WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ВОРОНИН Олег Геннадьевич

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗ ГИДРОГЕНАЗАМИ

ДЛЯ КОНВЕРСИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Специальности:

02.00.15 – кинетика и катализ

03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва, 2010

Работа выполнена на кафедре химической энзимологии Химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Карякин Аркадий Аркадьевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Решетилов Анатолий Николаевич Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К.Скрябина РАН;

доктор химических наук, профессор Ярополов Александр Иванович Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН.

Учреждение Российской академии наук

Ведущая организация:

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля

Защита состоится «8» февраля 2011 года в 16 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.001.59 по химическим наукам при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские Горы, МГУ, Химический факультет, Кафедра химической энзимологии, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «30» декабря 2010 года

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 501.001. кандидат химических наук Сакодынская И.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Поиск возобновляемых источников энергии и развитие методов переработки накопленных отходов – одни из ключевых задач, стоящих перед человечеством в начале XXI века.

Водород рассматривается многими исследователями как перспективный вид вторичного топлива. Однако на сегодняшний день, несмотря на огромные затраты, не существует ни одного коммерчески эффективного применения технологий водородной энергетики. До сих пор не решены проблемы, связанные с получением, транспортировкой и утилизацией водорода. Узкоспециализированные мелкосерийные агрегаты для таких отраслей, как военная и космическая промышленности, учитывать не корректно, т.к. к ним понятие «коммерческой эффективности» неприменимо.





Вместе с тем сегодня активно развиваются методы микробиологического получения водорода из органических соединений, в том числе отходов. Выделяемый микроорганизмами биоводород обладает низкой себестоимостью, однако значительно загрязнен побочными продуктами метаболизма. Использование его в традиционных платиновых топливных элементах или сжигание без дополнительной дорогостоящей очистки невозможно.

Ранее в нашей лаборатории была показана принципиальная возможность поглощения водорода из среды действия микроорганизмов при помощи ферментных топливных элементов на основе гидрогеназ. Цель данной работы состояла в разработке новых высокоактивных электродов на основе гидрогеназ, исследовании их характеристик и создании на их основе системы непрерывной конверсии органических соединений в электричество через промежуточное образование биоводорода.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- разработка новых методов иммобилизации гидрогеназ на поверхности углеродных электродов с использованием различных соединений, содержащих аналоги субстрата гидрогеназы, для достижения высокоэффективного биоэлектрокатализа;

- анализ электрокаталитических характеристик создаваемых электродов;

- исследование активности электродов в различных условиях (рН, температура, содержание водорода и кислорода);

- вовлечение в биоэлектрокатализ гидрогеназ различного строения и из различных источников;

- объединение топливного элемента (ТЭ) на основе ферментов и биореактора с микробными продуцентами водорода;

- повышение стабильности ферментных электродов в культуральной жидкости.

Научная новизна.

На основании предложенного подхода иммобилизации гидрогеназ поверх полимеров, содержащих аналоги субстрата, разработаны новые гидрогеназные электроды, превосходящие известные аналоги по электрокаталитическим параметрам и стабильные в широком диапазоне потенциалов и температур. На основании расчета электрокаталитических параметров продемонстрировано, что наблюдаемые плотности тока окисления водорода являются теоретически максимальными для однослойных гидрогеназных электродов.

биоэлектрокатализ четырех субъединичной NAD-зависимой гидрогеназой (источник Pyrococcus furiosus). Интерес к подобным гидрогеназам вызван не только перспективами их использования в ТЭ, но и потенциальной возможностью применения для биоэлектросинтеза различных молекул.

Впервые успешно продемонстрирована возможность объединения биореактора с продуцентами водорода водородного топливного элемента на основе гидрогеназ.

Практическая значимость работы.





Разработанные ферментные электроды были успешно применены для поглощения водорода из среды действия фото- и гетеротрофных продуцентов. В работе предложена установка, объединяющая топливный элемент и биореактор с бактериями, выделяющими водород, и позволяющая проводить непрерывную конверсию целлюлозосодержащих отходов в электроэнергию без дополнительных стадий накапливания и очистки водорода.

Описаний аналогичных установок полного цикла в литературе не встречается.

Предложенный в работе биореакторный топливный элемент может найти широкое применение для утилизации органических отходов.

Положения, выносимые на защиту:

1. методы иммобилизации гидрогеназ на поверхности углеродных электродов с использованием различных полимеров, содержащих аналоги субстрата гидрогеназы;

2. результаты исследований электрокаталитических характеристик электродов и их зависимости от таких параметров, как температура, рН, состав газовой смеси;

3. биоэлектрокатализ NAD-зависимой гидрогеназой;

4. установка для непрерывной конверсии целлюлозосодержащих отходов в электроэнергию.

Работа выполнена при финансовой поддержке фондов INTAS, «Глобальная энергия», Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, Российского Фонда Фундаментальных Исследований, Федерального агентства по науке и инновациям, программы Президиума РАН №26 «Водородная энергетика».

Публикации и апробация работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 32 работы, в том числе 6 статей в российских и зарубежных научных журналах и 26 тезисов докладов, представленных на международных и всероссийских научных конференциях.

Основные результаты работы представлены на конференциях: Всероссийский симпозиум «Биотехнология микробов» (Москва, 2005 г.), Всероссийская конференция «Преобразование энергии света при фотосинтезе» (Пущино, 2005 г.), конференции «Ломоносов» (Москва, 2005 и 2006 гг.), 18-й Международный Симпозиум по Биоэлектрохимии и Биоэнергетике (Куимбра, Португалия, 2005 г.), Международный форум «Водородные технологии для производства энергии» (Москва, 2006 г.), Международная школа-конференция молодых ученых в рамках Международного Симпозиума «ЕС-Россия: перспективы сотрудничества в области биотехнологии в 7-ой Рамочной Программе» (Санкт-Петербург, 2006 г.), Вторая всероссийская конференция по аналитической химии «Аналитика России» (Краснодар, 2007 г.), Международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2008, 2009, гг.), VI Всероссийская Каргинская конференция "Наука о полимерах 21-му веку" (Москва, 2007 г.), XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Москва, 2007 г.), X International conference Hydrogen materials science and chemistry of carbon materials (Киев, 2007 г.), II научно-практическая конференция «Перспективы развития инноваций в биологии» (Москва, 2008 г.), 59 Meeting of International Society of Electrochemistry (Севилья, Испания, 2008 г.), Международный Форум по нанотехнологиям (Москва, 2008 и 2009 гг.), The 12 International and the first Sino-Japan bilateral symposium on Electroanalytical Chemistry (Китай, 2009 г.), 7th Spring Meeting of International Society of Electrochemistry (Польша, 2009 г.), XIX Менделеевская конференция молодых ученых (Санкт-Петербург, 2009 г.), II Международный конгресс "ЕвразияБио-2010" (Москва, 2010 г.), The 9th International Hydrogenase Conference (Швеция, 2010 г.), Electrochemistry 2010: From microscopic understanding to global impact (Германия, 2010 г.).

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 135 страницах машинописного текста, иллюстрирована 55 рисунками, 4 таблицами и 1 фотографией.

Список цитируемой литературы содержит 178 наименований. Работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов, списка цитируемой литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Кратко обоснована актуальность темы и цель представленной работы, показаны научная новизна и практическая значимость исследования.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 2.1. посвящена строению, свойствам и классификации гидрогеназ. Содержит современные взгляды на механизм катализа, строение активного центра и переходы между различными состояниями последнего. Описаны различия между тремя основными группами гидрогеназ и их роль in vivo.

В главе 2.2. рассмотрены медиаторный и прямой биоэлектрокатализы ферментами.

Обсуждаются методы повышения их эффективности.

В главе 2.3. представлены описанные в литературе биологические топливные элементы на основе как ферментов, так и целых микробных клеток. Сравниваются достоинства и недостатки таких систем с другими источниками энергии.

Глава 2.4. содержит описание современных способов получения биоводорода фото- и гетеротрофными микроорганизмами.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В данной главе описаны использованные материалы и методы. В работе использованы препараты [NiFe]-гидрогеназ из Thiocapsa roseopersicina и Lamprobacter modestohalophilus, [NiFeSe]-гидрогеназы из Desulfomicrobium baculatum и четырехсубъединичной NAD-зависимой [NiFe]-гидрогеназы из Pyrococcus furiosus.

Для иммобилизации ферментов использовали углеродные ткани различных типов, модифицированные различными соединениями, углеродные нанотрубки, лапонит, слоистые анионообменные глины состава Zn2Cr(OH)6. Электрохимические исследования ферментных электродов проводились в трехэлектродной ячейке с разделенным пространством всех электродов. В качестве электрода сравнения использовались платина, покрытая платиновой чернью, в атмосфере водорода в том же растворе (обратимый водородный электрод, ОВЭ) и хлорсеребряный электрод в 1 М КCl (х.с.э.). В качестве вспомогательного – стеклоуглеродный электрод большой площади. Для экспериментов по поглощению водорода, продуцируемого микроорганизмами, была разработаны специальные установки, объединяющие биореактор и ферментный топливный элемент. Описания установок приведены ниже.

Все исследования проводились в следующих условиях: 0,05 М КН2РО4, 0,1 М KCl, pH 7,0, 25oC, если иное не указано особо.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

4.1. Кинетические характеристики катализа гидрогеназами, предельные токи При помещении электрода с иммобилизованной гидрогеназой в продуваемую водородом электрохимическую ячейку, наблюдается постепенное снижение потенциала разомкнутой цепи до нуля относительно ОВЭ, обусловленное переходом фермента из неактивной формы в активную. При этом вне зависимости от выбранного метода иммобилизации мы наблюдаем волну (рис. 1), разделяющую этот процесс на три этапа:

два медленных (с 0 по 40 секунды и с 60 секунды) и быстрый (с 40 по 60 секунды). Это явление объясняется с позиции теории о Подтверждением этого предположения может служить отсутствие волны при медленной активации (первые часы) в микробных культурах (см. гл. 4.5.2). В этом случае постепенная активация протекает быстрее, чем растет концентрация водорода.

Ранее в нашей лаборатории в работе [1] был разработан метод получения из T. roseopersicina в атмосфере водорода.

высокоактивных гидрогеназных электродов на основе углеродной ткани, модифицированной виологен содержащим производным полипиррола, с использованием гидрогеназ из T. roseopersicina и D. baculatum. При положительных перенапряжениях в атмосфере водорода наблюдались значительные токи окисления водорода. Было показано, что при перенапряжениях, превышающих 200 мВ, наблюдается снижение активности электродов, предположительно, из-за окислительной инактивации. Поэтому, если не указано особо, за максимальный ток принимали значение при перенапряжении 200 мВ.

Известно, что ферменты, выполняющие одни те же функции, но выделенные из разных микроорганизмов, могут разительно отличаться друг от друга по своим свойствам. Поэтому использование гидрогеназ из различных источников является одним из путей улучшения характеристик ферментных электродов.

Гидрогеназа из Lamprobacter modestohalophilus была впервые выделена в 2003 году сотрудниками НИИ Фундаментальных проблем биологии (г. Пущино). Для исследования использовались два препарата фермента, отличающиеся степенью очистки. Т.н.

гомогенный препарат гидрогеназы был дополнительно очищен при помощи электрофореза. При этом удаляется слабо связанный с белком цитохром С3, закрывающий дистальный (приповерхностный) железосерный кластер.

Гидрогеназа была иммобилизована на поверхности гидрофилизованной ткани ТВШ и ткани ЛШГ, модифицированной полипиррол-виологеном. Для всех типов электродов электроактивности примерно на 30%. Максимальный ток окисления водорода составил 1250 мкА/см2.

Гидрогеназа из D. baculatum является цитоплазматическим белком и не связана прочно с цитохромом С3, что позволяет отделять цитохром от фермента даже при помощи хроматографических методов очистки. В то же время гидрогеназа из T.

roseopersicina – мембрансвязанный фермент, так же как и гидрогеназа из L.

туннелирование электрона от дистального железо-серного кластера на электрод. В работе показано увеличение активности ферментных электродов при удалении цитохрома при помощи электрофореза. Оптимальной концентрацией фермента в адсорбционном растворе для гомогенных препаратов T. roseopersicina и L. modestohalophilus является 0,75-1 мг/мл. Для D. baculatum оптимальной концентрацией является 1,5 мг/мл.

Поляризационные кривые для ферментных электродов с различными гидрогеназами при оптимальных условиях представлены на рис. 2. Ток в катодной области обусловлен обратной реакцией – выделения водорода.

В работе [1] предложено следующее уравнение для описания зависимости тока от перенапряжения:

i= плотности токов обмена первой и второй ферментных электродов методом электроокисления водорода на электроде из ферментных электродов с гидрогеназами из L. modestohalophilus и T. roseopersicina в диапазоне от 0 до 75 мВ описываются экспоненциальной функцией. Поляризационная кривая для электродов с D.baculatum близка к прямой при небольших перенапряжениях, что свидетельствует о том, что скорость реакции лимитируется скоростью диффузии субстрата к поверхности электрода (т.н. диффузионный контроль).

Для двустадийного электрохимического процесса при малых отклонениях от равновесного потенциала суммарный ток обмена составляет удвоенное значение тока обмена медленной стадии [2]. В таблице 1 для ферментных электродов приведены удвоенные значения токов обмена медленной стадии. Для сравнения приведен ток обмена на платине в сходных условиях [1]. Для всех ферментных электродов ток обмена по порядку величины совпадает с аналогичной величиной для платины, которая, как известно, является одним из лучших катализаторов реакций окисления водорода – восстановления протонов [3]. Также в таблице приведено значение тока обмена на молекулу катализатора. Для платины количество атомов на единицу поверхности рассчитали из величины равновесной адсорбции водорода, составляющей 220 мкКл/см [3].

Таблица 1. Электрокаталитические свойства водородных ферментных электродов c Графитовая ткань T. roseopersicina полипирролвиологен / T. roseopersicina полипирролвиологен / modestohalophilus.

полипирролвиологен / D. baculatum.

Ток обмена на молекулу фермента меньше всего для электродов с ферментом, непосредственно адсорбированным на углеродную ткань. При переходе к электродам, модифицированным полипиррол-виологеном, ток обмена на молекулу фермента возрастает одновременно с увеличением адсорбции фермента. При переходе к более активным ферментам величина тока обмена на молекулу фермента продолжает увеличиваться и для электрода на основе гидрогеназы из D. baculatum в два раза превосходит величину, полученную для электродов с ферментом из T. roseopersicina и L.

modestohalophilus. Ток обмена на молекулу катализатора превосходит аналогичную величину для платины на два порядка.

Долю поверхности электрода, занятую ферментом, оценили исходя из значения минимальной поверхности, занимаемой одной молекулой гидрогеназы. Последнее было установлено в работе [6] на основе изотерм Лэнгмюра-Блоджет и составляет для гидрогеназы из T. roseopersicina 32 нм2. Для ферментных электродов, исходя из геометрических размеров ткани и расчета количества иммобилизованного активного катализатора, площадь, занимаемая одной молекулой, составляет 3,3 нм2. Следовательно, фактическая площадь поверхности ткани должна быть в минимум в 10 раз выше, чем геометрическая. Это соответствует нижнему значению коэффициента шероховатости для ЛШГ.

Поскольку фермент является диэлектриком, второй и последующий слои не могут участвовать в электрохимическом окислении водорода в отсутствии диффузионно подвижного медиатора. Следовательно, наблюдаемые плотности тока обусловлены только первым слоем катализатора. Исходя из данных максимального тока окисления водорода и количества иммобилизованного фермента, оценили электрохимическую константу реакции. Данные представлены в табл. 1. Для сравнения приведены оценки максимального значения каталитической константы, полученные из гомогенной кинетики в [5] и [4]. Как видно из табл. 1, для гидрогеназ из T. roseopersicina и L.

modestohalophilus наблюдается соответствие электрохимической и кинетической констант. Следовательно, при иммобилизации фермент занимает всю доступную поверхность, формируя монослой и полностью вовлекаясь в биоэлектрокатализ. Таким образом, разработанная методика иммобилизации катализатора и использование гидрогеназы с удаленным цитохромом позволяет добиться теоретически максимальных значений плотности тока для однослойных электродов на основе гидрогеназ из T.

roseopersicina и L. modestohalophilus.

Для гидрогеназы из D. baculatum электрохимическая константа почти в два раза меньше кинетической. При этом поляризационная кривая близка к прямой при небольших перенапряжениях, что характерно для диффузионно контролируемых реакций. Похожая зависимость наблюдается и для электродов на основе T. roseopersicina при низких концентрациях водорода в системе.

Таким образом, приведенные расчеты показывают, что разработанная методика производных пиррола позволяет достигнуть предельно допустимых токов окисления водорода для однослойных электродов на основе гидрогеназы. При этом активность ферментных электродов максимально близка к аналогичной характеристике для платиновых электродов, использующихся в низкотемпературных топливных элементах.

4.2. Повышение эффективности биоэлектрокатализа гидрогеназами 4.2.1. Ферментные электроды на основе поливиологена При разработке ферментных электродов желательно максимально упростить методику их изготовления, в частности, исключив этап электрохимического синтеза. Для этого было предложено использовать виологен-содержащий полимер – олигопараксилилен-N,N’-4,4’-дипиридил (далее поливиологен).

Наиболее активные электроды были получены при сорбции поливиологена из электродов на основе гидрогеназы из T.

основе поливиологена, полипиррол- Рис. 3. Поляризационная кривая окисления водорода в виологена и электрода с гидрогеназой, поливиологена, полипиррол-виологена и электрода с иммобилизованной непосредственно на углеродную ткань. Во втором и третьем случаях при потенциалах выше 200 мВ, стационарные токи не устанавливаются – происходит постоянное снижение величины тока. Например, при потенциале 250 мВ ток снижается более чем на 20% за 10 минут. На электродах на основе поливиологена подобный эффект наблюдается при потенциалах более 550 мВ, что свидетельствует о большей стабильности электрода данного типа при высоких перенапряжениях.

Электроды, модифицированные полипиррол-виологеном, уступают в активности при низких потенциалах до 80 мВ и менее стабильны при высоких перенапряжениях.

адсорбированного из ацетонитрила поливиологена позволяет получить высокоактивные водородные ферментные электроды. Несмотря на то, что ток окисления водорода при потенциале 200 мВ уступает электродам на основе полипиррол-виологена, диапазон потенциалов, в котором электрод остается стабильным, расширен до 550 мВ.

биоэлектрокатализа гидрогеназами Из литературы известно, что некоторые азины, являющиеся субстратами для гидрогеназы, способны полимеризоваться с образованием положительно заряженных слоёв на поверхности электрода [7]. В работе был использован азиновый краситель нейтральный красный, который способен электрополимеризоваться на графитовых электродах с образованием положительно заряженного слоя полимера, поскольку он коммерчески доступным реактивом с низкой токсичностью.

На циклической вольтамперограмме окисления нейтрального красного, а в области потенциалов от -0.8 до 0.4 В область потенциалов от -0.8 до -0.2 В, в эту область попадает равновесный электрополимеризованного нейтрального красного на водородный потенциал (-0.635 В при pH 7,0).

электрополимеризованного нейтрального влияние на плотность тока окисления водорода (рис. 4б). Увеличение толщины окисления водорода на гидрогеназном электроде. Это, по-видимому, связанно с ферментных электродах от количества циклов ориентированного на электроде. Последующее увеличение толщины слоя (более циклов) приводит к увеличению сопротивления слоя полимера, и данный процесс начинает лимитировать скорость ферментативной реакции.

Значение максимальной плотности тока окисления водорода для электрода, модифицированного нейтральным красным (25 циклов), превосходит аналогичное для электродов с непредобработанной поверхностью в 4-5 раз во всей области потенциалов.

Таким образом, использование нейтрального красного для дизайна поверхности электрокатализаторы окисления водорода. Максимальный ток окисления водорода достигается при толщине слоя, соответствующем 25 циклам электрополимеризации нейтрального красного, и составляет 850 мкА/см2 при потенциале 200 мВ.

4.2.3. Дизайн поверхности электрода с использованием метода пограничной полимеризации Описанные выше методы модификации поверхности углеродных электродов электрополимеризацией различных мономеров, несмотря на получение хорошо электрохимической стадии, требующей специального оборудования и затрудняющей получение электродов больших размеров. В то же время метод сорбции полимера занимает значительное количество времени – часы и сутки по сравнению с десятками минут электрохимических методов. Для преодоления указанных недостатков было производных, разработанный в лаборатории проводящих полимеров Института нефтехимического синтеза им. Топчиева РАН [8]. В оптимальных условиях он позволяет получать в ходе синтеза полианилин, электропроводности. При этом нет вольтамперной кривой полученных поверхности, обладающие значением рН Рис. 5. Циклическая вольтамперограмма для образца:

ниже нейтрального, перед нанесением либо аммиаком до нейтральной реакции.

При этом образцы, при нейтрализации которых использовалась вода, в целом нейтрализованные аммиаком. Образцы на основе различных тканей демонстрируют, как правило, близкие значения плотностей тока. Это объясняется тем, что пленка полимера, образуемая на поверхности материала, имеет значительную толщину, нивелирующую разницу между реальными размерами тканей.

поверхности ткани ТВШ-300М, содержание мономера в исходном растворе 0,05 моль/л, немодифицированной полимерами ткани.

создания гидрогеназных электродов.

Максимальная плотность тока окисления полипиррол-виологена (), дианилин-виологена, водорода составила 650 мкА/см2. и немодифицированной полимерами ткани ().

4.2.4. Композитные электроды Одним из способов повышения плотности тока окисления водорода на ферментных электродах является создание многослойных электродов. Для этой цели использовались лапонит (глина состава [Si8Mg5.5Li0.5O20(OH)4]0.7- (Na0.7+, nH2O), синтетический аналог минерала гекторита), сульфоантрахиноновая глина, углеродные сажи и нанотрубки.

В водном растворе фермента лапонит образует коллоид, который при высыхании захватывает фермент внутрь образующихся пор, образуя фермент содержащую плёнку.

Лапонит не обладает электронной проводимостью, поэтому при иммобилизации гидрогеназы в лапонит использовали виологен-содержащий медиатор. Значительных стационарных токов окисления водорода при использовании лапонита наблюдать не удалось.

проводящие поверхности с высоким коэффициентом шероховатости открыла путь к использованию их для иммобилизации ферментов при создании ТЭ и биосенсоров. В данной работе были разработаны и исследованы характеристики электродов на основе различных углеродных частиц. Использовались углеродные сажи Vulkan XC 72 и XC 72x (220-250 м2/г), повсеместно применяющиеся для создания низкотемпературных ТЭ на основе металлов платиновой группы, одно- и многостенные нанотрубки. Наиболее активные электроды удалось получить для сажи Vulkan XC72, распыленной на пирографите. В отсутствии поливиологена ток составил 200мкА/см2. При добавлении последнего ток достигает 750-800 мкА/см2, потенциал разомкнутой цепи – 1-5 мВ.

Добавление нафиона в раствор сажи при распылении стабилизирует электрод, но его активность резко падает. Также электроды данного типа отличаются невысокой стабильностью (при хранении теряют 50% активности в течение 48 часов) и крайне низкой воспроизводимостью.

Одним из их главных достоинств слоистых анион-обменных глин состава Zn2Cr(OH)6 (в англоязычно литературе принято обозначение подобных соединений layered double hydroxide, LDH) является способность захватывать различные отрицательно заряженные молекулы, в частности медиаторы, например, такие как антрахинон [9] и ABTS [10]. Это свойство широко применяется для создания ферментных электродов на основе лакказы [11], пероксидазы [10], каталазы [12], щелочной фосфатазы [13] и др. В работе была использована глина Zn2Cr(OH)6 с медиатором сульфоантрахиноном, поскольку его потенциал полуволны лежит в требуемом для гидрогеназы диапазоне [9].

На электроды наносили несколько слоев смеси фермента (1мг/мл) с глиной ( мг/мл) в разных соотношениях. Для стабилизации поверхности использовали глутаровый альдегид. Плотность тока окисления водорода достигает максимума для 4-х слойных электродов и составляет 320 мкА/см2.

Таким образом, в данной работе не удалось разработать метод создания многослойных композитных электродов, превосходящих по своей активности и стабильности электроды, разработанные нами ранее. Наилучшим соотношением активности и стабильности обладали электроды на основе сажи Vulkan XC72.

4.3. Биоэлектрокатализ NAD-зависимой гидрогеназой Вовлечение в биоэлектрокатализ гидрогеназ различных типов – один из путей создания новых электродов для биоТЭ. NAD(P)-зависимые гидрогеназы – четырехсубъединичные ферменты, обладающие NAD(P)+-редуктазной активностью.

Структура гидрогеназного димера аналогична строению [NiFe]-гидрогеназ, однако, перенос электрона осуществляется не к поверхности фермента, а к NAD(P)+восстанавливающему центру двух других субъединиц. Интерес к подобным гидрогеназам вызван не только перспективами их использования в ТЭ, но и потенциальной возможностью их применения для биоэлектросинтеза. В данной работе модифицированной полипиррол-виологеном.

точностью до нескольких мВ достигается При положительных перенапряжениях иммобилизованной гидрогеназой из Pyrococcus наблюдаются значительные токи окисления водорода (рис. 8). Максимальный ток окисления 4.4. Технологические характеристики Рис. 8. Зависимость стационарных токов большое значение имеет влияние рН рабочего из Pyrococcus furiosus в атмосфере водорода раствора на характеристики электродов. Были активного фермента ().

исследованы рН-зависимости для электродов с гидрогеназой из T. roseopersicina, иммобилизованной на гидрофилизованную ткань ТВШ и на ткань ЛШГ, модифицированную полипиррол-виологеном. Зависимости имеют колоколообразный вид с максимумом в диапазоне рН от 6,0 до 7,0. При рН 5,0 оба типа электродов сохраняют около 70% активности, но при возвращении рН к семи электроды на основе гидрофилизованной ткани демонстрируют 85% начальной активности, а электроды, модифицированные полипиррол-виологеном – 100% начальной активности.

Похожая закономерность наблюдается и при переходе рН 7-8-7. Электроды без полимера сохраняют около 60% активности, электроды с полимером – 95-100% активности.

Объяснением является, по-видимому, бльшая десорбция гидрогеназы с поверхности электродов без полимеров.

В низкотемпературных водород-кислородных топливных элементах не удаётся разделенными протон проницаемой мембраной. Несмотря на то, что гидрогеназа не Рис. 9. Влияние содержания воздуха в смеси водород-воздух на активность электродов с гидрогеназой из T.

roseopersicina (слева: () - кислород, () - аргон.) и D.baculatum (справа).

ингибитором фермента. Для [NiFe]-гидрогеназ, как правило, это обратимый процесс, но практическому применению гидрогеназ.

потенциала разомкнутой цепи в положительную область и уменьшение величины анодных токов. Зависимости тока окисления водорода на ферментных электродах от соотношения воздух:водород в газовой смеси для различных гидрогеназ представлены на рис. 9.

Для обоих ферментов наблюдается линейное уменьшение анодных токов при увеличении содержания кислорода. При этом его значение стабильно во всех точках.

концентрации кислорода 5% электроды необратимо теряют 50% своей активности. Для концентрации кислорода до 5%.

В растворе гидрогеназа из T. roseopersicina необратимо теряет 100% активности в присутствии 1 % кислорода из-за окисления активного центра. Однако, как показано выше, при иммобилизации на поверхности электрода, ее стабильность увеличивается.

Объяснением этого явления может служить реактивация катализатора электронами, предоставленными электродом. При этом часть восстановительных эквивалентов водорода должны расходоваться на этот процесс. В этом случае снижение анодных токов в присутствии кислорода должно превышать аналогичные значения в присутствии инертного газа, что подтверждается экспериментальными данными (см. рис. 9).

течение не менее, чем 20 минут.

наблюдается постепенное повышение значительному расширению температурного диапазона гидрогеназы из D. baculatum. В растворе этот фермент теряет 100 % активности при 50оС в течение примерно 10 минут.

Наибольшая активность гидрогеназы из T. roseopersicina наблюдается при 80оC.

При данной температуре электроды сохраняют более 80% начальной активности в течение минимум 8 часов.

Таким образом, проведено исследование активности ферментных электродов в широком диапазоне температур, рН и концентраций кислорода в смеси с водородом.

Показано, что электроды на основе гидрогеназы из T. roseopersicina подходят для создания топливных элементов, т.к. сохраняют высокую активность при непрерывном окислении водорода в различных условиях в течение длительного времени.

4.5. Применение ферментных электродов для создания водородного биосенсора В работе была исследована зависимость активности ферментных электродов с гидрогеназами из T.roseopersicina и D. baculatum от концентрации водорода в газовой амперометрических режимах (рис. 11).

В амперометрическом режиме полученная зависимость для обоих ферментов имеет нелинейный характер и описывается гиперболическим уравнением, что характерно для гетерогенных процессов. Такой же вид зависимости был получен для платины при рН 7.

Для платины при рН 1 зависимость линейная. При концентрациях водорода менее 30% ток окисления водорода на электродах с D. baculatum практически не уступает току окисления на платине при рН 7 (отличие составляет менее 5%) и превышает ток окисления на платине при рН 1.

Отличие зависимости стандартного потенциала от теоретической прямой с углом наклона – 29 мВ в потенциометрическом режиме объясняется падением токов обмена для Рис. 11. Зависимость стандартного потенциала (слева) и максимального тока окисления (справа) от концентрации водорода для ферментных и платиновых электродов.

реакции окисления водорода при понижении концентрации последнего. При этом растет вклад фоновых токов окисления кислорода. Как видно из рисунка, отклонения характерны как для ферментных электродов, так и для платиновых. При низких концентрациях водорода (менее 3 %) стандартный потенциал на платине не устанавливался в течение 300 секунд, в то время как на ферментных электродах он устанавливался менее, чем за 100 секунд. Таким образом, показана применимость гидрогеназных топливных электродов, модифицированных полипиррол-виологеном, с гидрогеназами из T. roseopersicina и D. baculatum для определения концентрации водорода.

4.6. Поглощение водорода, продуцируемого микроорганизмами Биологический водород возможно получать при помощи как фото- так и гетеротрофных микроорганизмов. При этом вне зависимости от типа используемых микроорганизмов встаёт проблема удаления водорода из биореакторов для уменьшения эффекта автоингибирования без нарушения условий культивирования. В связи с этим, по мнению автора, наиболее перспективным представляется получение на выходе из биореактора непосредственно электроэнергии, а не промежуточных трудно хранимых интермедиатов, одним из которых, по сути, является водород. Лучшим решением этой проблемы является совмещение в одном пространстве водородного топливного элемента с реактором, в котором культивируются водород синтезирующие микроорганизмы.

4.6.1. Фототрофные микроорганизмы Для объединения ферментного электрода и фотобиореактора была разработана установка, в которой культуральная жидкость прокачивалась перистальтическим насосом через ячейку с электродом с иммобилизованной гидрогеназой из T.roseopersicina. В работе использовалась пурпурная несерная бактерия Rhodobacter capsulatus. Скорость продукции водорода составляла 0,5 мл в час на литр среды. При наполнении ячейки культуральной жидкостью изучали изменение тока во времени при перенапряжении мВ относительно потенциала разомкнутой цепи. Показано, что ферментный электрод сохраняет более 60% первоначальной активности в течение 26 суток при поглощении водорода из фотобиореактора без какой-либо предобработки.

4.6.2. Гетеротрофные микроорганизмы микроорганизмов, выделенный из химуса толстого кишечника крупного рогатого скота.

Скорость производства водорода используемым консорциумом при периодическом культивировании составляла: на целлюлозе 13 мМ Н2/л среды за 168 часов культивирования, на глюкозе 27 мМ Н2/л среды за 12 часов культивирования.

Температура культивирования составляла 60оС. Концентрация водорода в газовой фазе достигала 21-24%.

Была разработана установка, объединяющая биореактор и ферментный ТЭ, схема которой представлена на рис. 12. В качестве кислородного электрода использовалась платина.

Рис 12. Схема и фото разработанной установки, совмещающей биореактор и ферментный топливный элемент (1 – контакт ферментного электрода, 2 – кислородный электрод, 3 – воздушный шланг, 4 – мембрана для отбора проб в процессе эксперимента, 5 – система сброса избыточного давления, 6 – Культивация проводилась в стационарном режиме в течение от 3 (при использовании в качестве источника углерода глюкозы) до 7 (при использовании бумаги) дней. После посева и удаления кислорода проводили измерение потенциала разомкнутой цепи. Снижение этого значения является показателем появления в среде водорода.

Заметное падение потенциала наблюдается при содержании водорода в газовой фазе менее 0,1 %. Практически полная активация наблюдается в среднем через 12-16 часов после посева. Содержание водорода в газовой фазе через указанный промежуток времени составляет от 10 до 24 % в зависимости от условий.

представлена на рис. 13. Отличие потенциала разомкнутой цепи от теоретического объясняется снижением рН бактериальной среды до 5, что приводит к снижению активности гидрогеназы, относительно низкой активностью платины в реакции восстановления кислорода при рН 5 и использованием для продувки кислородного электрода воздуха, а не чистого кислорода. Максимальная мощность составила 200 мкВт.

Зависимость мощности от потенциала представлена на рис. 14.

кислородного ТЭ, совмещенного с биореактором с перенапряжения водород-кислородного ТЭ, гидрогеназу в работе было предложено использовать углеродный войлок вместо традиционных тканей. Этот материал имеет чем для тканевых электродов.

На рис. 15 представлены данные непрерывного измерения электрохимической активности электродов при постоянной нагрузке после максимальной активации ферментного электрода (примерно через 15 часов после посева) в течение 70 часов.

Нагрузка была подобрана таким образом, чтобы перенапряжение достигало 200 мВ относительно потенциала разомкнутой цепи. Данные снимались в непрерывном режиме каждые 0,1 сек., на графике представлены усредненные данные за каждые два часа.

Падение до активности 70% от начального значения в течение первых 10 часов обусловлено, предположительно, снижением рН, удалением плохо связанного и легко доступного для разрушения фермента с поверхности электрода. К десятому часу значение тока стабилизируется и остаётся практически без изменений. Небольшие колебания в районе 25-30 и 50 часов объясняются снижением окружающей температуры, поскольку раз в сутки реактор изымался из термостата для проведения процедур контроля рН, газовой фазы, пространства кислородного электрода и т.д.

Таким образом, показано, что разработанный ферментный электрод на основе гидрогеназ может быть успешно использован для поглощения водорода из среды действия фото- и гетеротрофных микроорганизмов. Максимальная мощность составила 200 мкВт/см2. Топливный элемент сохраняет не менее 70 % первоначальной активности в течение не менее чем 70 часов (95 часов с момента посева).

1. Разработаны новые высокоактивные гидрогеназные электроды путем иммобилизации ферментов поверх электроактивных полимеров, содержащих аналоги их субстратов.

Кроме повышения электрокаталитической активности, достигнуты расширение диапазона потенциалов ферментных электродов (с 200 до 550 мВ) и стабильность в широком диапазоне температур (до 90оС). На основании расчета соотношения каталитических констант и количества адсорбируемого фермента показано, что наблюдаемые значения плотностей тока окисления водорода являются предельно возможными для прямого биоэлектрокатализа гидрогеназами.

2. На основе ферментных электродов создан биосенсор на водород, функционирующий как в потенцио-, так и амперометрическом режимах в диапазоне концентраций от 0,5 до 100%. При концентрации водорода менее 10% наблюдаемые на ферментных электродах плотности тока практически не уступают аналогичным значениям для платиновых электродов низкотемпературных топливных элементов.

3. Впервые реализован биоэлектрокатализ NAD-зависимой гидрогеназой. Максимальная активность электродов наблюдалась при 75оС, рН 5. Плотность тока окисления водорода при этих условиях составила 0,4 мА/см2.

4. Показана возможность функционирования ферментных электродов в среде действия фото- и гетеротрофных микроорганизмов в течение не менее 600 часов для фото- и не менее 168 часов для гетеротрофов.

5. Разработан лабораторный прототип установки, включающий топливный элемент и биореактор с гетеротрофными микроорганизмами, продуцирующими водород при переработке бумажных отходов. Мощность установки составила 0,2 мВт/см2, время непрерывного функционирования – более 70 часов.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Морозов, С.В., Водородный топливный электрод на основе ферментов. Дисс. канд.

хим. наук. 2003, Москва: МГУ. 159.

2. Дамаскин, Б.Б., et al., Введение в электрохимическую кинетику. 1983, М.: Высш.

3. Феттер, К., Электрохимическая кинетика. 1967, М.: Химия. 856.

Gu, Z.J., et al., J. Am. Chem. Soc., 1996. 118 (45): p. 11155.

Задворный, О.А., et al., Биохимия, 2004. 69(2): p. 204.

Noda, K., et al., Thin Solid Films, 1998. 327–329: p. Karyakin, A.A., et al., Electroanalysis, 1999. 11(8): p. 553.

Orlov, A.V., et al., Polymer Science, Ser. A, 2008. 50: p. 1021.

Mousty, C., et al., J. Electroanal. Chem., 1994. 374: p. 63.

Shan, D., et al., Biosens. Bioelectron., 2004. 20: p. 390.

10.

Ding, S.-N., et al., Journal of Power Sources, 2010. 195: p. 4714.

11.

Chen, H., et al., Materials Science and Engineering: C, 2008. 28: p. 726.

12.

Mousty, C., et al., Sensors and Actuators B: Chemical, 2008. 133: p. 442.

13.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Morozov S.V., Voronin O.G., Karyakina E.E., Zorin N.A., Cosnier S., A.A. Karyakin.

Tolerance to oxygen of hydrogen enzyme electrodes. // Electrochemistry Communications, 8, 2006, 851–854.

2. Морозов С.В., Воронин О.Г., Карякина Е.Е., Карякин А.А. Водородные топливные электроды на основе ферментов. Нано- и микросистемная техника, 2006, 5, 9-13.

3. Voronin O.G., van Haaster D.J., Karyakina E.E., Hagen W.R., Karyakin A.A.. Direct Bioelectrocatalysis by NADP-Reducing Hydrogenase from Pyrococcus furiosus. // Electroanalysis, 19, 2007, No. 21, 2264 – 2266.

4. Цыганков А.А., Минаков Е.А., Зорин Н.А., Гостева К.С., Воронин О.Г., Карякин А.А.. Об Измерении pН-Зависимости Активности Гидрогеназ. // Биохимия, 2007, том 72, вып. 9, с. 1189 – 1195.

5. Karyakin A.A., Morozov S.V., Voronin O.G., Zorin N.A., Karyakina E.E., Fateyev V.N., Cosnier S.. The Limiting Performance Characteristics in Bioelectrocatalysis of Hydrogenase Enzymes. // Angewandte Chemie, 2007, 119, 7382-7384.

6. Нетрусов А.И., Карякин А.А., Тепляков В.В., Шалыгин М.Г., Воронин О.Г., Абрамов С.М., Садраддинова Э.Р., Митрофанова Т.И., Глазунова Е.В., Шестаков А.И.

целлюлозосодержащих отходов в электроэнергию через промежуточное образование биоводорода. // «Катализ в промышленности», 2010, 5, 77-83.

7. О.Г. Воронин, С.В. Морозов, Н.А. Зорин, А.А. Карякин, Гидрогеназный электрод для топливных элементов. Всероссийский симпозиум «Биотехнология микробов», Москва, 2005 г. (тезисы докладов стр.17).

8. Цыганков А.А., Лауринавичене Т.В., Зорин Н.А., Морозов С.В., Воронин О.Г., Гостева К.С., А.А. Карякин. Новый топливный элемент для биоконверсии энергии возобновляемых источников через промежуточное образование водорода. Всероссийская конференция «Преобразование энергии света при фотосинтезе», Пущино, Россия, 2005 г.

(тезисы докладов стр. 80).

9. Воронин О.Г., Морозов С.В., Карякин А.А. Применение поливиологенов для усовершенствования водородного ферментного электрода. Конференция «Ломоносов – 2005», МГУ им. Ломоносова, Москва, 2005г. (тезисы докладов, том 1, стр. 67).

10. Воронин О.Г. Биосенсор на основе иммобилизованной гидрогеназы для детекции водорода. Конференция «Ломоносов – 2006», МГУ им. Ломоносова, Москва, 2006 г.

(тезисы докладов, том 1, стр.14).

11. Voronin O.G., Morozov S.V., Karyakina E.E., Karyakin A.A., Zorin N.A., Cosnier S..

Polyviologen for hydrogen enzyme electrodes development 18-й Международный Симпозиум по Биоэлектрохимии и Биоэнергетике, Куимбра (Cuimbra), Португалия, г. (тезисы докладов стр. 29).

12. Воронин О.Г., Морозов С.В., Зорин Н.А., Карякин А.А.. Применение гидрогеназ из различных источников для создания водородного топливного электрода. Всероссийская конференция «Преобразование энергии света при фотосинтезе», Пущино, Россия, 2005 г.

(тезисы докладов стр. 77).

13. Воронин О.Г. Возможные области применения водородного топливного электрода на основе ферментов гидрогеназ. Сборник «Работы молодых специалистов по конкурсу «Водородная энергетика», Москва, 2006 г.

14. Воронин О.Г., Морозов С.В., Григорьев С.А., Притуленко Е.Г., Самсонов Д.П., Вагин М.Ю., Карякин А.А., Фатеев В.Н.Ферментативный катализ в электрохимических системах с ТПЭ. Международный Форум «Водородные технологии для производства энергии», Москва 2006 г.

15. Воронин О.Г., Морозов С.В., Карякин А.А. Водородные топливные электроды на основе различных гидрогеназ. Международная школа-конференция молодых ученых в рамках Международного Симпозиума «ЕС-Россия: перспективы сотрудничества в области биотехнологии в 7-ой Рамочной Программе», Санкт-Петербург, 2006.

16. Воронин О.Г., Косньер С., Карякин А.А. Биосенсор для определения концентрации глюкозы на основе электрополимеризованного пиррола и берлинской лазури. Вторая всероссийская конференция по аналитической химии «Аналитика России», Краснодар, 2007 (тезисы докладов, стр. 74).

17. Федотенков Ф.А., Воронин О.Г., Карякин А.А. Биоэлектрокатализ гидрогеназами из различных источников. Четвертый Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» Москва, 2008 (тезисы докладов, том 2, стр. 275-276).

18. Орлов А.В., Киселева С.Г., Воронин О.Г., Карякин А.А., Карпачева Г.П Виологенсодержащие полианилины: синтез, перспективы применения. VI Всероссийская Каргинская конференция "Наука о полимерах 21-му веку", Москва, МГУ, 29-2 февраля 2007 г., (тезисы устных и стендовых докладов, т. 2, с. 154).

19. Киселева С.Г., Федотенков Ф.А., Воронин О.Г., Орлов А.В., Карпачева Г.П., Карякин А.А. Водородные ферментные электроды на основе виологенсодержащего полианилина. XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Москва 2007.

(тезисы докладов. т. 3. с. 186).

20. Karpacheva G.P., Voronin O.G., Karyakin A.A., Orlov A.V., Kiseleva S.G., Fedotenkov F.A. Hydrogen composite electrodes based on viologen containing polyaniline and enzyme hydrogenaze. Abstracts of X International conference Hydrogen materials science and chemistry of carbon materials AHEU, Kiev, 2007, (book of abstracts, p.920-921).

21. Воронин О.Г. Использование водородного электрода на основе ферментов для утилизации биоводорода, полученного при микробиологической переработке органических отходов. II научно-практическая конференция «Перспективы развития инноваций в биологии». Москва, МГУ, 5-6 ноября 2008 г.

22. Karyakin A.A., Voronin O.G., Fedotenkov F.A., Karyakina E.E. Hydrogen electrodes based on limiting characteristics of enzymes in bioelectrocatalysis. 59 Meeting of International Society of Electrochemistry (ISE Meeting), Seville, September, 7-12 (2008).

23. Воронин О.Г., Карякин А.А. Высокоактивные электроды для топливных элементов на основе нанослоев электроактивных полимеров и ферментов. Первый международный Форум по нанотехнологиям, Москва, 3-5 декабря, 2008.

24. Воронин О.Г., Абрамов С..М., Карякин А.А. Высокоактивные водородные микробиологической переработке органических отходов. Пятый Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Москва, 2009 (сборник работ стр. 316-317).

25. Vokhmyanina D.V., Fedotenkov F.A., Voronin O.G., Karyakin A.A. Bioelectrocatalysis by hydrogenase enzymes. Application of hydrogen enzyme electrodes for organic raw material conversion to energy. The Second International Competition of Scientific Papers in Nanotechnology for Young Researchers, Moscow, 2009 (abstracts, p. 677-679).

26. Karyakin A., Voronin O., Fedotenkov F., Vokhmyanina D., Trashin S., Karyakina E.

Bioelectrocatalysis: Achievement of Limiting Enzyme Performance Characteristics in Acceleration of Electrode Reactions. The 12th International and the first Sino-Japan bilateral symposium on Electroanalytical Chemistry, August 12-15, Changchun, China, 2009, (book of abstracts p. 53-54).

27. Karyakin A., Voronin O., Fedotenkov F., Trashin S., Vinogradova D.V., Karyakina E.

Limiting characteristics of enzymes in bioelectrocatalysis. 7th Spring Meeting of International Society of Electrochemistry. 22-25 March, Szczyrk, Poland, 2009, (book of abstracts, p.77).

28. Вохмянина Д.В., Федотенков Ф.А., Воронин О.Г., Карякин А.А. Водородные ферментные топливные электроды на основе виологенсодержащих полимеров. XIX Менделеевская конференция молодых ученых, Санкт-Петербург, 2009, (сборник работ, стр. 131).

29. Нетрусов А.И., Шестаков А.И., Воронин О.Г. Разработка технологии получения биотоплив из органического сырья и отходов. Московская международная научнопрактическая конференция «Биотехнология: экология крупных городов», Москва, (сборник работ стр. 293-294).

30. Voronin O., Abramov S., Shestakov A., Fedotenkov F., Karyakin A. Bioconversion of cellulose containing waste into electricity through the intermediate microbial production of hydrogen. The 9th International Hydrogenase Conference, Uppsala, Sweden, 2010 (book of abstracts, p. 137).

31. Shastik E.S., Vokhmyanina D.V., Zorin N.A., Voronin O.G., Karyakin A.A., Tsygankov A.A. Combination of microbial hydrogen with its consumption by hydrogen electrode. The 9th International Hydrogenase Conference, Uppsala, Sweden, 2010 (book of abstracts, p. 130).

32. Voronin O., Abramov S., Shestakov A., Fedotenkov F., Karyakin A. Electrodes based on immobilized hydrogenase for oxidation of biohydrogen produced from cellulose containing waste. Electrochemistry 2010: From microscopic understanding to global impact, Bochum, Germany, 2010 (book of abstracts, p. 199).



 
Похожие работы:

«ГАДОМСКИЙ Святослав Ярославович ИЗУЧЕНИЕ ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ СЕМИХИНОННЫХ РАДИКАЛОВ ПО НЕСТАЦИОНАРНОЙ КИНЕТИКЕ ЦЕПНЫХ РЕАКЦИЙ ХИНОНИМИНОВ С ГИДРОХИНОНАМИ 02.00.04 - физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка – 2010 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор химических наук Варламов Владимир Трофимович Официальные оппоненты : доктор химических наук Касаикина Ольга...»

«ТРОШИНА Олеся Анатольевна ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ 02.00.04 – Физическая химия 02.00.03 – Органическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка-2007 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Любовская Римма Николаевна Официальные оппоненты : доктор...»

«Фесенко Анастасия Андреевна СИНТЕЗ 2,5-ДИФУНКЦИОНАЛЬНО ЗАМЕЩЕННЫХ ГИДРИРОВАННЫХ ПИРИМИДИНОВ И РОДСТВЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва, 2007 Работа выполнена на кафедре органической химии Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова Научный руководитель : Доктор химических наук, профессор Шуталев Анатолий Дмитриевич Официальные оппоненты :...»

«ИОЩЕНКО ЮЛИЯ ПАВЛОВНА ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ХИТОЗАНА С БЕЛКАМИ И ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИМИ ПОЛИМЕРАМИ Специальность 02.00.06 – Высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2006 www.sp-department.ru 2 Работа выполнена на кафедре Химическая технология полимеров и промышленная экология Волжского политехнического института (филиал) Волгоградского государственного технического...»

«Галяутдинова Алсу Фердинандовна ПОЛИМЕРЫ НА ОСНОВЕ ПРОСТОГО ПОЛИЭФИРА, АРОМАТИЧЕСКИХ ИЗОЦИАНАТОВ И ОКТАМЕТИЛЦИКЛОТЕТРАСИЛОКСАНА Специальность 02.00.06 –Высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук МОСКВА-2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Казанский государственный технологический университет (ГОУ ВПО КГТУ) Научный руководитель : кандидат...»

«Цветков Дмитрий Сергеевич Термодинамика разупорядочения, электро- и массоперенос в перовскитоподобных оксидах GdBaCo2-xFexO6- (x=0, 0.2) 02.00.04 – физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Екатеринбург – 2010 1 Работа выполнена на кафедре физической химии ГОУ ВПО “Уральский государственный университет им. А.М. Горького” Научный руководитель : кандидат химических наук, доцент Зуев А.Ю. Официальные оппоненты : доктор...»

«Подколзин Иван Владимирович МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ И ДИСПЕРСИОННАЯ ЖИДКОСТНО-ЖИДКОСТНАЯ МИКРОЭКСТРАКЦИЯ НЕКОТОРЫХ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 02.00.02 – аналитическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Саратов 2013 2 Работа выполнена на кафедре химии Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых Научный руководитель...»

«УЛИХИН Артем Сергеевич ТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА ПЕРХЛОРАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ И КОМПОЗИЦИОННЫХ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ 02.00.21 – химия твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Новосибирск – 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН Научный руководитель : доктор химических наук Уваров Николай Фавстович Учреждение Российской академии...»

«МАРТЬЯНОВ Евгений Михайлович ДИТИОФОСФОРИЛИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ЭНАНТИОЧИСТЫХ И РАЦЕМИЧЕСКИХ ОДНО- И МНОГОАТОМНЫХ СПИРТОВ, ФЕНОЛОВ И АМИНОВ 02.00.08 - химия элементоорганических соединений Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук Казань - 2013 Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганических соединений и в лаборатории фосфорорганических соединений отдела химии элементоорганических соединений Химического института им....»

«Саяпин Юрий Анатольевич СИНТЕЗ 2-(ХИНОЛИН-2-ИЛ)ТРОПОЛОНОВ И НОВЫХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ РЕАКЦИЙ О-ХИНОНОВ С МЕТИЛЕНАКТИВНЫМИ ГЕТЕРОЦИКЛАМИ 02.00.03 – органическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Ростов-на-Дону – 2006 2 Работа выполнена в НИИ физической и органической химии Ростовского государственного университета Научный руководитель : доктор химических наук, старший научный сотрудник, Комиссаров Виталий...»

«ФАДЕЕВ ~рей Геннадьевич МОЛЕКУЛЯРНАЯ ПОДВИЖНОСfЬ И ПЕРВАПОРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРЕБНЕОБРАЗНЫХ ПОЛИМЕРОВ С ФТОРАЛКИЛЬНЫМИ БОКОВЫМИ ГРУППАМИ. 02.00.06 - Химия высокомолекулярных соединений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. Москва, 1995 г. www.sp-department.ru Рабоrа выполнена в лаборатории поJJИМерных мембран ИнСТИiуrа...»

«Караванова Юлия Алексеевна ПЕРЕНОС ПРОТОНОВ И КАТИОНОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ (Li, Na, K, Rb, Cs) В ПОВЕРХНОСТНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ КАТИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАНАХ МК-40 02.00.04 –физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН Чл.-корр. РАН, профессор Научный руководитель : Ярославцев Андрей Борисович Официальные...»

«БЫЧКОВ Алексей Леонидович Механическая активация ферментативного гидролиза полимеров биомассы дрожжей 02.00.21 – химия твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Новосибирск – 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН доктор химических наук, профессор Научный руководитель Ломовский Олег Иванович доктор химических наук, профессор Официальные...»

«Дрожжин Олег Андреевич Новые сложные перовскитоподобные оксиды кобальта Специальность 02.00.04 - физическая химия 02.00.01 - неорганическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка - 2009 Работа выполнена в Институте Проблем Химической Физики РАН, на химическом факультете Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова. Научные руководители: доктор химических наук Добровольский Юрий Анатольевич, доктор...»

«ВАСИЛЬЕВА Марина Юрьевна ОСОБЕННОСТИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ЭТИЛЕНА НА БИС(ФЕНОКСИИМИННЫХ) КОМПЛЕКСАХ ТИТАНА РАЗЛИЧНОГО СТРОЕНИЯ Специальность 02.00.06 - высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Санкт-Петербург 2009 www.sp-department.ru 2 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Санкт-Петербургском филиале Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Научный руководитель :...»

«КОСОЛАПОВА ЛИЛИЯ СЕРГЕЕВНА СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА НОВЫХ ТИОПРОИЗВОДНЫХ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОЦИКЛОВ НА БАЗЕ 3-ПИРРОЛИН-2-ОНА 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Казань – 2013 2 Работа выполнена на кафедре органической химии Химического института им. А.М. Бутлерова федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования Казанский (Приволжский)...»

«Рыкунов Алексей Александрович ПЕРЕНОСИМОСТЬ КВАНТОВО-ТОПОЛОГИЧЕСКИХ АТОМНЫХ И СВЯЗЕВЫХ ДЕСКРИПТОРОВ В РЯДУ ЗАМЕЩЕННЫХ ГИДРОПИРИМИДИНОВ специальность 02.00.04 — физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва — 2011 Работа выполнена на кафедре квантовой химии факультета естественных наук Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор...»

«Бредихин Роман Андреевич РЕАКЦИИ ПОЛИФТОРАРЕНТИОЛОВ С БРОМОМ И ГАЛОИДАЛКАНАМИ. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИФТОРАРЕНСУЛЬФОНИЛБРОМИДОВ И ИЗУЧЕНИЕ ИХ НЕКОТОРЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ (02.00.03 – Органическая химия) Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук Новосибирск – 2013 1 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Полифторароматические серосодержащие соединения находят применение в оптике, электронике, технике, биохимии, медицине и сельском хозяйстве. Одним из...»

«Дмитриев Максим Эдуардович АМИНО- И АМИДОАЛКИЛИРОВАНИЕ ГИДРОФОСФОРИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка – 2014 Работа выполнена в Лаборатории элементоорганических биоизостеров Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физиологически активных веществ Российской академии наук (ИФАВ РАН) Научный руководитель : Рагулин Валерий Владимирович кандидат...»

«Казакова Анна Владимировна НОВЫЕ НИЗКОРАЗМЕРНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПРОВОДНИКИ И СВЕРХПРОВОДНИКИ НА ОСНОВЕ КАТИОН-РАДИКАЛЬНЫХ СОЛЕЙ 02.00.04-физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка 2008 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Ягубский Эдуард Борисович Официальные оппоненты : доктор химических наук, профессор Абашев Георгий Георгиевич...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.