Yandex.Metrika

    Информация о статье

    
    • Информация о статье
    • Об авторах
    • Список литературы

    Особенности гидролитической и ферментативной деструкции материалов на основе поливинилового спирта

    Авторы

    Студеникина Любовь Николаевна1, Домарева С Ю.2, Репин Павел Сергеевич3, Зуева Наталья Владимировна4, Матвеева Анна Владимировна5, Мельников Александр Александрович6
    3 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», Воронеж, Российская Федерация
    6 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных техноло- гий», Воронеж, Россия.

    Выпуск

    2022, 4

    Ключевые слова

    гидролиз, деструкция, композиты, ком- постируемый пластик, поливиниловый спирт, полисахариды, ферментативная обработка

    Аннотация

    Проведен аналитический обзор особенностей гидро - и биодеструкции поливиниловых спиртов (ПВС ). Иссле - довано поведение в водной среде ПВС двух торговых марок , отличающихся остаточным содержанием винил -ацетатных (ВА) групп и, как следствие , – степенью гидролиза , крахмалонапол - ненных композитов на их основе , а также модифицированного («сшитого ») борной кислотой ПВС с высоким содержанием ВА- групп . Установлено , что в естественных условиях окружающей среды (водная среда с t = 20 °С) подвергаются гидролитической деструкции только ПВС с высоким содержанием ВА-групп (более 10 – 15 %) и композиты на его основе . Поливиниловый спирт (ПВС ) давно применяется в различных отраслях промышленности и народного хозяйства , однако в последнее время привлекает исследователей в качестве перспективного материала для получения биоразлагаемых пластиков , так как это один из немногих синтетических полимеров , способных к гидролитической и ферментатив - ной деструкции . Преимуществом ПВС перед прочими биоразлагаемыми пластиками является также то, что он производится в РФ из отечественно - го сырья . Студеникина Любовь Николаевна – кандидат технических наук , доцент кафедры промышленной экологии , оборудования химических и нефтехимических производств , е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript.; Домарева Светлана Юрьевна – магистрант ; Репин Павел Сергеевич – кандидат технических наук , доцент кафедры промышленной экологии , обору - дования химических и нефтехимических производств ; Зуева Наталья Владимировна – кан- дидат технических наук , доцент кафедры технологии бродильных и сахаристых произ - водств ; Матвеева Анна Владимировна – студент ; Мельников Александр Александрович – студент , ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных техноло - гий», Воронеж , Россия . УНИВЕРСИТЕТ им. В.И. ВЕРНАДСКОГО . № 4(86). 2022. 35 Однако следует учитывать , что промышленность выпускает ПВС раз- личных марок , отличающихся молекулярной массой и остаточным содер - жанием винилацетатных групп (ВА-групп ), и, как следствие , степенью гидролиза и эффективностью биодеструкции [1]. Известно , что ПВС , содержащий до 5 % ВА-групп , набухает в холод - ной и растворяется в нагретой до 90…100 ° С воде ; 5 – 10 % – растворяется в воде при 65…85 ° С (как следствие , ПВС с содержанием ВА-групп ме- нее 10 % не способен к гидролизу в естественных природных условиях ); 10 – 15 % – растворяется при нагревании и частично при комнатной тем- пературе ; 15 – 25 % – при 20 °С (и соответственно может подвергаться гидролитической деструкции в условиях окружающей среды ) [2]. Поливиниловый спирт признан одним из очень немногих виниловых полимеров , подверженных окончательной биодеградации в присутствии акклиматизированных микроорганизмов [3]. Однако биодеструкция дан- ного полимера носит сложный характер и лимитируется некоторыми фак- торами . Авторы [4] делают вывод , что конечная биодеградация ПВС в значительной степени зависит от микробиоценоза окружающей среды , в которую он попадает . В работе [5] отмечено , что в незагрязненных ПВС природных средах адаптированные бактерии могут отсутствовать ; сделан вывод , что ПВС по существу не поддается естественному биологическому разложению . Имеются данные , что во многих случаях растворенный в го- родских канализационных стоках ПВС проходит через очистные сооруже - ния без изменений , однако если имеет место его постоянное поступление в аэротенки , то наблюдается адаптация микробиоценоза активного ила к данному веществу , например , в присутствии хорошо адаптированной микрофлоры очистных сооружений бумажной фабрики деградация ПВС протекала со скоростями , сопоставимыми с биодеструкцией целлюлозы [5]. Как и большинство полимеров (например , полиолефины , полистиро - лы и полиакрилаты ), ПВС имеет углерод -углеродную односвязную осно - ву. Однако он также обладает 1,3-диольной структурой , которая распро - странена в природных углеводах . Неудивительно , что биодеградация ПВС начинается путем ферментативной атаки на эти 1,3-диольные повторяю - щиеся единицы с помощью экзоферментов , с образованием смеси ацеток - си-гидрокси и гидрокси жирных кислот . При внутриклеточном фермента - тивном деацетилировании они могут быть дополнительно метаболизиро - ваны с помощью классического пути β-окисления и цикла Кребса . Данный механизм является общим для всех ПВС -деградирующих микроорганиз - мов [6]. Среди деградирующих штаммов многие виды можно найти в ро- дах Pseudomonas и Sphingomonas [7]. Таким образом , путь ферментативной биодеградации ПВС можно представить в виде цепочки : ПВС → кетоны , жирные кислоты , спирты → уксусная кислота , водород , углекислый газ, метан (либо минерализация ). В водных аэробных средах биодеградация ПВС происходит парал - лельно с его растворимостью в воде [8]. Авторы работы [9] продемонстри - ровали биоразлагаемость ПВС в анаэробных условиях , используя речные отложения и анаэробно обработанный активный ил, а полученный в ис- следовании [10] микробный консорциум был способен к деградации ПВС как в денитрифицирующих , так и аэробных условиях

    Как цитировать статью

    Студеникина Л. Н., Домарева С Ю. , Репин П. С., Зуева Н. В., Матвеева А. В., Мельников А. А. Особенности гидролитической и ферментативной деструкции материалов на основе поливинилового спирта // Вопросы современной науки и практики. — 2022. — № 4(86). — С. 034-044.

    Скачать PDF

    (Количество скачиваний:44)

    Скачать XML

    DOI:

    10.17277/voprosy.2022.04.pp.034-044

    Страницы:

    034-044

    Просмотров:

    42

    Студеникина Любовь Николаевна
    кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной экологии, оборудования химических и нефтехимических производств
    Домарева С Ю.
    Репин Павел Сергеевич
    ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»
    Воронеж, Российская Федерация
    кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры промышленной экологии и техносферной безопасности
    ORCID: 0000-0002-4110-2981
    Зуева Наталья Владимировна
    кан- дидат технических наук, доцент кафедры технологии бродильных и сахаристых произ- водств
    Матвеева Анна Владимировна
    студент
    Мельников Александр Александрович
    ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных техноло- гий», Воронеж, Россия.
    студент
    1. Особенности высоконаполненных композитов на основе различных марок поливинилового спирта / Л. Н. Студеникина, С. Ю. Домарева, Ю. Е. Голенских, А. В. Матвеева // Вестн. Воронежского гос. ун-та инженерных технологий. – 2021. – Т. 83, № 1 (87). – С. 316 – 322. doi: 10.20914/2310-1202-2021-1-316-322
    2. Справочник по пластическим массам : в 2 томах / Под ред. В. М. Катаева, В. А. Попова, В. И. Елисеева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Химия, 1975. – Т. 1. – 448 с.
    3. Biodegradability of Polyvinyl Alcohol Based Film Used for Liquid Detergent Capsules / D. Byrne, G. Boeije, I. Croft [et al.] // Tenside Surfactants Detergents. –
    4. – Vol. 58, No. 2. – P. 88 – 96. doi: 10.1515/tsd-2020-2326
    5. Biodegradation of Poly (vinyl alcohol) Based Materials / E. Chiellini, A. Corti, S. D’Antone, R. Solar // Progress in Polymer Science. – 2003. – Vol. 28, No. 6. – P. 963 – 1014. doi: 10.1016/S0079-6700(02)00149-1
    6. Julinová, M. Water-Soluble Polymeric Xenobiotics – Polyvinyl Alcohol and Polyvinylpyrrolidon – and Potential Solutions to Environmental Issues: A Brief Review / M. Julinová, L. Vańharová, M. Jurca // Journal of Environmental Management. – 2018. – Vol. 228. – P. 213 – 222. doi: 10.1016/j.jenvman.2018.09.010
    7. Solaro, R. Biodegradation of Poly(vinyl alcohol) with Different Molecular Weights and Degree of Hydrolysis / R. Solaro, A. Corti, E. Chiellini // Polymers for Advanced Technologies. – 2000. – Vol. 11, No. 8-12. – P. 873 – 878. doi: 10.1002/1099-1581(200008/12)11:8/12<873::AID-PAT35>3.0.CO;2-V
    8. Isolation and Characterization of a Novel Poly(Vinyl alcohol)-Degrading Bacterium, Sphingopyxis sp. PVA3 / A. Yamatsu, R. Matsumi, H. Atomi, T. Imanaka // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2006. – Vol. 72. – P. 804 – 811. doi: 10.1007/s00253-006-0351-4
    9. Oxo-Biodegradable Polymers – Effect of Hydrolysis Degree on Biodegradation Behaviour of Poly(Vinyl Alcohol) / E. Chiellini, A. Corti, G. Del Sarto, S. D’Antone // Polymer Degradation and Stability. – 2006. – Vol. 91, No. 12. – Р. 3397 – 3406. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2006.05.021
    10. Matsumura, S. Anaerobic Biodegradability of Polyvinyl Alcohol / S. Matsumura, H. Kurita, H. Shimokobe // Biotechnology Letters. – 1993. – Vol. 15, No. 7. – P. 749 – 754.
    11. Polyvinyl Alcohol Biodegradation under Denitrifying Conditions / H. Marušincová, L. Husárová, J. Ržička [et al.] // International Biodeterioration & Biodegradation. – 2013. – Vol. 84. – Р. 21 – 28. doi: 10.1016/J.IBIOD.2013.05.023
    12. Лазарева, Т. Г. Пленочные материалы на основе поливинилового спирта и поликислот / Т. Г. Лазарева, И. А. Ильющенко, И. Ф. Алимов // Высокомолеку- лярные соединения. Серия А. – 1994. – Т. 36, № 9. – С. 1481 – 1485.
    13. Моргачева, А. А. Гидрогели на основе модифицированного поливинило- вого спирта и модифицированного 2-гидроксиэтилкрахмала : автореф. дис. ... канд. хим. наук : 02.00.06 / А. А. Моргачева. – М., 2019. – 16 c.
    14. Крутько, Э. Т. Технология биоразлагаемых полимерных материалов : учеб.-метод. пособие / Э. Т. Крутько, Н. Р. Прокопчук, А. И. Глоба. – Минск : БГТУ, 2014. – 105 с.
    15. Влияние природы наполнителя на свойства композита «поливиниловый спирт : полисахарид» / Л. Н. Студеникина, В. И. Корчагин, В. О. Иушин, А. А. Мельников // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2021. – Т. 21, № 1. – С. 111 – 118. doi: 10.17308/sorpchrom.2021.21/3226
    16. Biodegradation of Polyvinyl Alcohol-Based Binary Composites / L. N. Studenikina, V. I. Korchagin, L. V. Popova, P. N. Savvin // Journal of Siberian Federal University Chemistry. – 2021. – Vol. 14, No. 1. – P. 111 – 119. doi: 10.17516/ 1998-2836-0221
    1

    Контакты

    Адрес: 392000, Тамбовская область, г.о. город Тамбов, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106/5, помещ. 2

    Телефон: +7(4752) 63 81 08

    E-mail: zhurnal_vsnip@mail.ru

    Сайт: ФГБОУ ВО «ТГТУ» Тамбовский государственный технический университет (tstu.ru)

    © 2026 Журнал «Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского». Издатель: ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет» (ТГТУ). Все права защищены.

    Please publish modules in offcanvas position.