокомпозита на основе крахмала и немодифицированной глины // Пластические массы. -2008. № 12. - С. 36-40.

65. Бугоркова B.C. Основные направления создания фото-< и биодеструкгируемых полимерных материалов / B.C. Бугоркова, Т.А. Агеева, В.М. Гальперин // Пластические массы. 1991. - № 9. - С.48 -51.

66. Суворова А.И. Биоразлагаемые полимерные материалы на основе крахмала / А.И. Суворова, И.С. Люкова, Е.И. Труфанова // Успехи химии. -2000. -№5. -С.494-504.

67. Waskow F Essbare Verpackung: Was soll der Magen leisten? In: Pfeil, A.et.al: Biologisch abbaubare Kunststoffe. Renningen Malmsheim: expertVerlag, 1994. -45 p.

68. Скрябин К.Г. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение / К.Г.Скрябина, Г.А.Вихорева, В.П. Зарламова. М.: Наука, 2002. - 368 с.

69. Новые достижения в исследовании хитина и хитозана: материалы VI Междунар. конф. М., 2001. - 398 с.

70. Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: Материалы VII Междунар. конф. М., 2003. - 453 с.

71. Чернецкий В.Н. Хитозан. вещество XXI века. Есть ли у него будущее в России? / В.Н. Чернецкий, Н.Э. Нифантьев // Журнал Российского химического общества им. Менделеева. - 1997. - Т. ХП. - С.80 - 83.

72. Вихорева Г.А. Синтез и свойства водорастворимых производных хитина / Г.А Вихорева, И.Н. Горбачева, JI.C. Гальбрайх // Химические Волокна. 1999. - №4. - С. 25-29.

73. Пат. 2073017 РФ, МКИ 6 С08В 37/08. Способ п<элучения хитозана. / ВВ. Банников, Ф.И. Львович, Д.Б. Фрайман // РЖ Химия. 1998. -№13. -13Ф28П.

74. Плиско Е.А. Хитин и его химические превращения / Е.А. Плиско, Л.А. Нудьга, С.Н. Данилов // Успехи химии. 1977. - T.XLVI, Вып.8 - С. 1470-1483.

75. Акопова Т.А. Влияние размола на структуру и свойства хитозана / Т.А. Акопова, С.З. Роговина, И.Н. Горбачева // Высокомолекулярные соединения. 1996. - №2. - С.263-267.

76. Илларионова Е.Л. Волокнистые, пленочные и пористые материалы на основе хитозана / Е.Л. Илларионова // Химические Волокна. 1995. - № 6. -С. 18-22.

77. Зимина A.A. Биоразлагаемые полимеры и их применение в современной медицине / A.A. Зимина, А.Я. Полищук, Г.Е. Зайков // Пластические массы. 1999. - № 9. - С. 43-46.

78. Горбачева И.Н. Свойства полимерных композиций на основе полисахаридов и их получение в условиях твердофазного деформирования под давлением / И.Н. Горбачева, Т.В. Смотрина, А.К. Смирнов // Химические волокна. 2003. - № 1 - С. 18-22.

79. Смирнова Л.А. Ультразвуковой синтез блок-сополимеров хитозана с виниловыми мономерами / Л.А. Смирнова, Ю.Д. Семчиков, H.A. Андриянова // Высокомолекулярные соединения. 2003. - № 8. - С. 1359

80. Вихорева Г.А Модифицирование хитозановых пленок поверхностно-активными веществами с целью регулирования их растворимости и набухания / Г.А Вихорева, Л.Г. Енгибарян, М.А. Голуб // Химические волокна. 1998. - №1. - С. 14-19.

81. Агеев Е.П. Зависимость некоторых структурных и транспортных свойств хитозаиовых пленок от условий их формования и характеристик полимера / Е.П. Агеев, Г.А. Вихорева, H.H. Матушкина // Высокомолекулярные соединения. 2000. - №2. - С. 333-339.

82. Лошадкин Д.В. Биодеградируемые пластики: типы материалов, основные свойства и перспективы использования в промышленности // Пластические массы. 2002. - № 7.- С. 41 - 44

83. Nishiyama M. Биоразлагаемый пластик на основе целлюлозы и хитозана // РЖ Химия. 1996. - №9. - 9Т12. - Реф. ст.: Biodegradable plastic derived from celluloze and chitosan // Kamipa gikyoshi. - 1995. — 49,№4. - c. 671-685.

84. Заявка 4-59830 Япония, МКИ5 C081 5/00, C08L 5/00. Новый биоразлагаемый композиционный материал и его получение / Нисияма Масаси, Хосокава Дзюн' Йосихара Кадзутоси и .др. // РЖ Химия. 1997. -№1. -1Т181П.

85. Brady J.M. Resorption rate, route of elimination, and ultrastmcture of the implant site of polylactic acid in the abdominal wall of the rat / J.M Brady, D.T. Cutwright, R.A. Miller//Journal of Biomedical Materials Research. 1973. -№7. - P. 155-166.

86. Carotllers W.H. Studies of polymerization and ring formation XI the use of molecular evaporation as a means of propagating chemical reactions. //Journal of the American Chemical Society. 1932. - № 54. - P. 1559.

87. Steinbüchel A. Perspectives for Biotechnological Production and Unitilizaion of Biopolymers: Metabolic Engineering of Polyhydrocyalkanoate Biosynthesis Patllways as a Successful Example // Macromolecular Bioscience.2001. Vol. 1, №1. - P. 1.

88. Макаревич A.B. Саморазлагающиеся полимерные упаковочные материалы / A.B. Макаревич, И.Ю. Ухарцева, В.А. Гольдаде // Пластические массы. 1996. - № 5. - С. 34-37.

89. Gontard N. Water vapour permeability of edible bilayer films of wheat gluten and lipids. // International Journal of Food Science and Technology. 1995. - № 30. - P. 49.

90. Gontard N. Influence of Relative Humidity and Film Composition on Oxygen and Carbon Dioxide Permeabilities of Edible Films. / N. Gontard, R. Thibault, B. Cuq // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1996. - № 4. -P. 1064.

91. Gontard N. Edible Wheat Gluten Film: Influence of Water Content on Glass Transition Temperature / N. Gontard, S.Ring. // Journal of Agricultural and

92. Food Chemistry. 1996. - № 11. - P. 3474.i

93. Redl A. Determination of Sorbic Acid Diffusivity in Edible Wheat Gluten and Lipid Based Films / A. Redl, N. Gontard, S. Guilber. // Journal of Food Science. 1996. - № I.-P. 112.

94. Barron C. Modified Atmosphere Packaging of Cultivated Mushroom (Agaricus bisporus L.) with Hydrophilic Films / C. Barron, S. Guilbert, N. Gontard //Journal of Food Science. 2001. - № 67. - P. 251.

95. Redl A. Rheological properties of gluten plasticized with glycerol: dependence on temperature, glycerol content and mixing conditions / A.Redl, M.H. Morel, J. Bonicel //Rheological Acta. 1999. - № 4. - P. 311.

96. Bietz J.A. Isolation and characterization of gliadin like subunits from gluten in // Cereal Foods World. 1996. - № 41. - P. 376.

97. Bates R.P. Protein quality of soy protein-lipid films and derived fractions // Journal of Food Science. 1975. - № 40. - P. 425.

98. Jaynes H.O. // Food Product Development. 1975. - № 9. - P. 86.

99. Stuchell Y.M. Enzymatic Treatments and Thermal Effects on Edible Soy Protein Films. // Journal of Food Science. 1994. - № 6. - P. 1332.

100. Tryhnew 'L.J. Effect of selected coating materials on the bacterial penetration of the avian egg shell / L.J. Tryhnew, K.W. Gunaratne, J.V. Spencer. // Journal of Milk and'Food Technology. 1973. - № 36. - P. 272.

101. Galietta G. Mechanical' and Thermomechanical Properties of Films Based on Whey Proteins as Affected by Plasticizer and Cross linking Agents / G.Galietta, L.D. Gioia, S.Guilbert // Journal of Dairy Science. 1998. - № 1. -P. 3123.

102. Cavalaro J.F. Collagen fabrics as biomaterials / J.F. Cavalaro, PD. Kemp, K.H. Kraus // Biotechnology and Bioengineering. 1994. - Vol. 43, № 8. -P. 781.

103. L.L.Hood. // Advances in Meat Research. 1987. - № 4. - P. 109.

104. Chou D.H. Mechanism of hydro-isomerization of methylene interrupted dienes on nonmetallic palladium-on-resin catalysts / D.H. Chou, C.V. Morr // Journal of the American OiLChemists' Society. 1979. - № 56. - P.153.

105. Cuq B. Proteins as Agricultural Polymers for Packaging Production / B. Cuq, N. Gontard, S. Guilber // Cereal Chemistry. 1998. - Vol. 75, № 1. - P. 1.

106. S.Okamoto. //Cereal Foods World: 1978. - № 23. - P. 256.

107. Fukushima D. Mechanisms of Protein Insolubilization during the Drying of Soy Milk Role of Disulfide and Hydrophobic Bonds / D. Fukushima, J.V. Buren // Cereal Chemistry. 1970. - № 47. - P. 687.

108. Gennadios A. Effect of pH on properties of wheat gluten and soy protein isolate films / A.Gennadios, A.H.Brandenburg, C.L.Weller, R.F.Testin. //

109. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1993. - Vol. 41, № 11. - P. 1835.

110. Cuq B. Thermoplastic properties of fish myofibrillar proteins: application to biopackaging fabrication / B.Cuq, N. Gontars, S. Guibert. // Polymer. 1997. - Vol. 38, № 16. - P. 4071.

111. Kalichevski M.T. Glass transition of gluten. 1: Gluten and gluten-sugar mixtures / M.T. Kalichevski, T.M. Jaroszkiewicz, J.M. Blanshard // International Journal of Biological Macromolecules. 1992. - № 14. - P. 257.

112. Kalicllevski M.T. The glass transition of amylopectin measured by DSC, DMTA and NMR / M.T. Kalicllevski, T.M. Jaroszkiewicz, S. Ablett // Carbohydrate Polymers. 1992. - Vol. 18, № 2. - P. 77.

113. Kumins C.A. // Journal of Polymer Science. 1965. - № 10. - P. 1.

114. Avena-Bustillos R.J. Water Vapor Permeability of Caseinate-Based Edible Films as Affected by pH, Calcium Crosslinking and Lipid Content / R.J. Avena-Bustillos, J.M. Krochta // Journal of Food Science. 1993. - Vol. 58, № 4. -P. 904.

115. Motoki M. Casein Film Prepared Using Transglutaminase / M.Motoki, H. Aso, K. Seguro // Agricultural and Biological Cliemistry. 1987. - № 51. - P. 993.

116. Hepperle J. Schädigungsmechanismen bei Polymeren // Polymeraufbereitung 2002 technischer Fortschritt zur Steigerung von Leistung und Produktqualität. - Düsseldorf, 2002. - P. 324.

117. Kaplan D.L. Kapitel Fudamentals of Biodegradable Polymers / D.L. Kaplan, J.M. Mayer// Biodegradable Polymers and Packaging. Basel, 1994. - P. 78-81.

118. Гумаргалиева К.З. Биосовместимость и биодеструкцияполиолефинов / К.З. Гумаргалиева, Г.Е. Зайков, А .Я. Полищук, //

119. Пластические массы. 2001. - № 9. - С. 39-48.

120. Jendrossek D. Microbial degradation of polyesters: a review on extracellular poly(hydroxyalkanoic acid) depolymerases // Polymer Degradation and Stability. 1998. Vol. 59. - P. 317-325.

121. Kleeberg I. Biodégradation of aliphatic-aromatic by Thermomonospora fusca and other thermophilic compost isolates // Applied Environ, Polymer Degradation. 1995 - № 5. - P. 1731 - 1735.

122. Tokiwa Y. Purification and Some Properties of Polyethylene Adipate-degradation Enzyme Produced by Pénicillium sp. II Agric. Biol. Chem. 1977. -№ 2 - P. 265 - 274

123. Palmisano A.C. Biodegradability of plastics A.C. Palmisano, C.A. Pettigrew / Bioscience. 1992. - № 9. - P. 680 - 685.

124. Lenz R.W. Biodegradable Polymers // Advances in Polymer Science. -1993,-Vol. 107. P. 1 -40.

125. Sclmabel W. Polymer Degradation Principles and practical Applications. - Miinchen, 1981. - 213 p.127.1Плегель,Г. Общая микробиология. M.: Мир, 1987. - 567 с.

126. Смирнова О.Н. Роль сообществ микромицетов в биоповреждении полимерных материалов на предприятиях агропромышленного комплекса: автореф. дис. канд. биологич. наук. Н. Новгород, 2000. - 26 с.

127. Веселов А.П. Кислотопродукция как фактор жизнедеятельности и биодеструктивной активности микромицетов // Биохимические основы защиты промышленных материалов от биоповреждений: межвузовский сборник. Горький: ГГУ, 1989. - С. 31-34.

128. Анисимов А.А. Биоповреждения в промышленности и защита от них. Горький: ГГУ, 1980. - 81 с.

129. Наплекова Н.Н. . О некоторых вопросах механизма воздействия грибов на пластмассы / Н.Н. Наплекова, Н.Ф. Абрамова // Известия СО АН

130. СССР. Серия биология. 1976. - № 3. - С. 21-27.132.3аикина H.A. Образование органических кислот, выделяемых с объектов, поражённых биокоррозией / H.A. Заикина, Н.В. Дуганова // Микология и фитопатология. 1975. - Т. 9, № 4. - С. 303-306.

131. Кулик Е.С Влияние метаболитов грибов на физико-механические свойства лакокрасочных покрытий / Е.С. Кулик, JI.M. Виноградова» М.И. Карякина // Биологические повреждения строительных и промышленных материалов. 1978. - С. 63-67.

132. Орлов ВТ. Некоторые характеристики рибосом микромицетов после прекращения роста культур / В.Г. Орлов, Е.В. Клячко, P.C. Шакулов // Биохимия. 1974. - Т. 39, Вып. 2. - С 426-431.

133. Безбородов A.M. Секреция ферментов у микроорганизмов / A.Mi Безбородов, Н.И. Астапович. М.: Наука, 1984. - 72 с.I

134. Михайлова Р.В. Зависимость ферментативной активности грибов рода Pénicillium от источника питания / Р.В. Михайлова, Л.И. Сапунова, С.С. Колесникова // Контроль и управление биотехнологическими процессами. -1985. -№ 12. С. 68.

135. ГОСТ 16338-85. Полиэтилен низкого давления. Технические условия. -Введ. 1987.01.01. М.: Издательство стандартов, 1987. - 11 с.

136. ГОСТ 12019-66. Пластмассы. Изготовление образцов для испытания из термопластов. Общие требования. Введ. 1967.01.01. - М.: Издательство стандартов, 1967. - 7 с.

137. ГОСТ 16337-77. Полиэтилен высокого давления. Технические условия. Введ. 1977.01.01. - М.: Издательство стандартов, 1977. - 7 с.

138. ГОСТ 7699-78. Крахмал картофельный. Технические условия. -Введ. 1978.01.01. -М.: Издательство стандартов, 1978. -4 с.

139. Facco S. Thermoplastische Starke Mater Bi. In: Pfeil, A. et al: Biologisch abbaubare Kunststoffe // Renningen-Malmsheim: expert-Verlag. -1994.-P. 63-73.

140. Третьякова И.Н. Ростстимулирующая активность штаммов рода Streptomyces и Tnchoderma и перспективы их использования для микроклонального размножения хвойных/ И.Н. Третьякова // Биотехнология. -2009.-№1,-с. 39-44

141. ГОСТ 28206-89. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание J и руководство: Грибостойкость. Введ. 1990.03.01. - М.: Издательство стандартов, 1990. -20 с.

142. ГОСТ 20264.4-89. Препараты ферментные. Методы определения амилалитической активности. Введ. 1990.07.01. - М.: Издательство стандартов, 1990. - 20 с.

143. ГОСТ 26207-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. Введ. 1993.07.01. - М.: Издательство стандартов, 1993. - 7 с.

144. Кузнецов С.И. Методы изучения водных микроорганизмов. / С.И. Кузнецов, Г.А. Дубинина. М.: Наука, 1989. - 288 с.

145. Емцев В. Т. Микробиология. / В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин. М.:1. Дрофа,2008. 444 с.

146. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии: Учебное пособие для вузов / Под ред. В.К. Шильниковой. М.: Дрофа, 2004. - 256 с.

147. Жмур Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России. М.: Международный Дом Сотрудничества, 1997. - 115 с.

148. Строганов Н.С. Методика определения токсичности водной среды. В сб. Методики биологических исследований по водной токсикологии. - М.: Наука, 1971. - с. 14-60.

149. Нетрусов А.И. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, JI.M. Захарчук. -М.: Академия, 2005. 608 с.

150. Методические указания по санитарно-микробиологическому исследованию почвы. УТВ. МИНЗДРАВОМ СССР 19.02.1981 № 2293-81.

151. ГОСТ 4172-66. Реактивы. Натрий фосфорнокислый двузамещенный 12-водный. Технические условия. Введ. 1966.01.01. - М.: Издательство стандартов, 1966: - 15 с:

152. ГОСТ 4198-75. Реактивы. Калий фосфорнокислый однозамещенный. Технические условия. Введ. 1975.01.01. - М.: Издательство стандартов, 1975. - 14 с.

153. Современные физические и химические методы исследования почв.-М.:Изд-во МГУ, 1987.-С. 118-155.

154. Благодатская Е.В. Характеристика состояния микробного сообщества почв по величине метаболического коэффициента / Е.В. Благодатская и др. // Почвоведение. 1995. - № 2. - С. 205-210.

155. Ананьева Н.Д. Методические аспекты определения скорости субстрат-индуцированного дыхания почвенных микроорганизмов / Н.Д. Ананьева и др. // Почвоведение. 1993. - № 11. - С. 72-77.

156. Shinner F. Methods in Soil Biology / F Shinner et al. (eds) Springer -Verlag Berlin Heidelberg. 1995. - 230 p.

157. ГОСТ 5672-68. Хлеб и хлебобулочные изделия. Методы определения массовой доли сахара. Введ. 1969.07.01. - М.: Издательство стандартов, 1969. - 11 с.

158. ГОСТ 28268-89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений. Введ. 1990.06.01. -М.: Издательство стандартов, 1990. -8 с.

159. ГОСТ 26484-85. Почвы. Метод определения обменной кислотности. Введ. 1986.07.01. - М.: Издательство стандартов, 1986. - 3 с.

160. Боровиков В. П. Программа Statistica для студентов и инженеров. / В. П. Боровиков-М.: Компьютер-пресс, 2001. 301 с.

161. ГОСТ 11262-80. Пластмассы. Метод испытания на растяжения. -Введ. 1980.01.01 -М.: Издательство стандартов, 1980. 14 с.

162. ГОСТ 11645-73. Пластмассы. Метод определения показателя текучести расплава термопластов. Введ. 1975.01.01. - М.: Издательство стандартов, 1975. - 12 с.

163. Орлов В.И. Жидкостная хроматография. Теоретические основы / В.И. Орлов, А.А. Аратсков Дзержинск. - 1997. - 41 с.

164. Беллами JI. Инфракрасные спектры сложных молекул / J1. Беллами. М.: Издательство иностранной литературы, 1963. - 590 с.

165. Joy D.C. Electron Channeling Patters in the Scanning Electron Microscope / D.C. Joy, D.E. Newbury, D.L. Davidson // J Appl.Phys., 1982 53. -P 81-122.

166. Augusta J. Biologisch abbaubare Kunststoffe: Testverfahren und Beurteilungskriterien / J. Augusta, R.-J. Millier, H. Widdecke // Chem.-Ing.-Tech., 1992.-64(5).-P-410-415.

167. ГОСТ 9.060-75. Единая система защиты от коррозии и старения. Ткани. Метод лабораторных испытаний на устойчивость к микробиологическому разрушению. Введ. 1975.01.01. - М.: Издательство стандартов, 1975. - 9 с.

168. Ehrenstein G.W. Bioständigkeit von Kunststoffen / G.W. Ehrenstein, S. Pongratz. München, 2007 - 1309 p.

169. Сидоренко О.Д. Действие ризосферных псевдомонад на урожайность сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 2001. - № 8. - с. 56-62.

170. Лабораторный практикум по технологии ферментных препаратов. Учебное пособие для вузов / М. Грачева и др.. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. -240 с.

171. Егорова О.В. Техническая микроскопия. С микроскопом на «ты» / О.В. Егорова. -М.: Изд-во "Техносфера", 2007. с. 357

172. Клинков A.C. Утилизация и переработка полимерных материалов: Учеб. пособие / A.C. Клинков, П.С. Беляев, М.В. Соколов. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. - 80 с.

173. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды республики Татарстан в 2005 году. Казань. -2006.-492 с.

174. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. Государственный комитет РФ по охране окружающей среды., М., 1999. -70 с.1. У?У