ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ДЕСТРУКЦИИ ЛИГНИН-ЦЕЛЛЮЛОЗНОЙ БИОМАССЫ В ВОДНОЙ СРЕДЕ В ПРИСУТСТВИИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА

Виктор Иванович Лесин, Сергей Викторович Лесин

Аннотация


Формированию источника нефти - керогена предшествует стадия наземной деструкции органических веществ. В работе на примере древесных опилок в воде, где в качестве катализатора окислительного крекинга использовались наночастицы оксида железа, а в качестве окислителя перекись водорода, исследована кинетика деструкции лигнин-целлюлозной биомассы.Катализатор, представляющий наноразмерные частицы оксидов железа, полученные гидролизом соли хлорного железа в воде с примесью этанола, ранее был использован как для деструкции перекиси водорода, так и для окислительного крекинга различных видов органических веществ растительного происхождения, в том числе пальмового масла и лимонена. Выбор типа катализатора был обусловлен тем, что коллоидные частицы оксидов железа, как правило, присутствуют в воде и нефти в качестве микропримесей.Ранее было показано, что такой катализатор проявляет свойства природных ферментов и формирует каталитическую систему, которая способна изменять механизм окисления органических веществ в зависимости от состава среды. Однако регистрация изменений во времени состава реакционной среды, за исключением измерений концентрации перекиси водорода, не производилась.В работе обнаружено, что деструкция как биомассы, так и перекиси водорода, при температуре (60 оС) и атмосферном давлении вначале протекает с высокой скоростью, затем скорость падает практически до нуля на длительное время, порядка нескольких часов, после чего деструкция опять происходит с высокой скоростью. Величина pH водного раствора также остается постоянной при торможении распада перекиси и биомассы. В ходе деструкции содержание ряда органических кислот в реакционной смеси вначале растет, затем падает и остается постоянной в течение нескольких часов, затем снова растет по мере расходования субстрата-древесных опилок.Анализ данных позволяет высказать гипотезу о том, что такая S-образная зависимость потери биомассы во времени вызвана первоначальной деструкцией лигнина, покрывающего волокна целлюлозы, а затем перестройкой катализатора под действием продуктов распада лигнина.

Ключевые слова


кероген;биомасса;лигнин;целлюлоза;оксид железа;катализатор;органическая кислота;перекись водорода;вода;температура 60 °С;

Полный текст:

PDF

Литература


Lin S.S., Gurol M.D. Catalytic Decomposition of Hydrogen Peroxide on Iron Oxide: Kinetics, Mechanism, and Implications // Environmental Science and Technology. 1998. Vol. 32. P. 1417-1423. DOI: 10.1021/es970648k.

Kirk T.K., Farrell G. Enzymatic «Combustion»: The Microbial Degradation of Lignin // Annual Review of Microbiology. 1987. Vol. 41. P. 465-505. DOI: 10.1146/annurev.mi.41.100187.002341.

Kwan W.P., Voelker B.M. Decomposition of Hydrogene Peroxide and Organic Compaunds in the Presence of Iron and Ferrihydrite // Environtal Science and Technology. 2002. Vol. 36 (7). P. 1467-1476. DOI: 10.1021/es011109p.

Kersten P.J., Kirk T.K. Involvement of a New Enzyme, Glyoxal Oxidase, in Extracellular H2O2 Production by Phanerochaete Chrysosporium // Journal of Bacteriology. 1987. Vol. 169. Issue 5. P. 2195-2201. DOI: 10.1128/jb.169.5. 2195-2201.1987

Lesin V.I., Pisarenko L.M., Kasaikina O.T. Colloidal Catalysts Based on Iron (III) Oxides. 1. Decomposition of Hydrogen Peroxide // Colloid Journal. 2012. Vol. 74. Issue 1. P. 85-90. DOI: 10.1134/S1061933X12010103.

Pisarenko L.M., Lesin V.I., Kasaikina O.T. Oxidative Treatment оf Biomass using Catalysts based оn Iron (III) Oxides // Russian Chemical Bulletin. 2014. Vol. 63. Issue 3. P. 688-692. DOI: 10.1007/s11172-014-0492-z.

Kasaikina O.T., Pisarenko L.M., Lesin V.I. Colloidal Catalysts Based on Iron (III) Oxides. 2. Peculiarities of Catalyzed Oxidation of Palm Oil // Colloid Journal. 2012. Vol. 74. Issue 4. P. 483-488. DOI: 10.1134/S1061933X12040084.

Пат. 2425715 РФ, МПК B 01 J 37/04. Синтез многофункционального самонастраивающегося катализатора окислительного крекинга органического сырья и его применение / В.И. Лесин, Л.М. Писаренко, О.Т. Касаикина. 2010105825/04, Заявлено 19.02.2010; Опубл. 10.08.2011. Бюл. 22.

Nassar N.N., Hassan A., Carbognani L., Lopes-Linares F., Pereiro-Almeo P. Iron Oxide Nanoparticles for Rapid Adsorption and Enhanced Catalytic Oxidation of Thermally Cracked Asphaltens // Fuel. 2012. Vol. 95. P. 257-262. DOI: 10.1016/j.fuel.2011.09.022.

Nassar N.N., Hassan A., Pereiro-Almeo P. Comparative Oxidation of Adsorbed Asphaltens Onto Transition Metal Oxide Nanoparticles // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2011. Vol. 384. Issue 1-3. P. 145-149. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2011.03.049.

Лесин В.И. Физико-химический механизма действия магнитной обработки на процесс отложения парафинов в насосно-компрессорных трубах нефтяных скважин // Сетевое издание «Нефтегазовое дело». 2020. № 2. С. 99-121. URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/issues/2_2020/ogbus_ 2_2020_p99-121.pdf (дата обращения: 11.01.2021). DOI: 10.17122/ogbus-2020-2-99-121.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2021-2-97-114

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© 2021 УГНТУ.
Все права защищены.