Аналіз каталітичної активності біокаталізаторів на основі зразків вугілля типу СКН та КАУ в реакції розкладання пероксиду водню. Оцінка впливу дифузійних факторів на активність зразків за допомогою теорій масоперенесення – Тіле-Зельдовича та коливальної.
Аннотация к работе
Досліджено каталітичну активність біокаталізаторів на основі зразків вугілля типу СКН та КАУ в реакції розкладання Н2О2. Проведено кореляційний аналіз між реакційною здатністю, дифузією та структурними характеристиками носіїв. Для кількісного аналізу ефективності зразків застосовано закономірності кінетики гетерофазних реакцій: теорії Тіле - Зельдовича та осциляційну.Крім того, ця реакція перебігає з газовиділенням і тому зручна саме для моделювання дифузійних процесів, що відбуваються на поверхні та в порах каталізаторів. Каталітичне розкладання пероксиду водню проводили з використанням синтетичного нітрогенвмісного (СКН) та природного кісточкового (КАУ) вугілля, а також зразків вугілля цих типів з адсорбційно іммобілізованим на його поверхні (у кількості 5 - 6 мг/г сорбенту) ферментом - каталазою. Іммобілізацію ферменту проводили шляхом фізичної сорбції каталази (активність 329300 о.а.) при контакті розчину ферменту (РН 7,2) з вугіллям протягом 24 год. Для того, щоб досягти поверхні всередині зерна, молекули субстрату повинні дифундувати крізь пори каталізатора, на поверхні яких власне відбувається реакція, після чого продукти реакції повинні залишити активний центр і дифундувати в гомогенну фазу [7]. Якщо продуктами реакції є газоподібні речовини, то вони можуть залишати пори двома шляхами: перший - утворений газ розчиняється у рідкій фазі і виходить з пори за механізмом молекулярної дифузії; другий - виникнення бульбашок у випадку, коли концентрація газу у рідині перевищує межу розчинності (рис.1).Для проведення кореляційного аналізу між реакційною здатністю, дифузією та структурними характеристиками носіїв використовували теорії Тіле - Зельдовича та осциляційну, на базі яких розраховано ефективні коефіцієнти дифузії.
Вывод
В роботі кількісно охарактеризовано та оцінено вплив дифузійної та хімічної складових на ефективність біокаталізаторів на основі вугілля типу СКН та КАУ. Для проведення кореляційного аналізу між реакційною здатністю, дифузією та структурними характеристиками носіїв використовували теорії Тіле - Зельдовича та осциляційну, на базі яких розраховано ефективні коефіцієнти дифузії. В роботі також використані закономірності ферментативної кінетики для розрахунку каталітичної активності сорбентів та констант Міхаеліса - Ментен. Показано, що дифузія в цьому випадку не є визначальним фактором каталітичної активності досліджуваних вуглецевих сорбентів, що необхідно враховувати при створенні сорбційних препаратів, а також масообмінників, в яких використовуються вуглецеві матеріали, для медицини та/або біотехнології.
Список литературы
1. Бакалинская О.Н., Картель Н.Т., Стрелко В.В. Углеродные сорбенты с биоспецифической активностью. В кн.: Селективная сорбция и катализ на активных углях и неорганических носителях. - К.: Наук. думка, 2008. - С 65 - 88.
2. Ставицкая С.С., Тарковская И.А., Петренко Т.П. Основные факторы, определяющие каталитические свойства активных углей // Теорет. и эксперим. химия. - 1996. - Т. 32, № 6. - С.336 - 344.
3. Саттерфилд Ч.Н. Массопередача в гетерогенном катализе. - М.: Химия, 1976. - 315 с.
4. Бабко А.К., Пятницкий И.В. Количественный анализ. - М.: Высш. шк., 1968. - 496 с.
5. Справочник химика. Т.2. Основные свойства неорганических и органических соединений. - М: Химия, 1964. - 1165 с.
6. http://www.h2o2.com/intro/properties.html
8
7. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. - М.: Академкнига, 2004. - 679 с.
8. Thiele E.W. Relation between catalytic activity and size particle // Ind. Eng. Chem. - 1939. - Vol. 31. - P. 916 - 92.
9. Zeldovich Y. B. To theory of the reaction on a porous or powder catalyst // J. Acta Physicochim. U.R.S.S. - 1939. - X 4. - P. 584 - 592.
10. Datsevich L.B. Some theoretical aspects of catalyst behavior in a catalyst particle at liquid (liquid - gas) reaction with gas production: oscillation motion in the catalyst pores // Appl. catal. - 2003. - Vol. 247 - P. 101 - 111.
11. Datsevich L.B. Alternating motion of liquid in catalyst pores in a liquid/liquid - gas reaction with heat or gas production // Catal. Today. - 2003. - Vol. 79 - 80. - P. 341 -
348.
12. Глевацька К.В., Бакалінська О.М., Картель М.Т. Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення // Доп. НАН України. - 2008. - Т. 8. - С. 126 - 131.
ОЦЕНКА ЭНЗИМОПОДОБНОЙ КАТАЛАЗНОЙ АКТИВНОСТИ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ СКН ИКАУ
Е.В. Глевацкая, О.Н.Бакалинская, Н.Т.Картель
Институтхимии поверхности ИМА.А.Чуйко Национальной академии НАУКУКРАИНЫ ул. Генерала Наумова, 17, 03164, м. Киев-164
Исследована каталитическая активность биокатализаторов на основе углей СКН и КАУ в реакции разложения Н2О2. Проанализирована зависимость между реакционной способностью, диффузией и структурными характеристиками носителей. Для количественного анализа эффективности образцов были использованы закономерности кинетики гетерофазных реакций: теории Тиле/Зельдовича и осцилляционной. Показано, что диффузия не является определяющим фактором каталитической активности исследованных углеродных сорбентов; это необходимо учитывать при создании сорбционных препаратов, а также массообменников для медицины и/или биотехнологии.
ACTIVE CARBON SCN AND KAU ENZYME LIKE CATALASE ACTIVITYESTIMATION
K.V.Glevatska, O.M.Bakalinska, M.T.Kartel
O.O.Chuiko Instituteof SURFACECHEMISTRYOF National Academyof Sciencesof Ukraine General NAUMOVSTR., 17, 03164, Kiev-164
Catalytic activity of biocatalysts that based on carbon adsorbents of SCN and KAU type in reaction of hydrogen peroxide decomposition is investigated. Correlation among reaction ability, diffusion and structural parametrs of biocatalists was shown. For quantitative analysis of activity of investigated materials two theories were used: Thiele/Zeldovich and oscillation. It was shown, that diffusion do not limit catalytic activity of carbon adsorbents. This fact can be used in creation of sorption devices and massexchangers for medicine and/or biotechnology.