Delopment of Composite Carbon–Silicate Materials, Their Research and Testing for the Preparation of Heterogeneous Biocatalysts for Low-Temperature Synthesis of Esters

G. A. Kovalenko; Коваленко Г. А.; L. V. Perminova; Перминова Л. В.; V. V. Goidin; Гойдин В. В.; A. V. Zavorin; Заворин А. В.; S. I. Moseenkov; Мосеенков С. И.; V. L. Kuznetsov; Кузнецов В. Л.

doi:10.31857/S045388112302003X

Получение композитных углерод-силикатных материалов, их исследования и испытания для приготовления гетерогенных биокатализаторов низкотемпературного синтеза сложных эфиров

Авторы: Коваленко Г.А.¹, Перминова Л.В.¹, Гойдин В.В.¹, Заворин А.В.¹, Мосеенков С.И.¹, Кузнецов В.Л.¹
Учреждения:
1. ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Выпуск: Том 64, № 2 (2023)
Страницы: 227-242
Раздел: СТАТЬИ
URL: https://journal-vniispk.ru/0453-8811/article/view/137020
DOI: https://doi.org/10.31857/S045388112302003X
EDN: https://elibrary.ru/GMZZIH
ID: 137020

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Композитные углерод-силикатные материалы (КУСМ), различающиеся содержанием углеродного и силикатного компонентов, были получены с участием двух предшественников диоксида кремния (силиказоля и силана) и многостенных углеродных нанострубок (МУНТ). На начальной стадии получения КУСМ методом 1 использовали пропитку по влагоемкости тонкодисперсного порошка МУНТ силиказолем, методом 2 – обработку МУНТ тетраэтоксисиланом с последующим гидролизом и поликонденсацией. Содержание диоксида кремния (SiО₂) в композитах варьировали от 3 до 60 мас. %. После сушки и соответствующей термообработки при 250–350°С композитные материалы были исследованы различными физико-химическими методами: азотная порометрия, электронная микроскопия, рентгено-флуоресцентный анализ, термогравиметрический анализ. Были обнаружены существенные различия параметров в зависимости от химического состава КУСМ, в том числе текстурных характеристик. Так, при увеличении содержания SiО₂ удельная поверхность композитных материалов увеличивалась (в 2 раза), на кривых распределения по диаметрам пор наблюдались максимумы (при 20–40 нм). Композитные материалы исследовали в качестве носителей-адсорбентов для приготовления гетерогенных биокатализаторов (БК) низкотемпературного синтеза сложных эфиров, активным компонентом в которых была липаза, иммобилизованная исключительно на углеродной поверхности нанотрубок. При уменьшении содержания МУНТ в полученных композитных материалах ферментативная активность и операционная стабильность БК, измеренные в реакции этерификации гептановой кислоты (С₇) бутанолом (С₄), монотонно уменьшались, достигая 2–8-кратного падения активности при максимальном содержании SiО₂ (58 мас. %).

Ключевые слова

: углерод-силикатные композиты, многостенные углеродные нанотрубки, адсорбция липазы, биокатализаторы, этерификация

Список литературы

Жукалин Д.А., Тучин А.В., Голощапов Д.А., Битюцкая Л.А. // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41. № 4. С. 1.
Иванов С.И., Цыганков П.Ю., Худеев Н.В., Меньшутина Н.В. // Успехи в химии и химической технологии. 2015. Т. 29. № 4. С. 83.
Белоус Д.Д., Макарова И.С., Цыганков П.Ю., Гордиенко М.Г., Конькова Т.В. // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31. № 6. С. 124.
Худеев И.И., Цыганков П.Ю., Смирнова О.А., Иванов С.И., Меньшутина Н.В. // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31. № 6. С. 118–120.
Климов Е.С., Бузаева М.В., Давыдова О.А., Исаев А.В., Нищев К.Н., Пыненков А.А., Калашников Е.Г., Фомин А.Н., Светухин В.В. // Журнал прикладной химии. 2015. Т. 88. № 8. С. 1105.
Чесноков В.В., Пармон В.Н., Чичкань А.С. Способ получения материалов с нанесенным диоксидом кремния. Патент RU 2 516 409 С2, 2014.
Izawa T., Arif A.F., Taniguchi S., Kamikubo K., Iwasaki H., Ogi T. // Mater. Res. Bull. 2019. V. 112. P. 16.
Ramasamy D.L., Puhakka V., Doshi B., Iftekhar S., Sillanpää M. // Chem. Eng. J. 2019. V. 365. P. 291.
Ebrahim A.M., Levasseur B., Bandosz T.J. // Langmuir. 2013. V. 29. № 23. P. 6895.
Kovalenko G.A., Perminova L.V., Chuenko T.V., Rudina N.A. (review) // Cur. Top. Catal. 2012. V.10. P. 131.
Kovalenko G.A., Perminova L.V., Sapunova L.I. A peculiar method for immobilization of non-growing microbial cells by entrapment into silica xerogel / In: Biotechnology in Medicine, Foodstuffs, Biocatalysis, Environment and Biogeotechnology. N. Y.: NOVA Science Publishers, Inc., 2010. P. 41.
Перминова Л.В., Коваленко Г.А., Беклемишев А.Б., Мамаев А.Л., Пыхтина М.Б., Рудина Н.А. // Прикладная биохимия и микробиология. 2018. Т. 54. № 1. С. 46.
Kovalenko G.A., Beklemishev A.B., Perminova L.V., Mamaev A.L., Rudina N.A., Mossenkov S.I., Kuznetsov V.L. // J. Mol. Catal. B: Enzym. 2013. V. 98. P. 78.
Коваленко Г.А., Перминова Л.В., Беклемишев А.Б., Яковлева Е.Ю., Пыхтина М.Б. // Катализ в промышленности. 2014. № 6. С. 71.
Tao J., Kazlauskas R. Biocatalysis for green chemistry and chemical process development. WILEY, John Wiley & Sons Inc., 2011. 479 p.
Stergiou P.-Y., Foukis A., Filippou M., Koukouritaki M., Parapouli M., Theodorou L.G., Hatziloukas E., Afendra A., Pandey A., Papamichael E.M. // Biotechnol. Adv. 2013. V. 31. P. 1846.
Luna C., Garson-Perez V., Lopez-Tenllado F.J., Baustista F.M., Verdugo-Escamilla C., Aguado-Dedlas L., Calero J., Romero A.A., Luna D., Estever R. // Catalysts. 2021. V. 11. P. 1350. https://doi.org/10.3390/catal11111350
Pereira A.S., Souza A.H., Fraga J.L., Villeneuve P., Torres A.G., Amaral P.F.F. // Catalysts. 2022. V. 12. P. 88. https://doi.org/10.3390/catal12010088
Kovalenko G.A., Perminova L.V., Krasnikov D.V., Kuznetsov V.L. // J. Porous Mater. 2018. V. 25. P. 1017.
Kovalenko G.A., Perminova L.V., Beklemishev A.B. // Reac. Kinet. Mech. Catal. 2019. V. 128. P. 479. https://doi.org/10.1007/s11144-019-01648-z
Kovalenko G.A., Perminova L.V., Pykhtina M.B., Beklemishev A.B. // Biocatal. Agr. Biotechnol. 2021. V. 36. 102124. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2021.102124
Kovalenko G.A., Perminova L.V., Pykhtina M.B., Beklemishev A.B. // Catal. Today. 2021. V. 379. P. 36. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.11.018
Коваленко Г.А., Перминова Л.В., Шашков М.В., Беклемишев А.Б. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 2. С. 212. https://doi.org/10.31857/S0453881122020046
Kuznetsov V.L., Krasnikov D.V., Schmakov A.N., Elumeeva K.V. // Physica Status Solidi (B): Basic Research. 2012. V. 249. № 12. P. 2390. https://doi.org/10.1002/pssb.201200120
Беклемишев А.Б., Пыхтина М.Б., Перминова Л.В., Коваленко Г.А. // Биотехнология. 2021. Т. 37. № 5. С. 5. https://doi.org/10.21519/0234-2758-2021-37-5-5-62
Bearden J. // Biochim. Biophys. Acta. 1978. V. 533. P. 525.
Айлер Р. Химия кремнезема. Москва: Мир, 1982. Т. 2. 712 с. (Iler R.K. The chemistry of silica. John & Sons, Inc., 1979.)
Аммаева Ш.Г., Исаев А.Б., Харламова Т.А. // Chemical Problems. 2021. V. 19. № 1. С. 56. ISSN 2221-8688. https://doi.org/10.32737/2221-8688-2021-1-56-63
Mazov I.N., Kuznetsov V.L., Simonova I.A., Stadnichenko A.I., Ishchenko A.V., Romanenko A.I., Tkachev E.N., Anikeeva O.B. // Appl. Surf. Sci. 2012. V. 258. № 17. P. 6272. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.03.021
Коваленко Г.А., Перминова Л.В., Беклемишев А.Б., Пыхтина М.Б., Холявка М.Г., Бучельникова В.А., Артюхов В.Г. // Прикладная биохимия и микробиология. 2022. Т. 58. № 5. С. 446.
Turati D.F.M., Morais W.G., Jr., Terrasan C.R.F., Moreno-Perez S., Pessela B.C., Fernandez-Lorente G., Guisan J.M., Carmona E.C. // Molecules. 2017.V. 22. P. 339.
Silveira E.A., Moreno-Perez S., Basso A., Serban S., Mamede R.P., Tardioli P.W., Farinas C.S., Rocha-Martin J., Fernandez-Lorente G., Guisan J.M. // BMC Biotechnol. 2017. V. 17. P. 88.
Rodrigues R.C., Ortíz V., dos Santos J.C.S., Berenguer-Murcia A., Alcantara A.R., Barbosa O., Ortiz C., Fernandez-Lafuente R. // Biotechnol. Adv. 2019. V. 37. P. 746. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019.04.003