Микробалдыр chlorella vulgaris
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 5
1. ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 6
1.1 Жасыл балдырларға сипаттама 6
1.2 Микробалдыр Chlorella vulgaris 14
1.3 Табиғи материалдардан көміртекті сорбенттерді алу 18
1.4 Өсімдіктердің өсуіне қолданатын биореттегіштердің сипаттамасы
23
2. МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ 27
2.1 Зерттеу материалдары 27
2.2 Зерттеу әдістері 28
3. НӘТИЖЕЛЕР МЕН ТАЛДАУЛАР 31
3.1 Өрік сүйектерінің негізінде көміртектелген сорбенттерді алу
процесін зерттеу 31
3.2 Биореттегішті тазарту және оның сипаттамасы 35
3.3 Нанокарбосорб бағанасы арқылы биореттегішті тазарту 37
3.4 Стресс жағдайларына өсімдіктердің төзімділігін арттыруға
Chlorella sp3 дақылдық тұнбасының әсерін зерттеу 40
ҚОРЫТЫНДЫ 43
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 44
КІРІСПЕ
Жұмыстың өзектілігі: Chlorella sp3 дақылдық тұнбасынан
биореттегішті бөліп алу, оның қасиеттерін зерттеу, жаңа биореттегішті
қолдану арқылы ауыл шаруашылыққа лайықты технологияларды шығару.
Жұмыстың мақсаттары мен міндеттері: Қазақстанда күннен-күнге
экологиялық жағдай күрделеніп бара жатыр. Оның негізгі себебі антропогендік
әсерлердің көбеюі. Мысалы: Арал аймағының құрғақтануы, сонымен қатар
өзендер мен суларды сапасыз пайдалануы, Қазақстан жерінде шөлейттену мен
тұздану процестері қарқынды жүреді. Сол себептен Қазақстандағы
экологиялық, климаттық жағдайлардың стрестік әсерін азайту үшін
биореттегіштерді қолдану керектігі сөзсіз. Биореттегіштерді қолдану арқылы
тұрақты өнімді алуға жол ашылады. Бірақ Қазақстанда осы күнге дейін
биореттегіштерді өте аз мөлшерде қолданады, осыған бас себеб, барлық
биореттегіштер шет елдерден үлкен бағамен әкелінеді және Қазақстанда
биореттегішті қолдану технологиялары енгізілмеген және дамымаған.
Осы себептен Қазақстан ғылымына үлкен мақсат қойылады, ол отандық жаңа
биореттегіштерді алу жолын табу және оларды қолдану технологияларын дамыту.
Мәселенің негізі ол биореттегіштердің шығу көздерін іздену.Осындай
биореттегіштерді алу мақсатында шығу көзі ретінде балдырларды қолдану өте
перспективті, себебі балдырлар аз уақытта биореттегіштерді көп мөлшерде
синтездейді .Осы барлық себептерден біздің шығару жұмысымыздің негізгі
мақсаты, микробалдыр Chlorella sp3 дақылдық тұнбасынан жаңа биореттегішті
алу жолын ашу. Осы мақсатқа жету үшін біз бір неше міндеттемелерді
алдымызға қойдық :
1. жаңа биореттегішті көп мөлшерде синтездейтін хлорелланың штамын
іріктеп іздену және оның оптималды өсу жағдайларын табу.
2. хлорелланың дақылдық тұнбасынан наноқұрылымдық құрылымдары бар
жаңа көмір сорбенті арқылы биореттегішті тазарту жолын шығару.
3. тазартылған биореттегіштің қасиеттерін зерттеу.
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1. 1 Жасыл балдырларға сипаттама
Бiр клеткалы балдырларды алғаш рет 1890 жылы Бейеринк зерттеп бiрнеше
альгологиялық таза балдыр түрлерiн бөлiп шығумен қатар олардың
биоэкологиялық ерекшелiктерiн зерттеген. Балдырлар жер жүзінде кең
тараған төменгі сатыдағы өсімдіктердің бір тобы. Балдырлардың түрлері
тұнған су қоймасымен, су ағындарында кездеседі. Судың, мөлдірлігінің
артуынан, олардың саны және су қоймаларын биологиялық жолмен суды
тазарту қызметін атқарады. Қазіргі кезде алдыңғы қатардағы әртүрлі
әдістердің көмегімен балдырлардың жаңа түрлері айқындала бастаған.
Қоршаған ортаның өзгерісіне шыдамдылығы сонша, кейбір түрлері 65-
850 C температураға дейінгі тіршілікке бейімділігін сақтайды.Төменгі
температурада, яғни қарлы тау жартастарында кездесетін балдырлар
түрлері де бар, балдырлар жылдар бойы әртүрлі климаттық жағдайларға
ұшырап, оларға төтеп береді.
Жасыл балдырлар гетеротрофты организмдермен бірге ластанған су
мен ағын суларды тазалауда белсенді қызмет атқарады. Осыған
байланысты су қоймаларында балдырлардың көптеген түрлерін
кездестіруге болады.
Балдырлардың ортаға бөлген сұйықтық құрамының қасиеті, яғни оның
өсүді жеделдету белсенділігінің болуы өте маңызды.
Әдебиеттерде балдырлардың кейбір түрлерінің физиологиясы жөнінде
айтарлықтай мәліметтер бар,бірақ біздің Қазақстанның су қоймаларында
тіршілік ететін балдырлар жан-жақты (олардың физиологиясы, генетикасы,
биохимиясы) зерттелмеген. Әсіресе жасыл микробалдырлардың өздері
өсетін ортаға бөлетін қосылыстардың құрамы, қасиеті, олардың өсу
процесстерін реттеуге маңызды, үлкен көңіл бөлетін мәселе.
Балдырлар өзі өсетін ортаға әртүрлі экзометаболиттер бөліп
шығарады.Қазіргі кезде оларды ортадан бөліп алып тазартып әртүрлі
салаларда: ауыл шаруашылығында,медицинада қолдану көзделіп отыр.
Балдырлар өзінің жоғары өнімділігімен және зат алмасу процессінде
жай азоттық қосылыстарды, минералды заттарды, көмір қышқыл газын
өзінің синтездеу қабілетімен, жоғары өнімді белоктарды, майды тез
сіңіру, көміртегі және әр-түрлі витаминдерді синтездеу қабілітіне ие.
Осындай қасиеттерге ие балдырларды түрлі халық шаруашылығы өндіріс
салаларында кеңінен қолданылып жатыр. Мысалы, жасыл микробалдырлардың
түрлерінің бірі- хлорелла, оны ауаны тазартуда, ластанған ағынды
суларды тазалауда, тұрмыстық-өндіріс қалдықтарын, азық-түлік
өндірісінде, фармацевтикада, мал азығында қолданады.
Балдырлардың ең негізгі қолданатын болашақ жолы - балдырлардың
дақылдық тұнбасынан жаңа физиологиялық активті заттарды алу. Қазіргі
заманғы ең болашағы зор нанотехнология әдістері арқылы сол заттарды таза
күйінде бөліп алу жолы ашылуда.
Жасыл балдырлар өте ертедегі хлорофил топтағыш организмдер
болғандықтан балдырлардың басты ерекшілігі , олардың клетка
құрылысында клетканың қарапайым жіктелуі, ядроларының болмауы,
прокариоттарға жатқызады. Әдетте, осындай олардың қасиеттері, хлорофилинің
болуы және фотосинтездің негізінде оттегінің бөлінуімен
сипатталынады .
Балдырлар тіршілігінде ортаға заттарының бөлінуінің маңызы зор.
Сондай-ақ, бұл олардың тіршіліктегі маңызды қызметі болып табылады.
Алмасу процессіндегі ортаға заттардың бөлінуі, сыртқы ортаның
әсерінен туындап отыр. Осыған байланысты бөліну және сіңіру
клеткамен сыртқы орта арасындағы зат алмасуды қамтамасыз ете
отырып,қоректік ортада органикалық заттардың бөлінуін анықтайды [ 1] .
Әр-түрлі метаболиттердің бөлінуінің биологиялық мәнін Г. Фогг
қоректік ортаны “дайындауға’’ балдырлардың қатысуымен еру, комплекстену
және элементтер қатарының қайта қалпына келуінен дайын экзогендік
компоненттер алуға болады деген [ 2 ] .
Өсу процессіндегі органикалық қосылыстардың бөлінуі және олардың
күрделенуі дәлелденген.Зерттеушілердің жұмыстарынан балдырлардың
көпшілік клеткаларды синтездеуінен,сыртқы ортаға заттар бөлініп
отырған. [3] .
Балдырлар арқылы бөлінген азотты заттардың үлесі 30-60 % дейін
жетеді. Клеткадан тыс метаболиттердің мөлшері фотосинтезді таза
тәуліктік өнімділігінің 40% жуығына жақындайды. Балдырлардың клеткадан
тыс метаболиттерінің құрамы алуан түрлі. Жасыл балдырлардың
экзометаболиттер есебіндегі белгілі топтары: аминқышқылдары, пептидтер,
көмірсулар, ұшқыш қосындылар, органикалық қосылыстар, терпендер,
витаминдер, фенолдар, индол және басқа қосылыстар. Балдырлар
клеткаларынан бөлінген заттар қоректік ортаға топталып, клеткалардың
өзіндік өсуін арттырады немесе тоқтатуы мүмкін. Балдырлар
культурасында өсудің тоқтауын ауто-ингибирлену немесе аутоонтогонизмі
ретінде қарастырады.[ 4 ] .
Табиғи жағдайда әртүрлі күрделілікпен заттардың бөлінүінен
балдырлар гидробионттармен аллелопатиялық қарым-қатынасқа түседі.
Балдырлардың микроорганизмдерге әсері туралы мәліметтер бар (олар
саңырауқұлақтар, су өсімдіктері, зоопланктон және ихтиофауна). Өсу
кезеңінде балдырлардың өсуі биотоптағы басқа организмдердің әсеріне
байланысты.
Экзометаболиттердің физиологиялық ролі алуан түрлі. Олар
альгицидтік,альгостатикалық және альгодинамикалық қызмет көрсете алады
[5 ] .
мөлшерінің өзгеруі әр-түрлі тербеліске ұшырайды. А.С.Сакевич
өзінің қызметкерлерімен бірге жасаған тәжрибесінен, клеткадан тыс
органикалық заттардың мөлшері Microsistis қоректік ортасына 16,96-
130,73 мгл шығаратыны есептеген, экспоненциалды өсу фазасында 258,60-
325,21 мгл өзгертіледі деп көрсетіледі. Сонымен бөліну және сіңіру
функциясының тәуліктік өзгеруіне физиологиялық өзгерістер- өсу, даму,
фотосинтез әсерін тигізеді.
Табиғи судағы ерігіш органикалық заттардың қосындысы күрделі
қоспалардан тұрады. Балдырлардың клеткадан тыс өнімдерінің химиялық
табиғатын үш топқа бөледі:
-Азоттық заттар алмасуының өнімдері.
- Көмірсулардың алмасуының өнімдері.
-Физиологиялық активті заттар.
Көпшілік ғалымдар азоттық заттардың бөлінуіне көңіл аударады,
себебі бұл қосылыстар көп мөлшерде сыртқы ортаға бөлініп отырады [
6 ] .
Азоттық заттардың алмасуының клеткадан тыс бөлінетін өнімдер:
төменгі молекулалық белоктар, полипептидтер және бос аминқышқылдар.
Бос аминқышқылдары экзометаболиттердің белгілі мөлшерін ғана құрайды.
Сыртқы ортаға балдырлар клеткасында, синтезделетін аминқышқылдары мен
пептидтерінің 45 пайызы ғана кіреді. Балдырлар сыртқы ортаға ірі
молекулалы белоктарды шығарады деген мәліметтер бар. Мысалы, екі ай
бойы өсіріліп жатқан Nostos mucorum дақылдық сұйықтықта активті
пероксидаза табылған, сонымен заттардың трансформациялық процесінде
маңызды роль атқаратыны дәлелденген.
Балдырлар клеткаларының ескі өсу ортасына қарағанда, жас қарқынды
өсетін клеткалардың өсу ортасындағы көмірсулардың мөлшері әлдеқайда
көп болған.
Әдебиеттердегі мәліметтерден көмірсулар мен азоттық заттардың
алмасуына өнімдері балдырлар клеткаларынан бөлінетін қосылыстардың
биологиялық активтілігін арттыратынын көруге болады. Мысалы,
хлорелладан бөлінген полинуклеотидпептид, балдырлар клеткаларының
бөлінуін ,оның дамуын тездете отырып,авто және зооспораның шығуының
тездетуге көмектеседі.
Жасыл балдырлардағы биологиялық активті қосылыстар жасыл
өсімдіктердің өсуіне әсер етеді. Балдырлардың ауыл шаруашылықтағы
өсімдіктер алқабына пайдаланғанда, олардың өсімін, түсімін арттырып,
дамуын тездетіп, өнімділігін жоғарылатқан.
Балдырлар – болашағы зор зерзат. Жер шарында, су қоймаларында топ-
топ болып таралып, өсіруге де оңай және көп шығында шығармайды.
Фототрофты микроорганизмдерді практикалық жағдайда қолданылу
мүмкіншілігі әр-түрлі. Балдырлар биомассасын қолдану аймағы негізінен:
оларды азық-түлікте,мал шаруашылығында жем ретінде, қажетті
метаболиттер түзіліуінде, топырақтың құнарлығын арттыруда, қоршаған
ортаны ластанудан сақтауда қолданылады.
Соңғы он жылдықта зерттеушілерге жоғары сатыдағы өсімдіктер мен
микробалдырларға көңіл аударып келеді. Олар автотрофты микроорганизмдер
фотосинтез есебінен ағындыларда оттегімен байытып тотығу процесін және
минералды органикалық қоспаларды жылдамдатады. Көптеген балдырлар минералды
заттармен сонымен қатар ағындылардағы қарапайым органикалық қосылыстармен
де қоректенеді. Олар азот, фосфор иондарын және биогенді элементтерді
жұтумен қатар кейбіреулері радионуклеидтерді, ауыр металдардың ионын
жинайды. Кейбір жұмыстарда балдырлар ауыр металдарды және радиоактивті
элементтерді жоғары жинау қабілетіне ие екенін келтірілген. Өндірістік
өнеркәсіптердің ағынды суларында өсіру суаттардың (Cd, Cu, Fe, Zn, Hd, Pb,
U және басқа) иондарды тазалау қабілеті бар [16 ] .
Жасыл балдырлардың СN – төзімді муттанттардың кейбір штамдары
өндірістік-өнеркәсіптердің суаттарында ционидтерді бұзуға жоғары қабілеті
бар. Ерекше көңіл аударатын жағдай ағынды суларда протококты балдырларды
дақылдау арқылы патогенді микроорганизмдердің жылдам жойылуына көз
жеткізуге болады.
Л. Б. Доливо-Добровольский, М.Г. Владимирова, А.С. Разумов және
басқалар (1988) биологиялық тоғандағанда балдырлардың өсуі бактероцидтік
эффект көрсететінін айтады. Авторлар олардың жойылуы протококты және басқа
балдырлардың қоршаған ортаға әртүрлі антибиотиктердің бөлуіне негізделген
[7,9] .
Соңғы уақыттарда арнайы тазалау ағындыларды орнату биологиялық
тоғандардарды ағынды суларды орнатуда қолдана бастады. Кейбір
зерттеушілердің пікірінше оларды тек қана индустриалды ағынды суларды
тазалау ғана емес, сонымен қатар қосымша орнатуларда алғашқы тазалау үшін
қолданады.
Ағынды сулардың фитапланктоны сапалық жағынан да алуан –түрлі.
Органикалық заттардың ластануы үшін эвгленалы, көк-жасыл, вольвоксты,
протококты және диатомды өкілдері тән. W. Oswald, Г.Г. Винверг және басқа
(1987) мәліметтері бойынша ағынды сулардан толған тоғандарда ең басты
протококты (Сhorella, Scenedesmus, Ankistrodesmus және басқа) жасыл және
жіпше тәрізді балдырлар дамиды.
Фотоавтотрофты организмдер соның ішінде микробалдырлар табиғаттың зат
айналымында қажетті орынға ие. Микробалдырлардың рөлі ауылшарушылықта, жеке
өнеркәсіптердің ағынды сулардың тотығуда, органо-минералды қоспалардың
айналуы және жұтуы осы суаттарда өсуі және оларды эколобиологиялық және
биохимиялық ерекшелігі ағынды сулардың ғылыми және практикалық жағынан
қажетті орынға ие.
Г.Г. Винверг және басқа Н.А. Мошкова, А.Ф. Бреинштейн тұрғын-тұрмыстық
және өндірістік ағынды суларда қолдану әртүлі микробалдырлардың жаппай
дақылдануына мүмкіндік туғызады. Әртүрлі балдырлар органикалық қалдықтардың
ортада дамуы және өсуі бір қалыпты емес. Микробалдырлардың дақылдау
сапробты дәрежесіне, сонымен қатар су ортасының заттың концентрациясының
және құрамының сипатына байланысты [8] .
Қызығы кейбір балдырлар гетеротрофты қоректенуіне тән. Оған көптеген
протококтар жатады. Балдырларды осылай қоректенуі қараңғыда өседі және
қөміртегі газсыз органикалық ортада өседі. Қазіргі кезде балдырларды
қолданыста кең мөлшерде өсіру (көбінше Chlorella) Россия, Чехия, Болгария,
Жапония, Мексика, Перу, Оңтүстік-Батыс Азия елдерінде жүргізіліп жатыр.
Көп елдерде хлорелланы кондитер өнімі өндірісінде қолданылады.
Жапонияда жыл сайын импортқа және экспортқа 8 млн. бутылка шамасында
арнайы сүт өнімдерін, әр бутылка құрамына 0,5 гр. Хлорелла болады.
Хлорелланы нан, балмұздақ және тағы басқа азық-түлікке қосады.
Хлорелладан жасалған препараттарды жалпы нығайтуда және
биостимулдеуші өнім ретінде қолданылады. Ең эффектісі тәулігіне 1,0-
2,0 г дозадан құрғақ биомассаны жүйке ауруына ұшыраған науқастарға
қабылдауына болады екен.
Чехияда микробалдырлардан ұнтақ,май мен спирт экстрактын, дәрі,
шам, т. б. жасайды. Бұл препараттар минералды және витаминдық
айналымды жақсылап қана қоймай және де қабынуға қарсы, ұлпалардың
бітуіне, шіру процесіндегі жағымсыз иістерді жоюда көмектеседі.
Құрамында хлорелла бар препараттар жараларды емдеуде, күйгенде,қабыну
процестерінде, шаштың тусуінде кеңінен қолданылады.
Әсіресе хлорелланы мал шаруашылығында витаминді-минералды азық-
жем есебінде қолданады. Хлорелланы малдарға азық-жемді Жапония, АҚШ,
Англия, Австралия, Польша, Чехия, Болгария елдерінде, ТМД елдерінен
Өзбекстан, Молдова, Украинада және тағы басқа республикаларда өсіріп
жатыр.
Көптеген балдырларды өсіруде әдеттегі минералды орта немесем
арнайы жасалған балансты құрылғыларды қолданады. Кейде биомасса
бағасын төмендету мақсатында пайда болған минералды тыңайтқышты
немесе табиғи минералды суды қолданады. Экономика жағынан тиымдысы,
бір неше ағынды суларды, сондайақ , қантты сулар және гидролиз
зауыттарының суын хлорелла өсіруіне пайдаланады. 60 жыл бұрын
балдырларды көптеп өсіру негізінен, көк- жасыл (Chlorella, Scenedesmus,
Ankistrodesmus) басталған.
Фототрофты балдырлар қолданыста пайдалануға арнайы тоғандарда,
бекітулі қондырғы аппараттарда сондайақ, жасанды жарықтықта қатал
бақылау жағдайында жүзеге асырылады.
Фототрофты балдырларды өсіру, әсіресе балдырларды ашық аспанда
(экстенсивті өсіру) жүргізіледі, ең бастысы биомасса алу мақсатында
және ағынды суларды тазалауда қолданылады [9].
Соңғы жылдарға дейін жер шарындағы халықтардың көбеюіне
байланысты, азық- түлікке қанағаттандырылуы өсіп келе жатыр, ең
негізгісі ауыл шаруашылығының өндірісі интенсификациясы есебінен.
Бұған қоса ғылым және техниканың жетісуіне байланысты жаңадан
өндірістері жолында құнды азықтық және жемдік заттарды алуға
мүмкіндіктер туды. Солайша, нәтижесінде күшті өндірістер жаратуда
микробиологиялық синтез адамдарға ,жануарларға белоктарды, амин
қышқылдарды және физиологиялық белсенді қосулыстарды қамтамасыз
етеді. Бұл құбылыстарда ең перспективті және экономды болып көптеген
микробалдырларды өсіруде микробиологиялық синтезден құнды органикалық
қосылыстарды жарық энергиясы және көмір қышқылдар есебінен көп
түрде жнзеге асыруға болады, сондайақ бұрыннан дәлелденген биосинтез
алуда гетеротрофты ларға қарағанда автотрофтылардан биомасса алу
өте нәтижелі болып келеді. Басты қызығушылықты протококкалы
микробалдырлар сондай-ақ хлорелла лайық бола алады, өзінің сирек
құрамына ие, өсіруде ерекше қиын талап қоймайды. Микробалдырлар
сонымен цианобактериялар, протококкалылар суда тіршілік ететін
ағзалардың негізгі қорегі болып келеді, түрлі суаттарда өнімділігі
жағынан басты роль атқарады, сонымен олар личинка, балықтардың ас-
қорыту жолдарының балансын устауда маңызды роль атқарады. Зерттеулер
нәтижесінде хлорелланың азғана жаңа биомассасы балықтың өсуіне,
жақсы биологиялық стимуляторы бола алады екен. Және мәлім болуынша
балдырлардың органикалық заттары гетеротрофты микроорганизмдерге
қолданады,олар топырақтың микробиологиялық белсенділігін жоғарылатады
және өнімділігін жоғарылатуға де әсер етеді.
Басты маңызды мәселелердің бірі табиғаттан бөліп алу,селекциялы
әдіспен жоғары формалы балдырлар алуда және олардың біріншілік
өнімділігіне баға беруде турлі зоналы станцияларда, түрлі климаттық
жағдайларда алып журіледі. Ерекше маңызды факттың бірі, бұл
жұмыстарды бірдей әдіспен стандартты жағдайларда жұмыс жасау
келісімділікпен қажет.
Балдырлардың және жоғары өсімдіктерді өнімділігін ( бидай, редиска,
жемдік бұршақ) энергетикалық бірдей жағдайларда теңестіргенде шамамен
фотосинтетикалық өнімділігін тең етіп көрсетті. Бірақ балдырлардың
клетчаткасы аз мөлшерді қурайды және белоктармен каротиноидтарды көп
жинайды [10].
Негізгі мәселелердің бірі балдырларды өсіруде олардан көп өнімді
биомасса алу мен олардан азық - жем алу мақсатында зерттеу
мумкіншіліктері қарастырылады. Осы мақсаттармен негізгі шарттарды
орындауда зерттеушілер (биореактор) қондырғылырды жасап, орнықтыруға
қаратылған, бұл қондырғыларда балдырлардың қарқынды өсуі қамтамасыз
етіледі сапалы белокты – витамин биомассасын алу мақсатында.
Қазіргі уақытта түрлі мемлекеттерде өндірістік құрылғылардың әр-
турлі типтегі балдырлар биомассасын алуда өндірістер негізінде
жасалынып жатыр. Біріншілерден болып Жапония зерттеушілері Tamiya
(1955) және Nakamura (1961). Олар домалақ ашық цементтелген бассейн-
дер диаметрі 3-20 м қалыңдықтағы балдырлардың 10-12 см қабатты
суспензиядан туратын қондырғыны ұсынды. Суспензияны араластыру насос
көмегімен жүзеге асырылады, ол бассейннен сұйықтықты алып, оны
құбырлар арқылы қайта әкеледі, тасталған суспензия реактиві
есебінен. Бұл типтегі қондырғыны қолдануда балдырлардың бір тәулікте
су бетінен 1м2лі -2-18,5 г құрғақ зат өнімділігі жоғарылады. АҚШ та
жіңішке қабатты, мөлдір полиэтиленді құбырлардан жасалған, жабық
сақина түріндегі қондырғы ұсынылған. Суспензияның көлемі 400 л.
Араластыруды циркуляциялы әдіспен, насос көмегімен жүргізіледі.
Көп жылдар бойы (1968 ж. Бастап) өндірістік қондырғыларды орнатуда
микробалдырларды өсіруде СССР дің Жоғары Ғылими Зерттеу Институтының
микробиология өндірісі бөлімінде биотехник мамандар жұмыс жасады.
Олардың жұмыс жасаған қондырғыларының бірі Андижан қаласында
гидролиз зауыты аймағында қурылған. Культиватор диаметрі 3 м, oл
цилиндр түрдегі герметикалық корпустан, түбі метал және төбесі
жарық өткізгіш мөлдір пластиктан немесе силикатты әйнектен турады
[11].
Балдырлардың биомассасын ашық аспанда өсіріп алуда қарапайым
және арзан құрылғылар қолданылады. Көбінесе олар домалақ немесе
тікбұрышты онша терең емес бассейндерден,сирек түрлі формалы
траншейлерден,лотоктар, цистерна, цементтелген немесе полиэтилен
пленкалармен төселген қандарғылардан турады. Өлшемдері қолданылу
аймақтарына байланысты түрліше болады, кіші молшерден улкенге дейін
1000-2000м2 ауданды болады. Бұл құрылғыларды жерде немесе үйдің
төбесіне жайғастырады. Алайда ашық культиваторларда балдырларды
өсіруде температураны реттеу қиын, сондықтан оларды аз булытты және
жауын- шашын жоқ аймақтарда өсіреді. Әдетте оларды тропиктік және
субтропиктерде өсіру ыңғайлы.Ащық түрде өсіргенде балдырлардың
тәуліктік өнімі 25-33 гр құрғақ массалы 1м2 ден аспайды. Негізінен
ашық түрде балдырлардың өсуіне кедергі жасайтын мәселелердің бірі
ауа райы жағдайының болмауынан тұрақты өнім алу мүмкіншілігі жоқ.
Бұл кемшіліктерді жоюда кейде табиғи жарығы бар жабық қорылғыларды
қолдынылады. Бұл кезде балдырларды мөлдір құбырларда немесе арнайы
жасалған культиваторларда өсіреді,оның ішінде температура, рН және
СО2 - нің берілуін қамтамасыз етілуін автоматты түрде қадағаланады.
Бұл жабық түрдегі құрылғылар балдырлардың өнімін 1,5-2,0 есе
жоғарылатуға мүмкіншілік береді. Балдырлардың өсу жылдамдығын
жоғарылатуда ортаға СО2 (1-5%) мен байытылған ауаны жібереді.
Болгария мен Венгрияда көптеп балдырларды өсіргенде көмір қышқылды
бұлақтарды қолданады және перспективті болып табиғи газбен жанған
өнімдерді немесе көміртегі диоксидін қолдану [12].
Балдырларды қарқынды өсіру арнайы жасалған күрделі конструкторлы
құрылғыларда жүреді,оларға күшті жарық көздері беретін және қоректік
ортаны автоматты түрде устайтын, рН -ы, температура, СО2-і
концентрациясы және дақылдың тығыздығы реттелінуі қондырғылардың
құрылысына байланысты периодтық, ағынды немесе комбинирленген өсіру
жүреді, өсіру процесі бір сатылы немесе көп сатылы болады.
Балдырлардың (мысалы: Chlorella штам К) жоғары өнімді штамдары
селекция немесе мутагенез жолы арқылы алынады. Қарқынды өсіруде
тәулігіне 1л ден 30-40 гр құрғақ масса алуға болады. Дегенмен элекро
энергия шығындарға байланысты, өнім бағасы анағурлым көп.
Жабық автоматты тәжрибелі қондырғылырда жасанды жарықпен
хлорелланың өнімділігі тәулігіне 100-140г құрғақ зат м2 ді құрайды.
Әдебиеттерде соңғы жылдары балдырлардан Chlorella vulgaris ке
назар аударылып жатыр. Оның биомассасы негізінде белоктар, витаминдер,
биологиялық белсенді заттарға бай және имуномодулдейтін, ісікке
қарсы және т. б. қасиеттерге ие. Оның медицинаға, ветеринарияға кең
спектрлі биопрепараттары жасалып жатыр. Хлорелласы бар негізгі
препараттарды профилактика үшін ғана емес, бәлкім және басқа
ауруларды емдеуде де ұсынылады. Хлорелланы өсіруде анықталуынша 1
жылда 128т белокга алуға болады екен. Бұл көрсеткіштер
микробалдырларды өсіру бидайды алқаптарға қарағанда өте тиымды
келеді екен.
Осыған байланысты Chlorella ны құнарлы ортада өсіру токсикасы
жоқ ағынды суларда, мысалы құс фабрикаларында өсіреді. Соңғы кезде
Chlorella биомассасын экстрактын микробиологиялық өндірістерде
қолданылу басталды, олардан құнарлы орта, яғни ашытқы және бір неше
бактерияларды өсіру үшін қолданылады.
Қазіргі кезде микробалдырларды маңызды масштабты мемлекеттерде
өсіріледі. Тайвань аралында хлорелла дақылын 30 жылдай жыл сайын
1,5 мың т. құрғақ биомасса береді. Малайзия және Филипинде азық-
түлік мақсатында жұмсауда жылына 500 т хлорелланы қолданады [ 13,14].
Сонымен, ағын суларды тазалау мақсатында альголизациялағанда
ластанудан оларды органо- минералды және бактериалды өндірістің жанама
әсерлерінен арзан және құнды биомассаларды алуға болады, олардан
жемдік қоспалар, мал шаруашылығында, құс, балық шаруашалығында, азот
құрамды препараттар алуда болады.
Полютантты ағын суларына байланысты микробалдырлардың биомассасы
суспензия түрінде немесе паста түрінде, алдын-ала детоксикацияланғаннан (
тұздарды жою, пастерлеу) кейінгі түрде болады.
Жоғарыда айтылғандардан көрініп турғандай, ластанған ағынды суларды
тазалауда альголизацияның перспективті қолданылуы дәлелденген. Бұл
технология бір жағынан поллютантты түрдегі ағындарды эффективті биотазалау
процесі жүргізсе, екінші жағынан ағын суларды қолдану көптеген фототрофты
балдырларді өсіру, қорек орта, олардан арзан биомасса алуда,белоктарға мол
,көміртегі және витаминдер алу мақсатында көзделген.
Айта кететін жағдай өнеркәсіптік өндірісте микробалдырларға тек
зерттеушілер және өндірістік фирмалар қызығады. Бұл микробалдырлардың
өнімділігін жаңа бағалы заттардың продуценттер медицинада азықтық
өнеркәсіптерде, ауыл шаруашылығында және басқа бағыттарда қолданады.
Балдырлардың көп қолданатын аймағы жануарлардың жемісінің сапасына және
жемдік қоспалардың рационы. Көптеген тәжірибелерде әртүрлі жануарларға
қолданған микробалдырларды мал шаруашылығында қолдану сапасы жағынан
белоққа, витаминге және физиологиялық активті заттар төзімділігін
жоғарлатып жануарлардың әртүрлі ауруларына бірінші орында авитаминозға
байланысты, өсуін және көбеюін жылдамдатып товарлы өнімділік сапасы және
көлемі жағынан жоғарлауы тиімді.
Микробалдырлар витаминнің қайнар көзі онда тиамин, рибофлавин, фоли,
никотин және аскорбин қышқылдарына, В-каротинге, микроэлементтерге және
басқа физиологиялық активті заттарға бай. Химиялық талдаулардың көрсетуінше
хлорелла клеткасында 17 ден 23 ге дейінгі түрлі амин қышқылдары, каротин,
келесі витаминдер : В, С, РР, Е балдырлардың құрамында табылады .Сол
себептен жасыл балдырларды мал азығына қолданады.
Хлорелланың құрамында 100г витаминнің болуы адамның тәуліктік
қажеттілігін қамтамасыз етеді. Сондықтан дәрігерлер жүрек және асқазан
ауыратытындарға райион ретінде енгізуге кеңес беріледі. Балдылардың
биомассасын ағындыларда полютанттары сипатына қарай паста немесе суспенсия
алғашқы өңделгеннен кейін (пастеризация, тұзы алынғн) түрінде қолданады.
1. 2 Микробалдыр Сhlorella
Сhlorella – протококкалар класына жататын бір клеткалы жасыл балдыр.
Оларды көбінесе ағынды сулардан, көлдерден, теңіздерден және топырақтан
кездестіруге болады [15].
Бұл бір клеткалы эукариоттық балдыр, ол жасыл балдырлар бөліміне
(Algae), тең жіпшелер класына (Isocontae), хлорококкалы қатарына
(Chloroccocales), хлорелла туысына (Chlorella) жатады. Клеткалар шартәрізді
формада, қабаттары тегіс екі жақты контурлы ажыратылған, диаметрі 15мкм-ден
аспайды. Құрамында хромотофоры тостаған тәрізді, ядросы бір клеткалы, бір
қалыңдау пиреноидты бөлікте. Клеткалық қабаты күрделі құрылысты. Сырты үш
қабатты – қабаты үш аминарлы компонентті екі жақты электронды тығыз аймақта
түзілген, электронды түссіз орталық зонада бітеді, Құрамында спорополлин
әртүрді ферменттік заттарда кездейсоқ әрекетке төзімді, ол бидайлардың
тозаңдарында және жоғары сатыдағы өсімдіктердің спорасында кездеседі. Ішкі
толық компонентінде целлюлозды микрофибриллалар бар [16].
Жыныстық көбеюі жоқ. Тек автоспоралы 4-8 клеткадан бөлініп көбейеді.
Хлорелланың автоспоролануында митозы дупликациялық өнімдер және олардың
көшуі ядроның қарама –қарсы полюстарында жылжиды. Аналық клеткасының
қабатында тек спорополикинді жұқа компоненті қалады, химиялық қатынасында
өте төзімді бірақ механикалық әрекеттері төзімсіз, олар қабықтарына шығып,
нормалды өлшемге дейін жетеді. Алғашқы аналық клеткада автоспораның түзілуі
морфологиялық және физиологиялық жағынан бір-біріне эквивалентті.
Автоспораның саны аналық клеткада әрдайым тұрақты бөлінеді. Егер 80% клетка
штамы 8 автоспорада бөлінсе онда 20% 2,4,16 автоспораға бөлінеді, бірақ бұл
толық сандық қатынасы әртүрлі болуы мүмкін, ол генотиптің дақылына, оның
жағдайы мен өсіру тәсіліне байланысты тәуелді болады.
Тұзды суларда , теңіздерде, көптеген жерүсті заттарда – ылғал жерлерде,
ағаш қабығында, тастарда кең таралған.
Хлорелла барлық жерлерде кездеседі, қоректену жағдайына тәуелді емес
және әрдайым интенсивті көбейеді. Бұл суларда қарапайым қоректенеді. Ол
қыналардың құрамында кіреді, әртүрлі гидробионттарда хлорелла түзіліп
симбиоз ретінде кіреді.
Соңғы жылдары адамзат әрекетінің өндірістік іс әрекетінің нәтижесінде
ортада құрамында әртүрлі ластанғандар деңгейі өмір сүретін организмдерге
қауіпі жоғарлап келеді. Бұл түрлі жеке ластаушылар механизмін және зиянды
қосылыстардың әсерін организмге қорғану әдістерін зерттеуге әкеледі. Бұл
қойылған мақсатты шешуге ластанған ортаны зерттеу объектісінің сапасы
ретінде хлорелланы қолдануға болады. Хлорелланың сондай-ақ әдістемелік
жұмыста бұл объектпен оңай және жақсы зерттелген, генетикалық біртекті
материалдар ретінде зерттеуге болады. Хлорелланың активті жасанды ортада
өсуі, жинау қабілетін қолдануға және ластаушыларға қолдану, сонымен қатар
балдырлардың фотосинтездік активтілігі, өндірістік және ауылшаруашылық ағын
суларды биологиялық тазалауға бағалы компонент ретінде үсынылады [17].
Қазіргі кезде оның 30-ға жуық түрі белгілі. Хлорелла пішіні шар
пішінді. Диаметрі 1,5-15 мкм дейін жетеді. Хлорелла балдырлары бір
клеткалы, бір клеткалы, колониалды және цнобиалды болып бөлінеді. Бұлардың
автоспоралар түзу арқылы көбейеді. Автоспоралардың саны хлореллалардың
түрлеіне байланысты әр түрлі болып келеді. Көбінесе 4,8,16 автоспоралар
түзеді.
Прококкалы балдырлар биомассасы құрамында: белок (40-55%) дейін,
көмірсулар (30-37%), майлар (5,7%), каротин (провитамин А 1500-200 мгкг
жуық), аскорбин қышқылы (1200-1500 мгк құрғақ зат) болады. Сонымен қатар
витаминдердің В,Е, РР топтары кездеседі [16,17].
Балдырлардың физиологиялық қоректенуінің негізгі мәселелері ең алдымен
клеткамен қоршаған орта минералды элементтерінің алмасуына байланысты.
Хайлов деректеріне қарағанда балдырлардың қоректенуіне органикалық
заттардың тигізетін әсері аз емес.
Бір клеткалы жасыл балдырлар хлорелла ауыл шаруашылығы өсімдіктері үшін
бағалы тыңайтқыш ретінде қолданылады. Оларды топыраққа енгізгенде
витаминдердің, амин қышқылдарының және де басқа да физиологиялық белсенді
заттардың көбеюіне, олардың органикалық заттардың жиналуына әсер етіп
биологиялық белсенділігін арттыратындығы және үлкен пайдалы екендігін
дәлелденді. Бірақ әлі осы уақытқа дейін хлотелланың дақ.сұйығынан
биореттегіштер табылмаған. Осы себептен Хлорелланың дақылдық сұйығынан
биореттегішті бөліп алу, оның қасиеттерін зерттеу, жаңа биореттегішті
қолдану арқылы ауыл шаруашылыққа лайықты технологияларды шығару мақсаты
қойылды. Хлорелла көмірсутектерге ( глюкоза мен фруктоза), майларға бай
(1, 2-кесте).
1 кесте.
Хлорелла құрамындағы аминқышқылдар
Жемдер Аминқышқылдар
лизин Метио Трип Арги Гисти Лей Треонин
нин тофан нин дин цин
Хлорелла 51,5 9,7 12,4 61,0 14,6 70,8 26,9
Люцернді шөп 10,1 2,0 3,1 8,3 4,7 18,8 6,2
ұнтағы
Шөп ұнтағы 6,2 2,6 2,6 1,1 14,2 4,4 19,4
Бұршақ дәні 13,4 2,6 1,1 14,2 7,6 20,5 8,4
Күнбағыс 24,3 7,6 - 18,3 - 42,9 9,2
Балық ұнтағы 49,3 13,5 - 42,4 12,3 93,6 25,4
Етті ұн 21,3 5,5 - 2,5 8,1 39,2 11,4
Жұмыртқа 8,2 4,3 2,1 8,2 3,0 19,5 7,1
2 кесте.
Хлорелла құрамындағы витаминдер
Жемдер Құрамында 1кг
Каротин Витаминдер
(мг)
D(ME) B1 B2 B12
Хлорелла 1600 1000 10 300 240 дейін
Жайылымдық 50 - 1 2,0 -
Щөптер
Люцерн шөбі 60 - 1,5 4,0 --
Беде
Люцерн ұнтағы 180 - 3 1,0 -
Силос шөбі 15 100 дейін 0,6 1,0 1,0
Сұлы - - 4,3 0,6 -
1 сурет. Chlorella- sp
1. 3 Табиғи материалдардан карбонизделген сорбенттерді алу
Қазіргі кезде көміртекті сорбенттерді қолданудың негізгі бағыттары
адсорбциялық тазалау, бөлу, бөліп алу, газды және сұйық орталарда
концентрациялау технологиялық процестерімен байланысты. Көміртекті
сорбентердің экологиялық проблемеларды шешудегі ролі артуда: ауыз суы
мен ағын суларды тазалауда, өндіріс, өнеркәсіп және энергетикадан шығатын
газдарды тазалауға қолданылады. Көміртекті сорбенттерді медицина мен
фармацевтикада қолдану ауқымы кеңейтілуде . Мысалы, көміртекті
гемосорбенттерді аурулардың қанын тазартуға, ал энтеросорбенттерді
организмдегі зиянды заттар мен микробтардан тазарту мақсатында қолданады
[24].
Өнеркәсіпте әзірге кеңінен қолданыс таппай тұрған дәстүрлі емес
шикізат ретінде өнеркәсіп қалдықтарына жататын әртүрлі жемістердің
сүйектері (өрік, шие, жүзім) және әртүрлі жаңғақтардың қабықтары
қолданылады. Еуропаның бірқатар өндірушілері сапалы, берік, активті
көмірді кокос және орман жаңғақтарынан және Жерорта теңізінің бойындағы
елдердегі зәйтүн майы өндірісінің қалдығы болып келетін – зәйтүн
сүйектерінен алады [ 25].
Сол себепті соңғы жылдары әртүрлі жаңғақтардың қабықтары мен
жеміс сүйектерінен алынатын көміртекті адсорбенттерге деген қызығушылық
артуда [26,27 ]. Себебі бұл материалдар синтетикалық полимерлер мен
табиғи көмір сияқты активті көмірді (АК) алатын дәстүрлі ізашарларға
қарағанда анағұрлым арзан. Бірақ әлі күнге дейін активті көмірді сүйек
шикізатынан, соның ішінде грек жаңғағы қабығынан (ГЖҚ) [25] алып, дайын
өнімнің шығу деңгейін жоғарылатып, активті көміртегінің құрылымдық
сорбциялық сипатын жақсарту жолдары актуалды болып отыр.
Активті көмірді алуға қолданылатын бастапқы органикалық
материалдардан үш топқа бөлүге болады :
1 ) өсімдік және жануар шикізаты. Оның ішіне әртүрлі тұқымдас
ағаш сүректері, жоңқалар, қағаз өндірісінің қалдықтары, жеміс сүйектері,
жаңғақ қабықтары , былғары өнеркәсібінің қалдықтары- жануарлардың қаны
мен сүйектері т. б. кіреді.
2 ) минералды шикізат, атап айтқанда: торф, қоңыр және тас көмір ,
антрацит, шайыр, кокс , мұнай өнімдері т. б. жатады.
3 ) синтетикалық шайырлар мен полимерлер.
Активті көмірді алудың алғашқы кезеңі бастапқы шикізатты ауаның
қатысуынсыз 400-500 0 C температурасында термиялық өңдеуден өткізетін
көміртектендіру процесі. Осы көміртектендірудің нәтижесінде алынатын
шикізат- көмірдің сорбциялық қасиеті байқалмайды , себебі оның саңылаулары
нашар дамыған немесе пиролиздің жоғары молекулалық өнімдерімен (
шайырлар) бекітілген болады. Көміртектендіру процесінің жүру сипаты мен
шикізат- көмірдің қасиеттерінің бастапқы шикізат пен термиялық өңдеу
тәртібіне тәуелді екендігі мәлім. Мысал ретінде ағаш сүректерінің
материалдарына көміртектендіру процестерінің физика-химиялық ерекшеліктерін
қарастыруға болады. [28].
Жұмыстарда [29,30] көміртекті сорбенттердің қасиеттерін жақсарту,
шығу көлемі мен алынатын активті көмірдің анағұрлым дамыған саңылаулы
(кеуек) құрылымын алу үшінбастапқы целлюлозалық материалдарды өнімнің шығу
көлемін артыруды жүзеге асыратын, антипирен мен көміртектендіру және
дегидротация процестерінің катализаторы қызметін атқаратын неорганикалық
тұздардың ерітінділерімен өңдейді,
Целлюлозалық материалдарға әсер ету арқылы кеуекті құрылымы мен
соның негізінде алынатын активті көмірдің шығу көлемін ұлғайту әдістерінің
бірі – алдын-ала тотықтыру [31,32]. Бұл жерде оттегінің сыртқы агент
ретіндегі әсерін, яғни оттегі шамадан артық болған жағдайда полимердің
толығымен жанып кететінін термоөңдеу кезінде материалдың құрылымының
қалаыптасуына қатысатын әсерін және полимердің элементтік бөлігінің
құрамына енетін оттегінің әсерінен ажырата білу қажет. Соңғы жағдайда
оттегі көміртегі материалының молекулалық құрылымын қалыптастыратын, ішкі
және молекулааралық байланыстардағы көлденең , аралық көпірлердің түзілүіне
қатысады. [33 ].
Белгілі бір тәжрибелік мақсатты орындау үшін адсорбентті таңдау
алдында оның кеуекті құрылымы жайлы мәліметтерді білудің үлкен маңызы
бар.Сорбентті дұрыс таңдау үшін алдын-ала оның саңылауларының радиусы
енгізілетін сорбаттардың молекулалық мөлшеріне сәйкес келе ме , осы
затардың сорбент гранулаларының ішіне жылдам енуін қамтамасыз ете ала ма,
соны білу керек.
Сорбенттің кеуекті құрылымын толық талдау үшін физикалық және
физико- химиялық әдістер комплексін: оптикалық және электрондық микроскопия
, рентген құрылымдық анализ, адсорбциялық әдістер, гидродинамикалық әдіс
және сынап порометриясы әдістері (Бутырин ,1976 ) пайдаланады.
Қазіргі уақытта жалпылама қолданылатын классификация ( Дубинин
,1971, 1972) бойынша саңылаулар өзінің көлеміне байланысты микросаңылаулар
және макросаңылаулар болып бөлінеді. Микросаңылауларға радиусы 15 A –дан
аспайтын саңылаулар жатады. Микросаңылаулардың адсорбциялық потенциалы
көршілес қабырғалардың адсорбциялық потенциалдарының үстіне қосылуына
байланысты анағұрлым жоғары болады. Сондықтан микросаңылаулардан өтетін
молекулалардың адсорбциялық сәйкестігі мезо- және макросаңылауларда
фиксацияланатын молекулалармен салыстырғанда біршама жоғары болады [34].
Микросаңылаулы активті көмірді биологиялық сұйықтардағы молекулалық
массасы төмен өнімдері атап айтқанда: креатинин, алифатикалық
оксиқышқылдар , аминқышқылдары, несеп қышқылы т.б. бөліп шығару мақсатында
қолдануға болады [33 ] .
Осы типтес біртекті саңылаулы сорбенттерді қолдану активті
көмірлердегі сорбцияның селективтілігі проблемасын шешуге жол ашады.
Себебі үлкенірек молекулалар ( гормондар , витаминдер, полипептидтер )
микросаңылаулардан өте алмайды , сондықтан олардың көп мөлшерде
сіңірілуіне кедергі келтіріледі
Активті көмірлердегі карбонизацияланбаған түрдегі құрамында
көміртегі бар әртүрлі шикізаттардан немесе көмір және кокстан алады.
Активтендірудің негізгі принципі – құрамында көміртегі бар материалды
белгілі бір жағдайда селективті термиялық өңдеуден өткізеді. Соның
нәтижесінде көптеген кеуектер, саңылаулар пайда болып, саңылаулардың
беттік ауданы масса бірлігіне ұлғаяды. Техникада активтендірудің химиялық
және парогаздық әдістері қолданылады.
Химиялық активтендіру кезінде бастапқы шикізат көзі ретінде
негізінен карбонизацияланбаған өнімдер (мысалы, ағаш жоңқалары, торф )
қолданылады . Олардың неорганикалық активтендіруші агенттерімен қоспасы
жоғары температурада өңдеуден өтеді. Активтендіруші агенттерге суды
құрғататын заттар : мырыш хлориді мен фосфор қышқылы жатады [35 ] .
Парогаздық активтендіруде шикізат көзі ретінде
карбонизацияланған табиғи материалдар : ағаш көмірі , торфтық кокс , кокос
жаңғағының қабығынан алынған көмір , тас көмір, қоңыр көмірден алынған
кокс қолданылады . Осы өнімдерден активтену қабілетін арттыратын
маңызды фактор – ұшқыш компоненттердің мөлшері. Егер оның мөлшері аз
болса, активтену қиын жүреді немесе мүлдем болмайды . Оған мысал
ретінде графитті алуға болады. Ұшқыш компоненттердің мөлшері көбейген
кезде реактивтілік пропорционалды түрде жоғарылайды . Алайда, егер
реактивтілігі аса жоғары болса, мысалы қоңсіген және біріккен тас
көмірлерде , онда активтендіру деңгейі төмендеуі мүмкін [36 ] .
Газдармен активтендіру үшін әдетте оттегі (ауа),су буы және
көміртегі диоксиді қоданылады . Ауамен активтендіру таңдамалы түрде
жүреді, алайда гранулалардың сыртынан күйіп кету қаупы бар . Сондықтан
су буы мен көміртегі диоксидін қолдану тиімді болып табылады [37]
.
Техникалық тұрғыдан реакция жылдамдығын жоғарылату үшін, осы
газдарды қолданған кезде 800- 10000 C температура қажет. Сондықтан
процесті жүргізу үшін арнайы құрал- жабдықтар : шахталық, айналмалы , көп
сорелі пештер , жылжымалы қабаттары бар реакторлар және т. б.
аппараттар қажет. Қажетті құрал- жабдықты таңдау бастапқы материалды
бөлшектеудің деңгейіне және көмірді қай формада алу керектігіне -
ұнтақ тәрізді , түйіршік немесе қалып тәрізді форманың қайсысын
таңдауға байланысты. Айналмалы пештер әмбебап болғандықтан , оларды
жиі пайдаланады [38 ] .
Құрамында көміртегі бар материалды активтендіру барысында қатты
заттың массасы азаяды. Оптималды жағдайда бұл кеуектіліктің көбеюіне
эквивалентті болады. Осы кезде салмақты өлшеу әдісі арқылы көмірдің
активтенуінің жоғарылауына баға беруге болады [37, 38 ] .
Көмірдің активтенуіне микросаңылаулар маңызды рол атқарады. Бұл
саңылаулардың диаметрі ( 2 нм ) адсорцияланатын молекулалардың
мөлшерімен өлшемдес келеді. Микросаңылаулар активті көмірдің ішкі
бетінің негізгі бөлігін дамытуды қамтамасыз етеді. Бұлардан басқа
көмірдің құрамында ауыспалы (мезо-) саңылаулар , диаметрі 2- 50 нм
және ірірек келетін макросаңылаулар болады.
Кеуекті көміртекті материалдарды басында ағаш сүрегін , кейін
тас көмірді термиялық өңдеу арқылы алған. Қазір олар құрамында
көміртегі бар шикізаттардың көп түрлерінен өндіріледі : ағаш сүрегі мен
целлюлоза, тас көмір және қоңыр көмір, торф, мұнай мен таскөмір
пектерінен, синтетикалық полимер материалдары , сұйық және газ тәрізді
көмірсутектер әртүрлі органикалық қалдықтар т. б. [ 39 ] .
Кеуекті көміртекті материалдардың құрылысы күрделі, негізінен
көміртекті микрокристалиттерден құрылады. Шығу тегі табиғи және
синтетикалық көмірлерде көміртегінің микрокристалиттері ретсіз
орналасады және турбостраттық құрылым құрайды [32].
Газификациялаудың жиі қолданылатын моделдерінде кеуек үлгісі
кеңістікте ретсіз орналасқан белгілі – бір геометриялық құрылымдық
элементтерден құрылатындығын болжамдайды [37]. Олар ретсіз орналасқан
кеуектер моделдері деп аталатын классты құрайды . Активті көмірдің
көлемінде және бетінде де негізгі құрылымдық элементтің графиттің
кристал торларының құрамдас бөлігі - конденсецияланған аромат сақиналары
жүйесі құрайды . Онда үш валентті көміртегі көршілес берік, толығымен
қаныққан 6 – байланыстарымен байланысқан, ал төртінші П–электрон
делокализацияланған және қабаттасқан байланыстар жүйесі бойынша
оңай орын ауыстырып жүре алады. Заңдылық бойынша бағытталған графиттік
құрылымдарда көміртегі атомдары негізінен sp2 – гибридтік күйде болады,
қабат аралық қашықтық 3, 35 A – ды құрайды. Активті көмірге тән
турбостратты ( ретсіз қабатталған ) күйдегі құрылым графиттегіден
ерекшеленеді . Мұнда элементаралық қабаттар арасында қатаң жиілік жоқ,
олардың бір – бірлерімен ара қашықтығы біркелкі емес және орташа
мөлшерде 3, 44 A маңында ауытқып тұрады.
Активті көмірлердің үлестік бетінің көлемдері жоғары болады ( 500
1000 м2 \ г –ға дейін және одан жоғары ) Бұл сорбенттердің полидисперсті
құрылымы әдетте жақсы дамыған болады. Алайда арнайы синтездеу арқылы
қажетті көлемдегі радиусы бар кішкене саңылаулы нұсқаларды алуға болады.
Көмірдің кеуектілігін сипаттау үшін [38,40] сорбциялық , электронды
микроскопиялық әдістер қолданылады.
Тәжрибеде жиі пайдаланылатын АК- лердің саңылаулары үш түрлі
болады - микросаңылаулар радиусы ~ 1000 -2000 A 0 , мезосаңылаулар
радиусы 15- 16- дан 1000-2000 A0 – ге дейін және микросаңылаулар радиусы
10-15 А0- ден төмен.
Олар әртүрлі саңылаулар біртұтас тармақталып жүйені құрайды. Онда
мезосаңылаулар макросаңылаулардың тармағы, ал мткросаңылаулар
мезосаңылаулар жүйесін жалғасы болып табылады, 1г АК –дің саңылауларының
жалпы көлемінің 0,2- 0,5 см3 г – ы микросаңылаулар , 0, 02 – 0,1 см3 г
- ы мезосаңылаулар ( үлкен молекулаларды сіңіруге арналған көмірлерді 0,7
см3 г –ға дейін) , микросаңылаулар- 0,15 – 0,60 см3 г – ды құрайды .
Үлестік беті ( S ) негізінен макро- және мезосаңылаулар арқылы қамтамасыз
етіледі, ал микросаңылаулардың беті жайлы ұғымның ешқандай мәні жоқ.
Активті көмірдің беті геометриялық және энергетикалық тұрғыдан
қарағанда біртекті емес келеді. Көміртегі атомдары бет жағында көлемдік
фаза атомдарынан қарағанда басқадай электрондық күйде болады, әсіресе
көмірдегі кристалдардық торлардың ақауы бар жерлер мен кристалиттердің
қырлары мен қабырғаларында.Бұндай атомдарда бос валенттіліктің болуы
басқа, әртүрлі заттармен химиялық және сорбциялық өзара әсерлесуді
жеңілдетеді [35] .
Саңылаулы көміртегі материалы графиттің құрылымына ұқсас құралған
конструкция болып табылады. Алайда онда көміртегі сақиналары –
гексагондардың реттелген және ретсіз аймақтары кезектесіп орналасқан.
Саңылаулы көміртегі материалы графитпен айырмашылығы, онда бос саңылаулы
кеңістік болады . Ол бір- бірімен өзара байланысқан, әртүрлі көлеммен
пішіндегі кеңейген және таралған үш өлшемді лабиринт түрінде көрсеткен.
Макросаңылаулар ( көлемі 2 нм ) , мезосаңылаулар ( 2 ден - 50 нм – ге
дейін ) және макросаңылаулар ( көлемі 50 нм ) болып бөлінеді.
Микросаңылаулардың ішіндегі супермикросаңылаулардың көлемі 0,7 -2 нм және
ультрамикросаңылаулардың көлемі 0,6 -0,7 нм болады [ 36 ] .
Саңылауларының болуы арқасында саңылулы көміртегі материалының
үлестік беті үлкен болады.Саңылаулы көміртегі материалының әртүрлі
молекулаларды адсорбциялау қасиеті, оның бетінің құрылысы, табиғаты және
беттік реакцияға түсуге қабілетті топтардың концентрациясына байланысты.
Реакцияға түсуге қабілетті топтарға құрамында оттегі бар функционалдық
топтар жатады: фенолдық ( гидроксилді), карбонил (хиноидты),
карбоксил,эфир, енол, лактон топтары. Олар көміртегі материалының бетін
тотықтыра өңдеу нәтижесінде түзіледі.
Көміртегі сорбенттерін қоршаған ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ 5
1. ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 6
1.1 Жасыл балдырларға сипаттама 6
1.2 Микробалдыр Chlorella vulgaris 14
1.3 Табиғи материалдардан көміртекті сорбенттерді алу 18
1.4 Өсімдіктердің өсуіне қолданатын биореттегіштердің сипаттамасы
23
2. МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ 27
2.1 Зерттеу материалдары 27
2.2 Зерттеу әдістері 28
3. НӘТИЖЕЛЕР МЕН ТАЛДАУЛАР 31
3.1 Өрік сүйектерінің негізінде көміртектелген сорбенттерді алу
процесін зерттеу 31
3.2 Биореттегішті тазарту және оның сипаттамасы 35
3.3 Нанокарбосорб бағанасы арқылы биореттегішті тазарту 37
3.4 Стресс жағдайларына өсімдіктердің төзімділігін арттыруға
Chlorella sp3 дақылдық тұнбасының әсерін зерттеу 40
ҚОРЫТЫНДЫ 43
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 44
КІРІСПЕ
Жұмыстың өзектілігі: Chlorella sp3 дақылдық тұнбасынан
биореттегішті бөліп алу, оның қасиеттерін зерттеу, жаңа биореттегішті
қолдану арқылы ауыл шаруашылыққа лайықты технологияларды шығару.
Жұмыстың мақсаттары мен міндеттері: Қазақстанда күннен-күнге
экологиялық жағдай күрделеніп бара жатыр. Оның негізгі себебі антропогендік
әсерлердің көбеюі. Мысалы: Арал аймағының құрғақтануы, сонымен қатар
өзендер мен суларды сапасыз пайдалануы, Қазақстан жерінде шөлейттену мен
тұздану процестері қарқынды жүреді. Сол себептен Қазақстандағы
экологиялық, климаттық жағдайлардың стрестік әсерін азайту үшін
биореттегіштерді қолдану керектігі сөзсіз. Биореттегіштерді қолдану арқылы
тұрақты өнімді алуға жол ашылады. Бірақ Қазақстанда осы күнге дейін
биореттегіштерді өте аз мөлшерде қолданады, осыған бас себеб, барлық
биореттегіштер шет елдерден үлкен бағамен әкелінеді және Қазақстанда
биореттегішті қолдану технологиялары енгізілмеген және дамымаған.
Осы себептен Қазақстан ғылымына үлкен мақсат қойылады, ол отандық жаңа
биореттегіштерді алу жолын табу және оларды қолдану технологияларын дамыту.
Мәселенің негізі ол биореттегіштердің шығу көздерін іздену.Осындай
биореттегіштерді алу мақсатында шығу көзі ретінде балдырларды қолдану өте
перспективті, себебі балдырлар аз уақытта биореттегіштерді көп мөлшерде
синтездейді .Осы барлық себептерден біздің шығару жұмысымыздің негізгі
мақсаты, микробалдыр Chlorella sp3 дақылдық тұнбасынан жаңа биореттегішті
алу жолын ашу. Осы мақсатқа жету үшін біз бір неше міндеттемелерді
алдымызға қойдық :
1. жаңа биореттегішті көп мөлшерде синтездейтін хлорелланың штамын
іріктеп іздену және оның оптималды өсу жағдайларын табу.
2. хлорелланың дақылдық тұнбасынан наноқұрылымдық құрылымдары бар
жаңа көмір сорбенті арқылы биореттегішті тазарту жолын шығару.
3. тазартылған биореттегіштің қасиеттерін зерттеу.
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1. 1 Жасыл балдырларға сипаттама
Бiр клеткалы балдырларды алғаш рет 1890 жылы Бейеринк зерттеп бiрнеше
альгологиялық таза балдыр түрлерiн бөлiп шығумен қатар олардың
биоэкологиялық ерекшелiктерiн зерттеген. Балдырлар жер жүзінде кең
тараған төменгі сатыдағы өсімдіктердің бір тобы. Балдырлардың түрлері
тұнған су қоймасымен, су ағындарында кездеседі. Судың, мөлдірлігінің
артуынан, олардың саны және су қоймаларын биологиялық жолмен суды
тазарту қызметін атқарады. Қазіргі кезде алдыңғы қатардағы әртүрлі
әдістердің көмегімен балдырлардың жаңа түрлері айқындала бастаған.
Қоршаған ортаның өзгерісіне шыдамдылығы сонша, кейбір түрлері 65-
850 C температураға дейінгі тіршілікке бейімділігін сақтайды.Төменгі
температурада, яғни қарлы тау жартастарында кездесетін балдырлар
түрлері де бар, балдырлар жылдар бойы әртүрлі климаттық жағдайларға
ұшырап, оларға төтеп береді.
Жасыл балдырлар гетеротрофты организмдермен бірге ластанған су
мен ағын суларды тазалауда белсенді қызмет атқарады. Осыған
байланысты су қоймаларында балдырлардың көптеген түрлерін
кездестіруге болады.
Балдырлардың ортаға бөлген сұйықтық құрамының қасиеті, яғни оның
өсүді жеделдету белсенділігінің болуы өте маңызды.
Әдебиеттерде балдырлардың кейбір түрлерінің физиологиясы жөнінде
айтарлықтай мәліметтер бар,бірақ біздің Қазақстанның су қоймаларында
тіршілік ететін балдырлар жан-жақты (олардың физиологиясы, генетикасы,
биохимиясы) зерттелмеген. Әсіресе жасыл микробалдырлардың өздері
өсетін ортаға бөлетін қосылыстардың құрамы, қасиеті, олардың өсу
процесстерін реттеуге маңызды, үлкен көңіл бөлетін мәселе.
Балдырлар өзі өсетін ортаға әртүрлі экзометаболиттер бөліп
шығарады.Қазіргі кезде оларды ортадан бөліп алып тазартып әртүрлі
салаларда: ауыл шаруашылығында,медицинада қолдану көзделіп отыр.
Балдырлар өзінің жоғары өнімділігімен және зат алмасу процессінде
жай азоттық қосылыстарды, минералды заттарды, көмір қышқыл газын
өзінің синтездеу қабілетімен, жоғары өнімді белоктарды, майды тез
сіңіру, көміртегі және әр-түрлі витаминдерді синтездеу қабілітіне ие.
Осындай қасиеттерге ие балдырларды түрлі халық шаруашылығы өндіріс
салаларында кеңінен қолданылып жатыр. Мысалы, жасыл микробалдырлардың
түрлерінің бірі- хлорелла, оны ауаны тазартуда, ластанған ағынды
суларды тазалауда, тұрмыстық-өндіріс қалдықтарын, азық-түлік
өндірісінде, фармацевтикада, мал азығында қолданады.
Балдырлардың ең негізгі қолданатын болашақ жолы - балдырлардың
дақылдық тұнбасынан жаңа физиологиялық активті заттарды алу. Қазіргі
заманғы ең болашағы зор нанотехнология әдістері арқылы сол заттарды таза
күйінде бөліп алу жолы ашылуда.
Жасыл балдырлар өте ертедегі хлорофил топтағыш организмдер
болғандықтан балдырлардың басты ерекшілігі , олардың клетка
құрылысында клетканың қарапайым жіктелуі, ядроларының болмауы,
прокариоттарға жатқызады. Әдетте, осындай олардың қасиеттері, хлорофилинің
болуы және фотосинтездің негізінде оттегінің бөлінуімен
сипатталынады .
Балдырлар тіршілігінде ортаға заттарының бөлінуінің маңызы зор.
Сондай-ақ, бұл олардың тіршіліктегі маңызды қызметі болып табылады.
Алмасу процессіндегі ортаға заттардың бөлінуі, сыртқы ортаның
әсерінен туындап отыр. Осыған байланысты бөліну және сіңіру
клеткамен сыртқы орта арасындағы зат алмасуды қамтамасыз ете
отырып,қоректік ортада органикалық заттардың бөлінуін анықтайды [ 1] .
Әр-түрлі метаболиттердің бөлінуінің биологиялық мәнін Г. Фогг
қоректік ортаны “дайындауға’’ балдырлардың қатысуымен еру, комплекстену
және элементтер қатарының қайта қалпына келуінен дайын экзогендік
компоненттер алуға болады деген [ 2 ] .
Өсу процессіндегі органикалық қосылыстардың бөлінуі және олардың
күрделенуі дәлелденген.Зерттеушілердің жұмыстарынан балдырлардың
көпшілік клеткаларды синтездеуінен,сыртқы ортаға заттар бөлініп
отырған. [3] .
Балдырлар арқылы бөлінген азотты заттардың үлесі 30-60 % дейін
жетеді. Клеткадан тыс метаболиттердің мөлшері фотосинтезді таза
тәуліктік өнімділігінің 40% жуығына жақындайды. Балдырлардың клеткадан
тыс метаболиттерінің құрамы алуан түрлі. Жасыл балдырлардың
экзометаболиттер есебіндегі белгілі топтары: аминқышқылдары, пептидтер,
көмірсулар, ұшқыш қосындылар, органикалық қосылыстар, терпендер,
витаминдер, фенолдар, индол және басқа қосылыстар. Балдырлар
клеткаларынан бөлінген заттар қоректік ортаға топталып, клеткалардың
өзіндік өсуін арттырады немесе тоқтатуы мүмкін. Балдырлар
культурасында өсудің тоқтауын ауто-ингибирлену немесе аутоонтогонизмі
ретінде қарастырады.[ 4 ] .
Табиғи жағдайда әртүрлі күрделілікпен заттардың бөлінүінен
балдырлар гидробионттармен аллелопатиялық қарым-қатынасқа түседі.
Балдырлардың микроорганизмдерге әсері туралы мәліметтер бар (олар
саңырауқұлақтар, су өсімдіктері, зоопланктон және ихтиофауна). Өсу
кезеңінде балдырлардың өсуі биотоптағы басқа организмдердің әсеріне
байланысты.
Экзометаболиттердің физиологиялық ролі алуан түрлі. Олар
альгицидтік,альгостатикалық және альгодинамикалық қызмет көрсете алады
[5 ] .
мөлшерінің өзгеруі әр-түрлі тербеліске ұшырайды. А.С.Сакевич
өзінің қызметкерлерімен бірге жасаған тәжрибесінен, клеткадан тыс
органикалық заттардың мөлшері Microsistis қоректік ортасына 16,96-
130,73 мгл шығаратыны есептеген, экспоненциалды өсу фазасында 258,60-
325,21 мгл өзгертіледі деп көрсетіледі. Сонымен бөліну және сіңіру
функциясының тәуліктік өзгеруіне физиологиялық өзгерістер- өсу, даму,
фотосинтез әсерін тигізеді.
Табиғи судағы ерігіш органикалық заттардың қосындысы күрделі
қоспалардан тұрады. Балдырлардың клеткадан тыс өнімдерінің химиялық
табиғатын үш топқа бөледі:
-Азоттық заттар алмасуының өнімдері.
- Көмірсулардың алмасуының өнімдері.
-Физиологиялық активті заттар.
Көпшілік ғалымдар азоттық заттардың бөлінуіне көңіл аударады,
себебі бұл қосылыстар көп мөлшерде сыртқы ортаға бөлініп отырады [
6 ] .
Азоттық заттардың алмасуының клеткадан тыс бөлінетін өнімдер:
төменгі молекулалық белоктар, полипептидтер және бос аминқышқылдар.
Бос аминқышқылдары экзометаболиттердің белгілі мөлшерін ғана құрайды.
Сыртқы ортаға балдырлар клеткасында, синтезделетін аминқышқылдары мен
пептидтерінің 45 пайызы ғана кіреді. Балдырлар сыртқы ортаға ірі
молекулалы белоктарды шығарады деген мәліметтер бар. Мысалы, екі ай
бойы өсіріліп жатқан Nostos mucorum дақылдық сұйықтықта активті
пероксидаза табылған, сонымен заттардың трансформациялық процесінде
маңызды роль атқаратыны дәлелденген.
Балдырлар клеткаларының ескі өсу ортасына қарағанда, жас қарқынды
өсетін клеткалардың өсу ортасындағы көмірсулардың мөлшері әлдеқайда
көп болған.
Әдебиеттердегі мәліметтерден көмірсулар мен азоттық заттардың
алмасуына өнімдері балдырлар клеткаларынан бөлінетін қосылыстардың
биологиялық активтілігін арттыратынын көруге болады. Мысалы,
хлорелладан бөлінген полинуклеотидпептид, балдырлар клеткаларының
бөлінуін ,оның дамуын тездете отырып,авто және зооспораның шығуының
тездетуге көмектеседі.
Жасыл балдырлардағы биологиялық активті қосылыстар жасыл
өсімдіктердің өсуіне әсер етеді. Балдырлардың ауыл шаруашылықтағы
өсімдіктер алқабына пайдаланғанда, олардың өсімін, түсімін арттырып,
дамуын тездетіп, өнімділігін жоғарылатқан.
Балдырлар – болашағы зор зерзат. Жер шарында, су қоймаларында топ-
топ болып таралып, өсіруге де оңай және көп шығында шығармайды.
Фототрофты микроорганизмдерді практикалық жағдайда қолданылу
мүмкіншілігі әр-түрлі. Балдырлар биомассасын қолдану аймағы негізінен:
оларды азық-түлікте,мал шаруашылығында жем ретінде, қажетті
метаболиттер түзіліуінде, топырақтың құнарлығын арттыруда, қоршаған
ортаны ластанудан сақтауда қолданылады.
Соңғы он жылдықта зерттеушілерге жоғары сатыдағы өсімдіктер мен
микробалдырларға көңіл аударып келеді. Олар автотрофты микроорганизмдер
фотосинтез есебінен ағындыларда оттегімен байытып тотығу процесін және
минералды органикалық қоспаларды жылдамдатады. Көптеген балдырлар минералды
заттармен сонымен қатар ағындылардағы қарапайым органикалық қосылыстармен
де қоректенеді. Олар азот, фосфор иондарын және биогенді элементтерді
жұтумен қатар кейбіреулері радионуклеидтерді, ауыр металдардың ионын
жинайды. Кейбір жұмыстарда балдырлар ауыр металдарды және радиоактивті
элементтерді жоғары жинау қабілетіне ие екенін келтірілген. Өндірістік
өнеркәсіптердің ағынды суларында өсіру суаттардың (Cd, Cu, Fe, Zn, Hd, Pb,
U және басқа) иондарды тазалау қабілеті бар [16 ] .
Жасыл балдырлардың СN – төзімді муттанттардың кейбір штамдары
өндірістік-өнеркәсіптердің суаттарында ционидтерді бұзуға жоғары қабілеті
бар. Ерекше көңіл аударатын жағдай ағынды суларда протококты балдырларды
дақылдау арқылы патогенді микроорганизмдердің жылдам жойылуына көз
жеткізуге болады.
Л. Б. Доливо-Добровольский, М.Г. Владимирова, А.С. Разумов және
басқалар (1988) биологиялық тоғандағанда балдырлардың өсуі бактероцидтік
эффект көрсететінін айтады. Авторлар олардың жойылуы протококты және басқа
балдырлардың қоршаған ортаға әртүрлі антибиотиктердің бөлуіне негізделген
[7,9] .
Соңғы уақыттарда арнайы тазалау ағындыларды орнату биологиялық
тоғандардарды ағынды суларды орнатуда қолдана бастады. Кейбір
зерттеушілердің пікірінше оларды тек қана индустриалды ағынды суларды
тазалау ғана емес, сонымен қатар қосымша орнатуларда алғашқы тазалау үшін
қолданады.
Ағынды сулардың фитапланктоны сапалық жағынан да алуан –түрлі.
Органикалық заттардың ластануы үшін эвгленалы, көк-жасыл, вольвоксты,
протококты және диатомды өкілдері тән. W. Oswald, Г.Г. Винверг және басқа
(1987) мәліметтері бойынша ағынды сулардан толған тоғандарда ең басты
протококты (Сhorella, Scenedesmus, Ankistrodesmus және басқа) жасыл және
жіпше тәрізді балдырлар дамиды.
Фотоавтотрофты организмдер соның ішінде микробалдырлар табиғаттың зат
айналымында қажетті орынға ие. Микробалдырлардың рөлі ауылшарушылықта, жеке
өнеркәсіптердің ағынды сулардың тотығуда, органо-минералды қоспалардың
айналуы және жұтуы осы суаттарда өсуі және оларды эколобиологиялық және
биохимиялық ерекшелігі ағынды сулардың ғылыми және практикалық жағынан
қажетті орынға ие.
Г.Г. Винверг және басқа Н.А. Мошкова, А.Ф. Бреинштейн тұрғын-тұрмыстық
және өндірістік ағынды суларда қолдану әртүлі микробалдырлардың жаппай
дақылдануына мүмкіндік туғызады. Әртүрлі балдырлар органикалық қалдықтардың
ортада дамуы және өсуі бір қалыпты емес. Микробалдырлардың дақылдау
сапробты дәрежесіне, сонымен қатар су ортасының заттың концентрациясының
және құрамының сипатына байланысты [8] .
Қызығы кейбір балдырлар гетеротрофты қоректенуіне тән. Оған көптеген
протококтар жатады. Балдырларды осылай қоректенуі қараңғыда өседі және
қөміртегі газсыз органикалық ортада өседі. Қазіргі кезде балдырларды
қолданыста кең мөлшерде өсіру (көбінше Chlorella) Россия, Чехия, Болгария,
Жапония, Мексика, Перу, Оңтүстік-Батыс Азия елдерінде жүргізіліп жатыр.
Көп елдерде хлорелланы кондитер өнімі өндірісінде қолданылады.
Жапонияда жыл сайын импортқа және экспортқа 8 млн. бутылка шамасында
арнайы сүт өнімдерін, әр бутылка құрамына 0,5 гр. Хлорелла болады.
Хлорелланы нан, балмұздақ және тағы басқа азық-түлікке қосады.
Хлорелладан жасалған препараттарды жалпы нығайтуда және
биостимулдеуші өнім ретінде қолданылады. Ең эффектісі тәулігіне 1,0-
2,0 г дозадан құрғақ биомассаны жүйке ауруына ұшыраған науқастарға
қабылдауына болады екен.
Чехияда микробалдырлардан ұнтақ,май мен спирт экстрактын, дәрі,
шам, т. б. жасайды. Бұл препараттар минералды және витаминдық
айналымды жақсылап қана қоймай және де қабынуға қарсы, ұлпалардың
бітуіне, шіру процесіндегі жағымсыз иістерді жоюда көмектеседі.
Құрамында хлорелла бар препараттар жараларды емдеуде, күйгенде,қабыну
процестерінде, шаштың тусуінде кеңінен қолданылады.
Әсіресе хлорелланы мал шаруашылығында витаминді-минералды азық-
жем есебінде қолданады. Хлорелланы малдарға азық-жемді Жапония, АҚШ,
Англия, Австралия, Польша, Чехия, Болгария елдерінде, ТМД елдерінен
Өзбекстан, Молдова, Украинада және тағы басқа республикаларда өсіріп
жатыр.
Көптеген балдырларды өсіруде әдеттегі минералды орта немесем
арнайы жасалған балансты құрылғыларды қолданады. Кейде биомасса
бағасын төмендету мақсатында пайда болған минералды тыңайтқышты
немесе табиғи минералды суды қолданады. Экономика жағынан тиымдысы,
бір неше ағынды суларды, сондайақ , қантты сулар және гидролиз
зауыттарының суын хлорелла өсіруіне пайдаланады. 60 жыл бұрын
балдырларды көптеп өсіру негізінен, көк- жасыл (Chlorella, Scenedesmus,
Ankistrodesmus) басталған.
Фототрофты балдырлар қолданыста пайдалануға арнайы тоғандарда,
бекітулі қондырғы аппараттарда сондайақ, жасанды жарықтықта қатал
бақылау жағдайында жүзеге асырылады.
Фототрофты балдырларды өсіру, әсіресе балдырларды ашық аспанда
(экстенсивті өсіру) жүргізіледі, ең бастысы биомасса алу мақсатында
және ағынды суларды тазалауда қолданылады [9].
Соңғы жылдарға дейін жер шарындағы халықтардың көбеюіне
байланысты, азық- түлікке қанағаттандырылуы өсіп келе жатыр, ең
негізгісі ауыл шаруашылығының өндірісі интенсификациясы есебінен.
Бұған қоса ғылым және техниканың жетісуіне байланысты жаңадан
өндірістері жолында құнды азықтық және жемдік заттарды алуға
мүмкіндіктер туды. Солайша, нәтижесінде күшті өндірістер жаратуда
микробиологиялық синтез адамдарға ,жануарларға белоктарды, амин
қышқылдарды және физиологиялық белсенді қосулыстарды қамтамасыз
етеді. Бұл құбылыстарда ең перспективті және экономды болып көптеген
микробалдырларды өсіруде микробиологиялық синтезден құнды органикалық
қосылыстарды жарық энергиясы және көмір қышқылдар есебінен көп
түрде жнзеге асыруға болады, сондайақ бұрыннан дәлелденген биосинтез
алуда гетеротрофты ларға қарағанда автотрофтылардан биомасса алу
өте нәтижелі болып келеді. Басты қызығушылықты протококкалы
микробалдырлар сондай-ақ хлорелла лайық бола алады, өзінің сирек
құрамына ие, өсіруде ерекше қиын талап қоймайды. Микробалдырлар
сонымен цианобактериялар, протококкалылар суда тіршілік ететін
ағзалардың негізгі қорегі болып келеді, түрлі суаттарда өнімділігі
жағынан басты роль атқарады, сонымен олар личинка, балықтардың ас-
қорыту жолдарының балансын устауда маңызды роль атқарады. Зерттеулер
нәтижесінде хлорелланың азғана жаңа биомассасы балықтың өсуіне,
жақсы биологиялық стимуляторы бола алады екен. Және мәлім болуынша
балдырлардың органикалық заттары гетеротрофты микроорганизмдерге
қолданады,олар топырақтың микробиологиялық белсенділігін жоғарылатады
және өнімділігін жоғарылатуға де әсер етеді.
Басты маңызды мәселелердің бірі табиғаттан бөліп алу,селекциялы
әдіспен жоғары формалы балдырлар алуда және олардың біріншілік
өнімділігіне баға беруде турлі зоналы станцияларда, түрлі климаттық
жағдайларда алып журіледі. Ерекше маңызды факттың бірі, бұл
жұмыстарды бірдей әдіспен стандартты жағдайларда жұмыс жасау
келісімділікпен қажет.
Балдырлардың және жоғары өсімдіктерді өнімділігін ( бидай, редиска,
жемдік бұршақ) энергетикалық бірдей жағдайларда теңестіргенде шамамен
фотосинтетикалық өнімділігін тең етіп көрсетті. Бірақ балдырлардың
клетчаткасы аз мөлшерді қурайды және белоктармен каротиноидтарды көп
жинайды [10].
Негізгі мәселелердің бірі балдырларды өсіруде олардан көп өнімді
биомасса алу мен олардан азық - жем алу мақсатында зерттеу
мумкіншіліктері қарастырылады. Осы мақсаттармен негізгі шарттарды
орындауда зерттеушілер (биореактор) қондырғылырды жасап, орнықтыруға
қаратылған, бұл қондырғыларда балдырлардың қарқынды өсуі қамтамасыз
етіледі сапалы белокты – витамин биомассасын алу мақсатында.
Қазіргі уақытта түрлі мемлекеттерде өндірістік құрылғылардың әр-
турлі типтегі балдырлар биомассасын алуда өндірістер негізінде
жасалынып жатыр. Біріншілерден болып Жапония зерттеушілері Tamiya
(1955) және Nakamura (1961). Олар домалақ ашық цементтелген бассейн-
дер диаметрі 3-20 м қалыңдықтағы балдырлардың 10-12 см қабатты
суспензиядан туратын қондырғыны ұсынды. Суспензияны араластыру насос
көмегімен жүзеге асырылады, ол бассейннен сұйықтықты алып, оны
құбырлар арқылы қайта әкеледі, тасталған суспензия реактиві
есебінен. Бұл типтегі қондырғыны қолдануда балдырлардың бір тәулікте
су бетінен 1м2лі -2-18,5 г құрғақ зат өнімділігі жоғарылады. АҚШ та
жіңішке қабатты, мөлдір полиэтиленді құбырлардан жасалған, жабық
сақина түріндегі қондырғы ұсынылған. Суспензияның көлемі 400 л.
Араластыруды циркуляциялы әдіспен, насос көмегімен жүргізіледі.
Көп жылдар бойы (1968 ж. Бастап) өндірістік қондырғыларды орнатуда
микробалдырларды өсіруде СССР дің Жоғары Ғылими Зерттеу Институтының
микробиология өндірісі бөлімінде биотехник мамандар жұмыс жасады.
Олардың жұмыс жасаған қондырғыларының бірі Андижан қаласында
гидролиз зауыты аймағында қурылған. Культиватор диаметрі 3 м, oл
цилиндр түрдегі герметикалық корпустан, түбі метал және төбесі
жарық өткізгіш мөлдір пластиктан немесе силикатты әйнектен турады
[11].
Балдырлардың биомассасын ашық аспанда өсіріп алуда қарапайым
және арзан құрылғылар қолданылады. Көбінесе олар домалақ немесе
тікбұрышты онша терең емес бассейндерден,сирек түрлі формалы
траншейлерден,лотоктар, цистерна, цементтелген немесе полиэтилен
пленкалармен төселген қандарғылардан турады. Өлшемдері қолданылу
аймақтарына байланысты түрліше болады, кіші молшерден улкенге дейін
1000-2000м2 ауданды болады. Бұл құрылғыларды жерде немесе үйдің
төбесіне жайғастырады. Алайда ашық культиваторларда балдырларды
өсіруде температураны реттеу қиын, сондықтан оларды аз булытты және
жауын- шашын жоқ аймақтарда өсіреді. Әдетте оларды тропиктік және
субтропиктерде өсіру ыңғайлы.Ащық түрде өсіргенде балдырлардың
тәуліктік өнімі 25-33 гр құрғақ массалы 1м2 ден аспайды. Негізінен
ашық түрде балдырлардың өсуіне кедергі жасайтын мәселелердің бірі
ауа райы жағдайының болмауынан тұрақты өнім алу мүмкіншілігі жоқ.
Бұл кемшіліктерді жоюда кейде табиғи жарығы бар жабық қорылғыларды
қолдынылады. Бұл кезде балдырларды мөлдір құбырларда немесе арнайы
жасалған культиваторларда өсіреді,оның ішінде температура, рН және
СО2 - нің берілуін қамтамасыз етілуін автоматты түрде қадағаланады.
Бұл жабық түрдегі құрылғылар балдырлардың өнімін 1,5-2,0 есе
жоғарылатуға мүмкіншілік береді. Балдырлардың өсу жылдамдығын
жоғарылатуда ортаға СО2 (1-5%) мен байытылған ауаны жібереді.
Болгария мен Венгрияда көптеп балдырларды өсіргенде көмір қышқылды
бұлақтарды қолданады және перспективті болып табиғи газбен жанған
өнімдерді немесе көміртегі диоксидін қолдану [12].
Балдырларды қарқынды өсіру арнайы жасалған күрделі конструкторлы
құрылғыларда жүреді,оларға күшті жарық көздері беретін және қоректік
ортаны автоматты түрде устайтын, рН -ы, температура, СО2-і
концентрациясы және дақылдың тығыздығы реттелінуі қондырғылардың
құрылысына байланысты периодтық, ағынды немесе комбинирленген өсіру
жүреді, өсіру процесі бір сатылы немесе көп сатылы болады.
Балдырлардың (мысалы: Chlorella штам К) жоғары өнімді штамдары
селекция немесе мутагенез жолы арқылы алынады. Қарқынды өсіруде
тәулігіне 1л ден 30-40 гр құрғақ масса алуға болады. Дегенмен элекро
энергия шығындарға байланысты, өнім бағасы анағурлым көп.
Жабық автоматты тәжрибелі қондырғылырда жасанды жарықпен
хлорелланың өнімділігі тәулігіне 100-140г құрғақ зат м2 ді құрайды.
Әдебиеттерде соңғы жылдары балдырлардан Chlorella vulgaris ке
назар аударылып жатыр. Оның биомассасы негізінде белоктар, витаминдер,
биологиялық белсенді заттарға бай және имуномодулдейтін, ісікке
қарсы және т. б. қасиеттерге ие. Оның медицинаға, ветеринарияға кең
спектрлі биопрепараттары жасалып жатыр. Хлорелласы бар негізгі
препараттарды профилактика үшін ғана емес, бәлкім және басқа
ауруларды емдеуде де ұсынылады. Хлорелланы өсіруде анықталуынша 1
жылда 128т белокга алуға болады екен. Бұл көрсеткіштер
микробалдырларды өсіру бидайды алқаптарға қарағанда өте тиымды
келеді екен.
Осыған байланысты Chlorella ны құнарлы ортада өсіру токсикасы
жоқ ағынды суларда, мысалы құс фабрикаларында өсіреді. Соңғы кезде
Chlorella биомассасын экстрактын микробиологиялық өндірістерде
қолданылу басталды, олардан құнарлы орта, яғни ашытқы және бір неше
бактерияларды өсіру үшін қолданылады.
Қазіргі кезде микробалдырларды маңызды масштабты мемлекеттерде
өсіріледі. Тайвань аралында хлорелла дақылын 30 жылдай жыл сайын
1,5 мың т. құрғақ биомасса береді. Малайзия және Филипинде азық-
түлік мақсатында жұмсауда жылына 500 т хлорелланы қолданады [ 13,14].
Сонымен, ағын суларды тазалау мақсатында альголизациялағанда
ластанудан оларды органо- минералды және бактериалды өндірістің жанама
әсерлерінен арзан және құнды биомассаларды алуға болады, олардан
жемдік қоспалар, мал шаруашылығында, құс, балық шаруашалығында, азот
құрамды препараттар алуда болады.
Полютантты ағын суларына байланысты микробалдырлардың биомассасы
суспензия түрінде немесе паста түрінде, алдын-ала детоксикацияланғаннан (
тұздарды жою, пастерлеу) кейінгі түрде болады.
Жоғарыда айтылғандардан көрініп турғандай, ластанған ағынды суларды
тазалауда альголизацияның перспективті қолданылуы дәлелденген. Бұл
технология бір жағынан поллютантты түрдегі ағындарды эффективті биотазалау
процесі жүргізсе, екінші жағынан ағын суларды қолдану көптеген фототрофты
балдырларді өсіру, қорек орта, олардан арзан биомасса алуда,белоктарға мол
,көміртегі және витаминдер алу мақсатында көзделген.
Айта кететін жағдай өнеркәсіптік өндірісте микробалдырларға тек
зерттеушілер және өндірістік фирмалар қызығады. Бұл микробалдырлардың
өнімділігін жаңа бағалы заттардың продуценттер медицинада азықтық
өнеркәсіптерде, ауыл шаруашылығында және басқа бағыттарда қолданады.
Балдырлардың көп қолданатын аймағы жануарлардың жемісінің сапасына және
жемдік қоспалардың рационы. Көптеген тәжірибелерде әртүрлі жануарларға
қолданған микробалдырларды мал шаруашылығында қолдану сапасы жағынан
белоққа, витаминге және физиологиялық активті заттар төзімділігін
жоғарлатып жануарлардың әртүрлі ауруларына бірінші орында авитаминозға
байланысты, өсуін және көбеюін жылдамдатып товарлы өнімділік сапасы және
көлемі жағынан жоғарлауы тиімді.
Микробалдырлар витаминнің қайнар көзі онда тиамин, рибофлавин, фоли,
никотин және аскорбин қышқылдарына, В-каротинге, микроэлементтерге және
басқа физиологиялық активті заттарға бай. Химиялық талдаулардың көрсетуінше
хлорелла клеткасында 17 ден 23 ге дейінгі түрлі амин қышқылдары, каротин,
келесі витаминдер : В, С, РР, Е балдырлардың құрамында табылады .Сол
себептен жасыл балдырларды мал азығына қолданады.
Хлорелланың құрамында 100г витаминнің болуы адамның тәуліктік
қажеттілігін қамтамасыз етеді. Сондықтан дәрігерлер жүрек және асқазан
ауыратытындарға райион ретінде енгізуге кеңес беріледі. Балдылардың
биомассасын ағындыларда полютанттары сипатына қарай паста немесе суспенсия
алғашқы өңделгеннен кейін (пастеризация, тұзы алынғн) түрінде қолданады.
1. 2 Микробалдыр Сhlorella
Сhlorella – протококкалар класына жататын бір клеткалы жасыл балдыр.
Оларды көбінесе ағынды сулардан, көлдерден, теңіздерден және топырақтан
кездестіруге болады [15].
Бұл бір клеткалы эукариоттық балдыр, ол жасыл балдырлар бөліміне
(Algae), тең жіпшелер класына (Isocontae), хлорококкалы қатарына
(Chloroccocales), хлорелла туысына (Chlorella) жатады. Клеткалар шартәрізді
формада, қабаттары тегіс екі жақты контурлы ажыратылған, диаметрі 15мкм-ден
аспайды. Құрамында хромотофоры тостаған тәрізді, ядросы бір клеткалы, бір
қалыңдау пиреноидты бөлікте. Клеткалық қабаты күрделі құрылысты. Сырты үш
қабатты – қабаты үш аминарлы компонентті екі жақты электронды тығыз аймақта
түзілген, электронды түссіз орталық зонада бітеді, Құрамында спорополлин
әртүрді ферменттік заттарда кездейсоқ әрекетке төзімді, ол бидайлардың
тозаңдарында және жоғары сатыдағы өсімдіктердің спорасында кездеседі. Ішкі
толық компонентінде целлюлозды микрофибриллалар бар [16].
Жыныстық көбеюі жоқ. Тек автоспоралы 4-8 клеткадан бөлініп көбейеді.
Хлорелланың автоспоролануында митозы дупликациялық өнімдер және олардың
көшуі ядроның қарама –қарсы полюстарында жылжиды. Аналық клеткасының
қабатында тек спорополикинді жұқа компоненті қалады, химиялық қатынасында
өте төзімді бірақ механикалық әрекеттері төзімсіз, олар қабықтарына шығып,
нормалды өлшемге дейін жетеді. Алғашқы аналық клеткада автоспораның түзілуі
морфологиялық және физиологиялық жағынан бір-біріне эквивалентті.
Автоспораның саны аналық клеткада әрдайым тұрақты бөлінеді. Егер 80% клетка
штамы 8 автоспорада бөлінсе онда 20% 2,4,16 автоспораға бөлінеді, бірақ бұл
толық сандық қатынасы әртүрлі болуы мүмкін, ол генотиптің дақылына, оның
жағдайы мен өсіру тәсіліне байланысты тәуелді болады.
Тұзды суларда , теңіздерде, көптеген жерүсті заттарда – ылғал жерлерде,
ағаш қабығында, тастарда кең таралған.
Хлорелла барлық жерлерде кездеседі, қоректену жағдайына тәуелді емес
және әрдайым интенсивті көбейеді. Бұл суларда қарапайым қоректенеді. Ол
қыналардың құрамында кіреді, әртүрлі гидробионттарда хлорелла түзіліп
симбиоз ретінде кіреді.
Соңғы жылдары адамзат әрекетінің өндірістік іс әрекетінің нәтижесінде
ортада құрамында әртүрлі ластанғандар деңгейі өмір сүретін организмдерге
қауіпі жоғарлап келеді. Бұл түрлі жеке ластаушылар механизмін және зиянды
қосылыстардың әсерін организмге қорғану әдістерін зерттеуге әкеледі. Бұл
қойылған мақсатты шешуге ластанған ортаны зерттеу объектісінің сапасы
ретінде хлорелланы қолдануға болады. Хлорелланың сондай-ақ әдістемелік
жұмыста бұл объектпен оңай және жақсы зерттелген, генетикалық біртекті
материалдар ретінде зерттеуге болады. Хлорелланың активті жасанды ортада
өсуі, жинау қабілетін қолдануға және ластаушыларға қолдану, сонымен қатар
балдырлардың фотосинтездік активтілігі, өндірістік және ауылшаруашылық ағын
суларды биологиялық тазалауға бағалы компонент ретінде үсынылады [17].
Қазіргі кезде оның 30-ға жуық түрі белгілі. Хлорелла пішіні шар
пішінді. Диаметрі 1,5-15 мкм дейін жетеді. Хлорелла балдырлары бір
клеткалы, бір клеткалы, колониалды және цнобиалды болып бөлінеді. Бұлардың
автоспоралар түзу арқылы көбейеді. Автоспоралардың саны хлореллалардың
түрлеіне байланысты әр түрлі болып келеді. Көбінесе 4,8,16 автоспоралар
түзеді.
Прококкалы балдырлар биомассасы құрамында: белок (40-55%) дейін,
көмірсулар (30-37%), майлар (5,7%), каротин (провитамин А 1500-200 мгкг
жуық), аскорбин қышқылы (1200-1500 мгк құрғақ зат) болады. Сонымен қатар
витаминдердің В,Е, РР топтары кездеседі [16,17].
Балдырлардың физиологиялық қоректенуінің негізгі мәселелері ең алдымен
клеткамен қоршаған орта минералды элементтерінің алмасуына байланысты.
Хайлов деректеріне қарағанда балдырлардың қоректенуіне органикалық
заттардың тигізетін әсері аз емес.
Бір клеткалы жасыл балдырлар хлорелла ауыл шаруашылығы өсімдіктері үшін
бағалы тыңайтқыш ретінде қолданылады. Оларды топыраққа енгізгенде
витаминдердің, амин қышқылдарының және де басқа да физиологиялық белсенді
заттардың көбеюіне, олардың органикалық заттардың жиналуына әсер етіп
биологиялық белсенділігін арттыратындығы және үлкен пайдалы екендігін
дәлелденді. Бірақ әлі осы уақытқа дейін хлотелланың дақ.сұйығынан
биореттегіштер табылмаған. Осы себептен Хлорелланың дақылдық сұйығынан
биореттегішті бөліп алу, оның қасиеттерін зерттеу, жаңа биореттегішті
қолдану арқылы ауыл шаруашылыққа лайықты технологияларды шығару мақсаты
қойылды. Хлорелла көмірсутектерге ( глюкоза мен фруктоза), майларға бай
(1, 2-кесте).
1 кесте.
Хлорелла құрамындағы аминқышқылдар
Жемдер Аминқышқылдар
лизин Метио Трип Арги Гисти Лей Треонин
нин тофан нин дин цин
Хлорелла 51,5 9,7 12,4 61,0 14,6 70,8 26,9
Люцернді шөп 10,1 2,0 3,1 8,3 4,7 18,8 6,2
ұнтағы
Шөп ұнтағы 6,2 2,6 2,6 1,1 14,2 4,4 19,4
Бұршақ дәні 13,4 2,6 1,1 14,2 7,6 20,5 8,4
Күнбағыс 24,3 7,6 - 18,3 - 42,9 9,2
Балық ұнтағы 49,3 13,5 - 42,4 12,3 93,6 25,4
Етті ұн 21,3 5,5 - 2,5 8,1 39,2 11,4
Жұмыртқа 8,2 4,3 2,1 8,2 3,0 19,5 7,1
2 кесте.
Хлорелла құрамындағы витаминдер
Жемдер Құрамында 1кг
Каротин Витаминдер
(мг)
D(ME) B1 B2 B12
Хлорелла 1600 1000 10 300 240 дейін
Жайылымдық 50 - 1 2,0 -
Щөптер
Люцерн шөбі 60 - 1,5 4,0 --
Беде
Люцерн ұнтағы 180 - 3 1,0 -
Силос шөбі 15 100 дейін 0,6 1,0 1,0
Сұлы - - 4,3 0,6 -
1 сурет. Chlorella- sp
1. 3 Табиғи материалдардан карбонизделген сорбенттерді алу
Қазіргі кезде көміртекті сорбенттерді қолданудың негізгі бағыттары
адсорбциялық тазалау, бөлу, бөліп алу, газды және сұйық орталарда
концентрациялау технологиялық процестерімен байланысты. Көміртекті
сорбентердің экологиялық проблемеларды шешудегі ролі артуда: ауыз суы
мен ағын суларды тазалауда, өндіріс, өнеркәсіп және энергетикадан шығатын
газдарды тазалауға қолданылады. Көміртекті сорбенттерді медицина мен
фармацевтикада қолдану ауқымы кеңейтілуде . Мысалы, көміртекті
гемосорбенттерді аурулардың қанын тазартуға, ал энтеросорбенттерді
организмдегі зиянды заттар мен микробтардан тазарту мақсатында қолданады
[24].
Өнеркәсіпте әзірге кеңінен қолданыс таппай тұрған дәстүрлі емес
шикізат ретінде өнеркәсіп қалдықтарына жататын әртүрлі жемістердің
сүйектері (өрік, шие, жүзім) және әртүрлі жаңғақтардың қабықтары
қолданылады. Еуропаның бірқатар өндірушілері сапалы, берік, активті
көмірді кокос және орман жаңғақтарынан және Жерорта теңізінің бойындағы
елдердегі зәйтүн майы өндірісінің қалдығы болып келетін – зәйтүн
сүйектерінен алады [ 25].
Сол себепті соңғы жылдары әртүрлі жаңғақтардың қабықтары мен
жеміс сүйектерінен алынатын көміртекті адсорбенттерге деген қызығушылық
артуда [26,27 ]. Себебі бұл материалдар синтетикалық полимерлер мен
табиғи көмір сияқты активті көмірді (АК) алатын дәстүрлі ізашарларға
қарағанда анағұрлым арзан. Бірақ әлі күнге дейін активті көмірді сүйек
шикізатынан, соның ішінде грек жаңғағы қабығынан (ГЖҚ) [25] алып, дайын
өнімнің шығу деңгейін жоғарылатып, активті көміртегінің құрылымдық
сорбциялық сипатын жақсарту жолдары актуалды болып отыр.
Активті көмірді алуға қолданылатын бастапқы органикалық
материалдардан үш топқа бөлүге болады :
1 ) өсімдік және жануар шикізаты. Оның ішіне әртүрлі тұқымдас
ағаш сүректері, жоңқалар, қағаз өндірісінің қалдықтары, жеміс сүйектері,
жаңғақ қабықтары , былғары өнеркәсібінің қалдықтары- жануарлардың қаны
мен сүйектері т. б. кіреді.
2 ) минералды шикізат, атап айтқанда: торф, қоңыр және тас көмір ,
антрацит, шайыр, кокс , мұнай өнімдері т. б. жатады.
3 ) синтетикалық шайырлар мен полимерлер.
Активті көмірді алудың алғашқы кезеңі бастапқы шикізатты ауаның
қатысуынсыз 400-500 0 C температурасында термиялық өңдеуден өткізетін
көміртектендіру процесі. Осы көміртектендірудің нәтижесінде алынатын
шикізат- көмірдің сорбциялық қасиеті байқалмайды , себебі оның саңылаулары
нашар дамыған немесе пиролиздің жоғары молекулалық өнімдерімен (
шайырлар) бекітілген болады. Көміртектендіру процесінің жүру сипаты мен
шикізат- көмірдің қасиеттерінің бастапқы шикізат пен термиялық өңдеу
тәртібіне тәуелді екендігі мәлім. Мысал ретінде ағаш сүректерінің
материалдарына көміртектендіру процестерінің физика-химиялық ерекшеліктерін
қарастыруға болады. [28].
Жұмыстарда [29,30] көміртекті сорбенттердің қасиеттерін жақсарту,
шығу көлемі мен алынатын активті көмірдің анағұрлым дамыған саңылаулы
(кеуек) құрылымын алу үшінбастапқы целлюлозалық материалдарды өнімнің шығу
көлемін артыруды жүзеге асыратын, антипирен мен көміртектендіру және
дегидротация процестерінің катализаторы қызметін атқаратын неорганикалық
тұздардың ерітінділерімен өңдейді,
Целлюлозалық материалдарға әсер ету арқылы кеуекті құрылымы мен
соның негізінде алынатын активті көмірдің шығу көлемін ұлғайту әдістерінің
бірі – алдын-ала тотықтыру [31,32]. Бұл жерде оттегінің сыртқы агент
ретіндегі әсерін, яғни оттегі шамадан артық болған жағдайда полимердің
толығымен жанып кететінін термоөңдеу кезінде материалдың құрылымының
қалаыптасуына қатысатын әсерін және полимердің элементтік бөлігінің
құрамына енетін оттегінің әсерінен ажырата білу қажет. Соңғы жағдайда
оттегі көміртегі материалының молекулалық құрылымын қалыптастыратын, ішкі
және молекулааралық байланыстардағы көлденең , аралық көпірлердің түзілүіне
қатысады. [33 ].
Белгілі бір тәжрибелік мақсатты орындау үшін адсорбентті таңдау
алдында оның кеуекті құрылымы жайлы мәліметтерді білудің үлкен маңызы
бар.Сорбентті дұрыс таңдау үшін алдын-ала оның саңылауларының радиусы
енгізілетін сорбаттардың молекулалық мөлшеріне сәйкес келе ме , осы
затардың сорбент гранулаларының ішіне жылдам енуін қамтамасыз ете ала ма,
соны білу керек.
Сорбенттің кеуекті құрылымын толық талдау үшін физикалық және
физико- химиялық әдістер комплексін: оптикалық және электрондық микроскопия
, рентген құрылымдық анализ, адсорбциялық әдістер, гидродинамикалық әдіс
және сынап порометриясы әдістері (Бутырин ,1976 ) пайдаланады.
Қазіргі уақытта жалпылама қолданылатын классификация ( Дубинин
,1971, 1972) бойынша саңылаулар өзінің көлеміне байланысты микросаңылаулар
және макросаңылаулар болып бөлінеді. Микросаңылауларға радиусы 15 A –дан
аспайтын саңылаулар жатады. Микросаңылаулардың адсорбциялық потенциалы
көршілес қабырғалардың адсорбциялық потенциалдарының үстіне қосылуына
байланысты анағұрлым жоғары болады. Сондықтан микросаңылаулардан өтетін
молекулалардың адсорбциялық сәйкестігі мезо- және макросаңылауларда
фиксацияланатын молекулалармен салыстырғанда біршама жоғары болады [34].
Микросаңылаулы активті көмірді биологиялық сұйықтардағы молекулалық
массасы төмен өнімдері атап айтқанда: креатинин, алифатикалық
оксиқышқылдар , аминқышқылдары, несеп қышқылы т.б. бөліп шығару мақсатында
қолдануға болады [33 ] .
Осы типтес біртекті саңылаулы сорбенттерді қолдану активті
көмірлердегі сорбцияның селективтілігі проблемасын шешуге жол ашады.
Себебі үлкенірек молекулалар ( гормондар , витаминдер, полипептидтер )
микросаңылаулардан өте алмайды , сондықтан олардың көп мөлшерде
сіңірілуіне кедергі келтіріледі
Активті көмірлердегі карбонизацияланбаған түрдегі құрамында
көміртегі бар әртүрлі шикізаттардан немесе көмір және кокстан алады.
Активтендірудің негізгі принципі – құрамында көміртегі бар материалды
белгілі бір жағдайда селективті термиялық өңдеуден өткізеді. Соның
нәтижесінде көптеген кеуектер, саңылаулар пайда болып, саңылаулардың
беттік ауданы масса бірлігіне ұлғаяды. Техникада активтендірудің химиялық
және парогаздық әдістері қолданылады.
Химиялық активтендіру кезінде бастапқы шикізат көзі ретінде
негізінен карбонизацияланбаған өнімдер (мысалы, ағаш жоңқалары, торф )
қолданылады . Олардың неорганикалық активтендіруші агенттерімен қоспасы
жоғары температурада өңдеуден өтеді. Активтендіруші агенттерге суды
құрғататын заттар : мырыш хлориді мен фосфор қышқылы жатады [35 ] .
Парогаздық активтендіруде шикізат көзі ретінде
карбонизацияланған табиғи материалдар : ағаш көмірі , торфтық кокс , кокос
жаңғағының қабығынан алынған көмір , тас көмір, қоңыр көмірден алынған
кокс қолданылады . Осы өнімдерден активтену қабілетін арттыратын
маңызды фактор – ұшқыш компоненттердің мөлшері. Егер оның мөлшері аз
болса, активтену қиын жүреді немесе мүлдем болмайды . Оған мысал
ретінде графитті алуға болады. Ұшқыш компоненттердің мөлшері көбейген
кезде реактивтілік пропорционалды түрде жоғарылайды . Алайда, егер
реактивтілігі аса жоғары болса, мысалы қоңсіген және біріккен тас
көмірлерде , онда активтендіру деңгейі төмендеуі мүмкін [36 ] .
Газдармен активтендіру үшін әдетте оттегі (ауа),су буы және
көміртегі диоксиді қоданылады . Ауамен активтендіру таңдамалы түрде
жүреді, алайда гранулалардың сыртынан күйіп кету қаупы бар . Сондықтан
су буы мен көміртегі диоксидін қолдану тиімді болып табылады [37]
.
Техникалық тұрғыдан реакция жылдамдығын жоғарылату үшін, осы
газдарды қолданған кезде 800- 10000 C температура қажет. Сондықтан
процесті жүргізу үшін арнайы құрал- жабдықтар : шахталық, айналмалы , көп
сорелі пештер , жылжымалы қабаттары бар реакторлар және т. б.
аппараттар қажет. Қажетті құрал- жабдықты таңдау бастапқы материалды
бөлшектеудің деңгейіне және көмірді қай формада алу керектігіне -
ұнтақ тәрізді , түйіршік немесе қалып тәрізді форманың қайсысын
таңдауға байланысты. Айналмалы пештер әмбебап болғандықтан , оларды
жиі пайдаланады [38 ] .
Құрамында көміртегі бар материалды активтендіру барысында қатты
заттың массасы азаяды. Оптималды жағдайда бұл кеуектіліктің көбеюіне
эквивалентті болады. Осы кезде салмақты өлшеу әдісі арқылы көмірдің
активтенуінің жоғарылауына баға беруге болады [37, 38 ] .
Көмірдің активтенуіне микросаңылаулар маңызды рол атқарады. Бұл
саңылаулардың диаметрі ( 2 нм ) адсорцияланатын молекулалардың
мөлшерімен өлшемдес келеді. Микросаңылаулар активті көмірдің ішкі
бетінің негізгі бөлігін дамытуды қамтамасыз етеді. Бұлардан басқа
көмірдің құрамында ауыспалы (мезо-) саңылаулар , диаметрі 2- 50 нм
және ірірек келетін макросаңылаулар болады.
Кеуекті көміртекті материалдарды басында ағаш сүрегін , кейін
тас көмірді термиялық өңдеу арқылы алған. Қазір олар құрамында
көміртегі бар шикізаттардың көп түрлерінен өндіріледі : ағаш сүрегі мен
целлюлоза, тас көмір және қоңыр көмір, торф, мұнай мен таскөмір
пектерінен, синтетикалық полимер материалдары , сұйық және газ тәрізді
көмірсутектер әртүрлі органикалық қалдықтар т. б. [ 39 ] .
Кеуекті көміртекті материалдардың құрылысы күрделі, негізінен
көміртекті микрокристалиттерден құрылады. Шығу тегі табиғи және
синтетикалық көмірлерде көміртегінің микрокристалиттері ретсіз
орналасады және турбостраттық құрылым құрайды [32].
Газификациялаудың жиі қолданылатын моделдерінде кеуек үлгісі
кеңістікте ретсіз орналасқан белгілі – бір геометриялық құрылымдық
элементтерден құрылатындығын болжамдайды [37]. Олар ретсіз орналасқан
кеуектер моделдері деп аталатын классты құрайды . Активті көмірдің
көлемінде және бетінде де негізгі құрылымдық элементтің графиттің
кристал торларының құрамдас бөлігі - конденсецияланған аромат сақиналары
жүйесі құрайды . Онда үш валентті көміртегі көршілес берік, толығымен
қаныққан 6 – байланыстарымен байланысқан, ал төртінші П–электрон
делокализацияланған және қабаттасқан байланыстар жүйесі бойынша
оңай орын ауыстырып жүре алады. Заңдылық бойынша бағытталған графиттік
құрылымдарда көміртегі атомдары негізінен sp2 – гибридтік күйде болады,
қабат аралық қашықтық 3, 35 A – ды құрайды. Активті көмірге тән
турбостратты ( ретсіз қабатталған ) күйдегі құрылым графиттегіден
ерекшеленеді . Мұнда элементаралық қабаттар арасында қатаң жиілік жоқ,
олардың бір – бірлерімен ара қашықтығы біркелкі емес және орташа
мөлшерде 3, 44 A маңында ауытқып тұрады.
Активті көмірлердің үлестік бетінің көлемдері жоғары болады ( 500
1000 м2 \ г –ға дейін және одан жоғары ) Бұл сорбенттердің полидисперсті
құрылымы әдетте жақсы дамыған болады. Алайда арнайы синтездеу арқылы
қажетті көлемдегі радиусы бар кішкене саңылаулы нұсқаларды алуға болады.
Көмірдің кеуектілігін сипаттау үшін [38,40] сорбциялық , электронды
микроскопиялық әдістер қолданылады.
Тәжрибеде жиі пайдаланылатын АК- лердің саңылаулары үш түрлі
болады - микросаңылаулар радиусы ~ 1000 -2000 A 0 , мезосаңылаулар
радиусы 15- 16- дан 1000-2000 A0 – ге дейін және микросаңылаулар радиусы
10-15 А0- ден төмен.
Олар әртүрлі саңылаулар біртұтас тармақталып жүйені құрайды. Онда
мезосаңылаулар макросаңылаулардың тармағы, ал мткросаңылаулар
мезосаңылаулар жүйесін жалғасы болып табылады, 1г АК –дің саңылауларының
жалпы көлемінің 0,2- 0,5 см3 г – ы микросаңылаулар , 0, 02 – 0,1 см3 г
- ы мезосаңылаулар ( үлкен молекулаларды сіңіруге арналған көмірлерді 0,7
см3 г –ға дейін) , микросаңылаулар- 0,15 – 0,60 см3 г – ды құрайды .
Үлестік беті ( S ) негізінен макро- және мезосаңылаулар арқылы қамтамасыз
етіледі, ал микросаңылаулардың беті жайлы ұғымның ешқандай мәні жоқ.
Активті көмірдің беті геометриялық және энергетикалық тұрғыдан
қарағанда біртекті емес келеді. Көміртегі атомдары бет жағында көлемдік
фаза атомдарынан қарағанда басқадай электрондық күйде болады, әсіресе
көмірдегі кристалдардық торлардың ақауы бар жерлер мен кристалиттердің
қырлары мен қабырғаларында.Бұндай атомдарда бос валенттіліктің болуы
басқа, әртүрлі заттармен химиялық және сорбциялық өзара әсерлесуді
жеңілдетеді [35] .
Саңылаулы көміртегі материалы графиттің құрылымына ұқсас құралған
конструкция болып табылады. Алайда онда көміртегі сақиналары –
гексагондардың реттелген және ретсіз аймақтары кезектесіп орналасқан.
Саңылаулы көміртегі материалы графитпен айырмашылығы, онда бос саңылаулы
кеңістік болады . Ол бір- бірімен өзара байланысқан, әртүрлі көлеммен
пішіндегі кеңейген және таралған үш өлшемді лабиринт түрінде көрсеткен.
Макросаңылаулар ( көлемі 2 нм ) , мезосаңылаулар ( 2 ден - 50 нм – ге
дейін ) және макросаңылаулар ( көлемі 50 нм ) болып бөлінеді.
Микросаңылаулардың ішіндегі супермикросаңылаулардың көлемі 0,7 -2 нм және
ультрамикросаңылаулардың көлемі 0,6 -0,7 нм болады [ 36 ] .
Саңылауларының болуы арқасында саңылулы көміртегі материалының
үлестік беті үлкен болады.Саңылаулы көміртегі материалының әртүрлі
молекулаларды адсорбциялау қасиеті, оның бетінің құрылысы, табиғаты және
беттік реакцияға түсуге қабілетті топтардың концентрациясына байланысты.
Реакцияға түсуге қабілетті топтарға құрамында оттегі бар функционалдық
топтар жатады: фенолдық ( гидроксилді), карбонил (хиноидты),
карбоксил,эфир, енол, лактон топтары. Олар көміртегі материалының бетін
тотықтыра өңдеу нәтижесінде түзіледі.
Көміртегі сорбенттерін қоршаған ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz