Создание бинарных полимерных композиций с повышенной иммобилизационной способностью для биофильтрации стоков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат наук Шелкунова Мария Владимировна

• Шелкунова Мария Владимировна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Шелкунова Мария Владимировна

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Аналитический обзор

1.1. Состояние проблемы по использованию биофильтрационных полимерных загрузок при очистке стоков на локальных сооружениях

1.2. Инновационные подходы при создании биодеградируемых полимерных композитов

1.3. Современное представление по иммобилизационной способности материалов - носителей биомассы

1.4. Технологические аспекты при переработке композитов с высоким содержанием природных полимеров 28 1.5 Влияние внешних факторов на физико-механические и эксплуатационные показатели бинарных композиций 36 ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы исследования 51 ГЛАВА 3. Экспериментальная часть

3.1. Получение бинарной полимерной композиции с использованием отработанной микроцеллюлозой со стадии рафинации растительных масел

3.2. Исследование структурных превращений при переработке полимерной бинарной композиции

3.3. Изучение физико-механических показателей и эксплуатационных свойств биофильтрационной загрузки при воздействии абиотических факторов 85 3.4 Создание биофильтрационной загрузки с высокой иммобилизационной способностью по отношению к биоценозу

активного ила

3.5. Эколого-технологические решения при создании модифицированных бинарных композитов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт о проведении испытаний по экструзионной переработке полиэтилена, модифицированного микроцеллюлозой

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о проведении испытаний по экструзионной переработке полиэтилена, модифицированного микроцеллюлозой

ПРИЛОЖЕНИЕ В Акт о проведении испытаний по экструзионной переработке полиэтилена, модифицированного отработанной микроцеллюлозой

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание бинарных полимерных композиций с повышенной иммобилизационной способностью для биофильтрации стоков»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. На современных локальных очистных сооружениях применяются плавающие биофильтрационные загрузки с различной конфигурацией, состоянием поверхности, иммобилизационной способностью, что способствует интенсификации процессов окисления, турбулизации потока и вымыванию избыточной биомассы.

На рынке представлен ассортимент биозагрузок как отечественного, так и зарубежного производства. Подавляющее их большинство изготавливается из полиолефинов и имеет сложную геометрию для придания иммобилизационной способности, что одновременно является недостатком, т.к. со временем приводит к заиливанию рабочих элементов с невозможностью их регенерации.

Актуальность проблемы при создании плавающей композитной биозагрузки заключается в создании фиксированной толщины биопленки, все слои которой должны быть досягаемы для кислорода и субстратов, а образовавшееся излишки биомассы должны самоочищаться без каких-либо механических повреждений.

Не менее важной проблемой является изготовление в высокоскоростном оборудовании под действием сдвиговых деформаций биозагрузки с высокой иммобилизационной способностью на основе БК, содержащей синтетические полимеры и неплавкие природные ПС при содержании не менее 30 мас. %. Экструзионная переработка БК ограничена узкими скоростными и температурным интервалами из-за высокой вязкости композиции и низкой термостойкости ПС.

Применение ОМЦ - адсорбента со стадии рафинирования и дезодорирования растительных масел, привлекательно для модификации «экокомпозитов» с заданными свойствами, т.к. в ее состав входят такие ценные компоненты как липиды, жирные кислоты, воска и др., а объемы образования в Воронежской области превышают 2 тыс. тонн в год.

Современная тенденция ресурсосбережения направлена на частичную замену, не менее 20 % серийного ПЭ на вторичные полимерные ресурсы.

В этой связи инновационным подходом является получение пористых элементов простой геометрической формы с высокой биоемкостью и возможностью самоочищения при использовании БК с полимерной матрицей на основе ПЭ, в том числе вторичного, а также ОМЦ в качестве модифицирующей добавки.

Степень разработанности темы. Загрузка «BюCЫp» с высокой иммобилизационной способностью производится в Германии с 2016 года, отечественный аналог загрузки имеет недостаточную биоемкость. Информации по составу и технологии изготовления биозагрузок и их иммобилизационной способности, крайне недостаточно. В недостаточной степени разработаны технология переработки БК и теоретические основы по воздействию сдвиговых деформаций при критических температурах переработки полимерных композитов с высоким содержанием ПС.

Цель работы: создание бинарной полимерной композиции с использованием трудносовместимых полиолефина и микроцеллюлозы для изготовления биозагрузки с высокой иммобилизационной способностью при селективной очистке стоков.

Для достижение цели потребовало решения следующих задач:

1. определение качественного и количественного состава биофильтрационных элементов на основе БК, включающей ПЭ и МЦ, в том числе ОМЦ со стадии рафинации растительных масел с учетом переработки в высокоскоростном оборудовании;

2. модификация БК при использовании ОМЦ, содержащей липиды, жирные кислоты и воска;

3. устранение термодеструктивных процессов в высокоскоростном экструзионном оборудовании при изготовлении модифицированной бинарной полимерной композиции с пористой структурой;

4. получение гранулированной биофильтрационной загрузки на основе модифицированной бинарной композиции (МБК), обладающей пористой структурой и иммобилизационной способностью по отношению к микроорганизмам активного ила;

5. изучение физико-механических показателей и эксплуатационных свойств МБК при воздействии абиотических факторов;

6. разработка эколого-технологических основ получения МБК с повышенной иммобилизационной способностью по отношению к микроорганизмам активного ила;

7. апробирование результатов исследований в опытно-промышленных условиях.

Научная новизна. Созданы научно-практические подходы получения и переработки БК при использовании трудносовместимых полимеров: ПЭ и МЦ для изготовления элементов биофильтрационной загрузки с высокой иммобилизационной способностью (соответствует формуле специальности, пункт 1).

Установлено, что максимальное содержание МЦ в БК не должно превышать 30 об.%, что лимитируется реологическим поведением при высоких скоростях сдвига, продолжительностью воздействия при критических параметрах переработки и прочностными показателями при воздействии абиотических факторов (соответствует области исследований, пункт 1).

Выявлено, что модификация БК с использованием ОМЦ не более 15 об.%, содержащей липиды, оказывает пластифицирующий эффект при экструзионной переработке и обеспечивает иммобилизационную способность биозагрузки (соответствует области исследований, пункт 2).

Утилизация ОМЦ, содержащей оксонеустойчивые загрязнения, в качестве модифицирующего компонента БК, позволяет снизить негативное воздействие на окружающую среду отходов со стадии рафинации растительных масел (соответствует области исследований, пункт 3.).

Теоретическая и практическая значимость работы:

- созданы эколого-технологические подходы получения БК на основе серийных термопластов и МЦ при использовании высокоскоростного экструзионного оборудования;

- проведена коррекция Бегли кривых течения БК и МБК и получено регрессионное уравнение, позволяющее спрогнозировать изменение напряжения сдвига от скорости сдвига в условиях экструзионной переработки;

- установлены температурные интервалы экструзионной переработки высоковязких БК с учетом их термостабильности;

- выявлено влияние абиотических факторов на композитный материал состава «ПЭ : МЦ», в том числе с частичной заменой на ОМЦ, содержащую липиды;

- получены опытно-промышленные образцы композитной биозагрузки с высокой биоемкостью и возможностью самоочищения элементов;

- разработана технологическая схема производства и даны рекомендации к промышленному получению композитной биозагрузки в высокоскоростном экструзионном оборудовании;

- предложен способ утилизации отхода масложировой промышленности - ОМЦ в качестве многофункциональной добавки к высоконаполненным полисахаридами полиолефинам.

Методология и методы исследований.

В основу исследований положено равномерное распределение в БК на основе гранулированного ПЭ марки ПВД-158030-020 порошкообразной МЦ марки Filtracell, а также пастообразной ОМЦ достигается при использовании лопастного смесителя марки и высокоэффективного компаундирования в двухшнековом экструдере марки STR-50D-40/600 при температуре 170 ± 2 °С.

Предложено, что методы исследований БК должны базироваться на комплексе современных физико-химических и инструментальных методов, позволяющих установить критические параметры переработки при высоких

скоростях сдвига, сравнимых с высокоскоростной экструзионной переработкой; выявить термолабильность при термическом воздействии в среде кислорода воздуха; определить морфологические показатели; физико-механические и эксплуатационные показатели при воздействии абиотических факторов.

Личный вклад автора. Вклад автора состоит в самостоятельном проведении исследований, обобщении данных, анализа полученных результатов, формулировании теоретической и практической значимости, научной новизны и выводов, а также в коллективном участии при получении экспериментальных образцов в опытно-промышленных условиях. Сформулированы цель и задачи при участии научного руководителя, проф. В.И. Корчагина. Обсуждение результатов для опубликования в печати проводилось совместно с научным руководителем и соавторами, в частности, доцентом Л.Н. Студеникиной. Автор выражает благодарность к.т.н., техническому директору ООО «БОР» Протасову Артему Викторовичу за помощь при получении экспериментальных образцов в промышленных условиях.

На защиту выносятся:

1) основные технологические аспекты при получении плавающей биозагрузки на основе БК с высокой пористостью и шероховатостью;

2) экспериментальные исследования по установлению оптимального состава БК, обеспечивающего необходимые эксплуатационные показатели при воздействии абиотических факторов;

3) теоретические зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига при деформировании через круглый капилляр БК и МБК;

4) методологический подход при получении гранулированной биофильтрационной загрузки, обладающей пористой структурой и иммобилизационной способностью;

5) анализ результатов исследований по влиянию абиотических факторов на прочностные, эксплуатационные и биологические показатели биозагрузки;

6) эколого-технологический подход получения биозагрузки при использовании в качестве модифицирующей добавки ОМЦ и апробирование их в опытно-промышленных условиях.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на конференциях: международной научно-практической конференции «Зеленая инфраструктура городской среды: современное состояние и перспективы развития» (Москва, 2017), IV международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности» (Воронеж, 2017), региональной конференции «Охрана окружающей среды в Воронежской области» (Нововоронеж, 2017), отчетных научных конференциях преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ (Воронеж, 2018,2019), международной научно-практической конференции имени В.И. Вернадского «Инженерные технологии для устойчивого развития и интеграции науки, производства и образования» (Тамбов, 2019), научно-практической конференции «Проблемы и инновационные решения в химической технологии» (Воронеж, 2019).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 1 - в журнале списка Скопус, 5 в рецензируемых изданиях, получено 2 патента РФ на изобретение.

Достоверность. Обработка экспериментальных данных проводили с помощью программ Microsoft Office Excel, Mathcad v 14.0, CeastVIEW 5.94 4D, что позволило достичь воспроизводимость и согласованность лабораторных и экспериментальных данных.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Материалы работы изложены на 147 стр. машинописного текста, включая 16 таблиц и 30 рисунков. Список литературы включает 130 наименования. Приложения представлены на 12 страницах.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Состояние проблемы по использованию биофильтрационных полимерных загрузок при очистке стоков на локальных сооружениях

Существенное ужесточение нормативных показателей на водоотведение очищенных стоков и увеличение штрафных санкций вплоть до угрозы приостановки деятельности или закрытия малых предприятий требуют разработки высокоэффективных локальных биологических сооружений [1]. Не менее важной проблемой является создание санитарной инфраструктуры в малонаселенных пунктах и на дачных участках [2].

Основными проблемами локальных очистных сооружений являются: малый общий объем стоков, поступающих на очистку, и значительный коэффициент неравномерности как по количественному, так и по качественному составу. Для эффективной биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод необходимо обеспечить постоянные условия для биоценоза активного ила [3]. Следует отметить, что непостоянство состава стоков способствует резкому снижению степени очистки сточных вод активным илом. Эта проблема во многом зависит от постоянства микробиологического состава и его соотношения в иле [4].

Важным экологическим аспектом является то, что в процессе биологической аэробной очистки сточных вод происходит высокий прирост биомассы и образование большого количества избыточного активного ила, что является существенным недостатком, так как обезвоживание избыточного активного ила требует высоких энергетических затрат, а его депонирование наносит ущерб окружающей среде [5]. Ситуация усугубляется тем, что в составе загрязнений присутствуют вещества, токсичные для организмов активного ила, что приводит к изменению состава и свойств, снижению его окислительной активности и даже к гибели [6]. Перегрузка существующих биологических очистных сооружений по

гидравлике является серьёзной проблемой их эксплуатации, а также в результате аварий и планового или внепланового ремонта частей сооружений. В таких условиях качество очистки существенно ухудшается

[7].

Использование полимерных биозагрузок позволяют устранить или снизить влияние на эффективность очистки стоков данных факторов, а главное иммобилизовать микроорганизмы, в частности, селективного действия, в том числе при биодеградации трудноокисляемых примесей.

В настоящее время ведутся исследования по влиянию формы загрузки, геометрических параметров, а также состава композитов на эффективность очистки на локальных биологических сооружениях и установках. Разнообразие выбора видов полимерных биозагрузок обусловлено отсутствием однозначно рационального варианта. Основными критериями полимерных биозагрузок являются: геометрические размеры; удельная поверхность, структура, пористость, иммобилизационная способность по отношению к микроорганизмам, доступность материала. Важным критерием является плотность биозагрузки, т.к. она должна находиться во взвешенном состоянии.

Результаты исследований [8], в ходе которых сравнивались эксплуатационные показатели, представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Сравнительная таблица характеристик биозагрузок

№ Х-ка «IREMAX» «HEL-X» НПК «ТЕХВОД-ПОЛИМЕР» ООО «КАМ-РИЭЛЬ» Mutag Biochip

1 Размер, мм 11х10 13х12 16х10 14х15 20х20х7

2 Площадь закрепления биопленки, м2/м3 1500 955 668 750 5500

3 Защищенная область поверхности, м2/м3 1390 806 450 635 5400

4 Материал ПВД ПНД ПВД ПНД Отс.

5 Плотность, кг/л 0,96 Отс. 1,10 - 1,20 0,97 1,03-1,0 7

6 Объем заполнения реактора, % 50 50 45 - 50 50 12- 15

Вес, м3 170 160 120 165 130

Важным показателем эффективности использования биозагрузки будет является объем заполнения биореактора, от чего напрямую будет зависеть его расход с экономической точки зрения.

В источнике [9] показано, что в петлевая загрузка, за счет её формы с трехслойной структурой, обеспечивает фрактальное распределение АИ, что дает большую площадь биопленки, чем хаотичный рост на ершовой загрузке. Интересным фактом стало то, что структура петельной загрузки положительно влияет на адгезивные свойства биопленки. Это приводит к увеличению времени нахождения отработавших бактерий в составе биопленки. В итоге, снижается количество осадка АИ, образуемого очистными сооружениями во время работы.

Практический интерес представляют данные (табл. 1.2), из которых следует, что петельная загрузка и простая вспененная пластиковая труба имеют практически одинаковую эффективность окисления, с незначительной разницей, но весомым различием стоимости.

Талица 1.2. Эффективность биозагрузок [10]

Время, ч БПК5, мг/дм3 (петли) БПК5, мг/дм3 (труба) мг/л (петли) мг/л (труба) ХПК, мг/дм3 (петли) ХПК, мг/дм3 (труба)

0 145 147 41,8 32,2 282 300

1 136 126 42,8 33,6 244 240

2 106 120 26 28 190 200

3 71 85 17 24,4 148 175

4 48 63 10,4 15,5 116 120

5 17 24 9,9 14,2 75 90

6 8,2 12,1 9,1 12,2 63 69

7 3,6 7,4 8,7 10,5 56 60

8 2,3 3,4 7,4 8,9 43 49

Использование биореактора с подвижным слоем позволяет увеличить площадь активной поверхности ила, это способствует увеличению (с последующим сохранением) биомассы. В данных биореакторах плавающая загрузка полностью погружена в сточные воды, в результате на ней образуется биопленка, и биомасса удерживается в ней, препятствуя образованию осадка. Поверхности биозагрузок, за счет соприкосновений в ходе перемешивания, очищают друг друга от излишков АИ без каких-либо механических повреждений. Это позволяет обеспечить фиксированную толщину биопленки, при которой все слои полностью досягаемы для кислорода и субстратов [11].

Ассортимент современных биозагрузок обширен и представлен продукцией как европейских, так и российских производителей. В табл. 1.3 приведены характеристики некоторых биозагрузок.

Таблица 1.3 - Виды биозагрузок и производители

Название загрузки Тип загрузки Страна производитель Удельная поверхность элемента, м2/м3

Alta BioLoad Петельная загрузка Россия 1993

Полицил Кольцо рашига. Плоскостная загрузка Россия 1328

Ratz BT-10 Кольцо рашига Германия 790

K1/FishAgro/Vaneco Кольцо рашига Россия 668

Mutag BioChip Плоскостная загрузка, параболическая Германия 4500

HEL-X Цилиндрическая, ровная внешняя спираль, внутренняя часть скрещенная, 8 ламелей Германия 767

RUPOL Цилиндрическая Россия 680

Основными задачами при очистке стоков являются снижение нагрузки по ХПК / БПК и окисление аммония путем нитрификации, что достигается необходимым количеством кислорода и биоценозом АИ. Максимальный размер популяции бактерий зависит от площади поверхности, доступной для роста микроорганизмов.

Использование композитной загрузки при биофильтрации стоков способствует интенсификации процессов окисления и создает турбулентное движение, способствующее перемешиванию загрузки и вымыванию избыточной биомассы.

Таким образом, недостатки, встречающиеся на стадии биологической очистки стоков целесообразно устранять при использовании плавающей композитной загрузки для закрепления активного ила в виде биопленки, что

позволит обеспечить высокую эффективность стадии биофильтрации, и как следствие достичь нормативных показателей стоков при водоотведении.

Важным аспектом биозагрузки является выбор материала для иммобилизации, который должен быть прочным, нетоксичным, иметь высокую пористость для иммобилизации и обладать определенной плотностью. Активно используется полиэтилен как высокого, так и низкого давления, а так же различные композитные вариации. В качестве носителей АИ может выступать пластмассовый шнур, труба, сети, ерши [12].

Использование полиолефинов как наиболее дешевого и легкоперерабатывамого сырья оправдано с экономической и технологической точки зрения, но «чистые» ПО имеют слишком низкую способность к иммобилизации, что приводит к вымываемости биомассы.

Рис. 1.1. Биозагрузки сложной геометрии

Придание сложной геометрической формы для удержания биомассы (рис. 1.1) - вынужденная мера для повышения биоемкости, одновременно является недостатком - приводит к заиливанию рабочих элементов, ухудшению показателей микрофлоры, износу, сложности или невозможности регенерации, удорожанию.

Получение пористых элементов простой геометрической формы -наиболее современное решение, позволяет придать элементам биозагрузки

способность к самоочищению и значительно увеличить их биоемкость за счет развитой внутренней структуры (рис.1.2).

Mutag ВюСЫр25 (Германия)

Рис. 1.2. Пористая биозагрузка простой геометрии

Состав АИ и его показатели на полимерном носителе был изучен в рамках исследования [13]. В ходе исследования был изучен состав и биотехнологические свойства и установлены следующие закономерности:

- повышение концентрации за счет иммобилизованной биомассы позволяет улучшить эффективность биологической очистки,

- свободноплавающий АИ подвержен значительным колебаниям численности организмов, что связано с изменением расхода сточных вод и уровня их загрязненности, вызванных сбросами промышленных предприятий;

- в иммобилизованном иле присутствуют типичные для аэротенков виды микроорганизмов,

- иммобилизация АИ на загрузке создает условия для селекции штаммов, наиболее приспособленных к данному типу сточных вод,

- применение кассет полимерной загрузки сокращает риск вспухания АИ в аэротенках;

- применение иммобилизованных микроорганизмов в очистке сточных вод позволяет увеличить возраст ила;

- отработанная биологическая пленка, выносимая из инертного заполнителя, обладает лучшими седиментационными свойствами.

Наиболее оптимальным решением является получение пористых элементов на основе синтетических полимеров простой геометрической формы, но модифицированных для повышения их иммобилизационной способности. Получение низких по себестоимости биоразлагаемых материалов возможно за счет использования полимерных композиций, включающих в себя биоразлагаемые наполнители природного происхождения, в частности ПС, вторичные ресурсы сельхоз - и лесопереработки.

1.2 Инновационные подходы при создании биодеградируемых полимерных композитов

Наиболее распространенными биополимерами, используемыми в упаковочной, пищевой, медицинской, автомобильной отрасли являются полилактид, полигидроксиалканоаты и ТПК, которые обладают привлекательными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. Высокая стоимость изделий из биополимеров сдерживает их использование [14;15].

Известно [16], что полимерные композиты, разрушающиеся при воздействии биотических факторов, целесообразно получать с использованием синтетических термопластов и природных ПС.

Физическое смешение при использовании инновационных технологий - это способ получения биоразлагаемых материалов с различной морфологией и физическими характеристиками, при этом обеспечивается более низкая стоимость в сравнении натуральными полимерами. В качестве доступной модифицирующей добавки к алифатическим полиэфирам используют наноглины [17].

Объектом приоритетных направлений является TPS, т.к. обеспечивает получение относительно дешевых биоразлагаемых материалов. TPS не относится к истинным термопластом, но при наличии пластификатора (глицерина, воды, сорбитола и др.) он способен перерабатывать в высокоскоростном экструзионном и литьевом оборудовании в температурном диапазоне 90 ^ 180 °С. TPS характеризуется сильной гидрофильностью, довольно плохими показателями механических свойств и заметными изменениями его свойств после переработки, однако он все же нашел применение в некоторых сферах рынка [15].

Кр плохо совместим с неполярным ПЭ, поэтому современные исследования по улучшению сродства природного и синтетического полимеров проводятся в двух направлениях [18]:

- получение смесей крахмала с сополимерами этилена или другими, более полярными, полимерами;

- модифицирование крахмалов с целью повышения их совместимости с неполярными полимерами типа полиэтилена и полипропилена.

В работе [19] приведены соотношения кукурузного крахмала, глицерина, сорбитола, размер гранул, температурные режимы и разработана принципиальная технологическая схема производства ТПК как компонента биоразрушаемых полимерных пленочных изделий. С использованием ТПК разработан способ приготовления БГК как промежуточного продукта для биоразлагаемой полимерной пленки из ПЭНП, для чего выявлены оптимальные соотношения компонентов с учетом стандартных значений напряжения при растяжении и относительного удлинения при разрыве. В процессе хранения ТПК, БГК и пленки в биогумусе установлены изменения физико-механических свойств, которые свидетельствуют о вероятности ускоренного разложения изделий в почве. Разработана нормативная документация на производство ТПК и биоразлагаемой полиэтиленовой пленки.

Принципиальная возможность получения однородных порошкообразных смесей: целлюлоза - ПЭНП, этилцеллюлоза - ПЭНП, Кр -ПЭНП, хитин -ПЭНП и хитозан - ПЭНП в условиях сдвиговых деформаций приведена в источнике [20; 21]. Содержание неплавких природных ПС в биоразлагаемых композитах составляло до 60 мас. %. Использование ПЭНП способствует повышению термостабильности системы, в то время как предварительное фотооблучение смесей приводит к снижению температуры деструкции. В процессе смешения ПЭНП с ПС в условиях сдвиговых деформаций происходит аморфизация полимеров, приводящая к изменению их структуры и уменьшению степени кристалличности. Введение в качестве третьего компонента различной ММ или второго ПС способствует повышению способности к биодеструкции, при сохранении достаточно высоких механических характеристик. Пленки, полученные из порошкообразных биоразлагаемых полимерных смесей, обладают высокими механическими характеристиками, при этом лимитирующими факторами при переработке является состав смеси и природа используемого ПС.

В работе [22] показано изменение фазового состояния БК при получении и переработке в смесительном оборудовании полимерных композитов, изготовленных с использованием поливилхлорида и полигидроксибутирата (ПБГ), т.к. возможно формирование однофазной системы, для которой характерен размытый пик для температур стеклования исходных компонентов, при этом ПБГ становиться полностью аморфным.

Смеси линейного ПЭ с кукурузным Кр с содержанием 30, 40 и 50 % мас были получены экструзией, при этом индекс текучести расплава характеризовал вполне удовлетворительную способность к переработке в сравнении со смесью ПВД с Кр. Высокое содержание Кр в смеси с ПВД резко снижает физико-механические показатели, при этом смеси, приготовленные из вторичного ПВД, показали аналогичное поведение, что и смеси, приготовленные из первичного ПВД [23].

Биоразлагаемость композитов на основе ПЭ, содержащих Кр, повышается при использовании неионогенного ПАВ. Для композитов с кукурузным Кр эффективной модифицирующей добавкой является неонол (ОС-20), в свою очередь для композитов с рисовым Кр предлагается использовать лаурил миристал (АЛМ-7). Использование в качестве добавок неионогенных ПАВ повышает способность композиции на основе ПЭ/Кр переработке [24].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шелкунова Мария Владимировна, 2021 год

Список использованных источников

1. Чуканова, О.А., Авербух, Н.М. Стратегическая экологическая оценка: не повторить ошибок ОВОС // Научный журнал «Справочник Эколога». - 2013. №8. С.5-8.

2. Баранова, К.Е. Проблема очистки сточных вод в малых населенных пунктах [Текст] / К.Е. Баранова // Актуальные вопросы современной науки: сб.статей.- Воронеж / ВГТУ, 2018.- С.68-72.

3. Соломенникова, К.И. Проблемы очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на локальных биологических очистных сооружениях [Текст] / К.И. Соломенникова, Л.В. Рудакова // Химия. Экология. Урбанистика.-Пермь, 2018.- С.145-149.

4. Хохлачев, Н.С. Исследование грануляции активного ила при воздействии агентов стресса в отъемно-доливном процессе аэробной биологической очистки [Текст] / Н.С. Хохлачев, С.В. Калёнов, О.С. Занина // Известия самарского научного центра российской академии наук. - Москва, 2012.- С.852-855.

5. Нестер, Р.М. Формирование гранул активного ила в аэробных условиях [Текст] / О. В. Нестер, Р. М. Маркевич //Химия, технология органических веществ и биотехнология.- Минск / БГТУ, 2016.- С.220-224.

6. Маркевич, Р.М. Контроль процесса биологической очистки городских сточных вод с применением электронной базы данных «Активный ил» [Текст] / Р.М. Маркевич, Е.А. Флюрик, И.А. Гребенчикова // Водоснабжение и водоотведение.-Минск, 2010.- С.60-62.

7. Шелковкина, Н.С. Проблемы эксплуатации очистных сооружений канализации [Текст]/ Н.С. Шелковкина, Н.А. Юст // Эколого-биологическое благополучие растительного и животного мира.- 2010.-С.141-142.

8. Шакиров, Д.Р. Сравнительный анализ биозагрузок разных производителей, используемых для процессов очистки сточных вод [Текст] /

Д.Р. Шакиров // ФГБОУ ВО Южно-Уральский государственный аграрный университет.- Челябинск, 2019.- С.252-256.

9. Пукемо, М.М. Инновационная петельная загрузка Alta Bioload [Текст] / М.М. Пукемо, Е.В. Алексеев // ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».-Москва, 2017.- С.41-50.

10. Брыгин, А.Ю. Исследование эффективности работы биозагрузки для очистки сточных вод / А.Ю. Брыгин, А.А. Кулаков // Молодые исследователи - регионам.: Вологодский государственный университет, 2019.- С.-363-364.

11. Савостьянова, М. Ю. Новые технологии очистки сточных вод с применением биореакторов с биопленочным подвижным слоем - биочипами / М.Ю. Савостьянова, Л.А. Норина, А.В. Николаева // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, 2020.- Т.10, № 3. -С. 276-292.

12. Кульков, В.Н. Использование синтетических материалов для фиксации иммобилизированного ила / В.Н. Кульков, Р.Т. Камалов // ФГБОУ ВО «Иркутский Национальный Исследовательский Технический Университет».: Пенза, 2011.- С.27-29.

13. Роденко, А.В. Применение полимерного носителя биомассы на сооружениях биологической очистки сточных вод / А.В. Роденко // Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология / Вестник брестского государственного технического университете, 2016.- С.77-80.

14. Подденежный, Е.Н. Прогресс в получении биоразлагаемых композиционных материалов на основе крахмала (обзор) / Е.Н. Подденежный, А.А. Бойко, А.А. Алексеенко // Вестник гомельского государственного технического университета им.П.О.Сухого.-2015.-№2.-С.31-41.

15. Багаутдинов, А. Обзор биоразлагаемых полимеров для производства древесно-полимерных композиционных материалов/ А.

Багаутдинов // Казанский национальный исследовательский технологический университет.- 2020.-№4.-С.33-35.

16. Noor, A.R. Eco-friendly high-density polyethylene/amorphous cellulose composites: Environmental and functional value / Noor A.R., Wan Hafizi W.I., Ishak A. // Journal of Cleaner Production.-2021.

17. Isabelle, V. Biodegradable Polymers. Materials. -2009.-№2.- PP.307344.

18. Крутько, Э.Т. Технология биоразлагаемых полимерных материалов / Э. Т. Крутько, Н. Р. Прокопчук, А. И. Глоба // Белорусский государственный технологический университет.: Минск. - 2014.- 105 с.

19. Колпакова, В.В. Совершенствование технологии применения термопластичного крахмала для биоразлагаемой полимерной пленки / В. В. Колпакова, И. С. Усачев, А. С. Сарджвеладзе // Из-во "Пищевая промышленность".: М. - 2017.-№8.-С.34-38.

20. Алексанян, К.В. Биоразлагаемые композиции на основе природных полисахаридов и их производсных с синтетическими полимерами: атореферат диссертации:02.00.06 / Алексанян Кристине Владимировна.-Москва, 2012.- 27 с.

21. Роговина, С.З. Новые тройные биоразлагаемые композиции на основе полиэтилена и полисахаридов / С.З. Роговина, К.В. Алексанян, Л.В. Владимиров, Э.В.Прут, А.А. Берлин // Доклады академии наук.: Москва.-2015.-№1.-С.58.

22. Самуйлова, Е.О. Термические свойства полимерных композитов на основе поливинилхлорида и полигидроксибутирата / Е.О. Самуйлова, В.Е. Ситникова, Е.В. Белухичев, И.Е. Стрельникова, М.В. Успенская // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - 2019. - № 48(74). - С. 120-125.

23. Pedroso, A.G. Mechanical, thermal and morphological characterization of recycled LDPE/corn starch blends / A.G. Pedroso, D.S. Rosa // Materials Science.- 2004.

24. Аксенова, Т.И. Модифицированные биоразлагаемые композиционные материалы на основе полиэтилена: Автореферат диссертации:05.17.06 / Аксенова Татьяна Ивановна.- Москва, 2009.-23 с.

25. Yuni, K. Effect of chitosan addition on the properties of low-density polyethylene blend as potential bioplastic / K. Yuni, Nur Rofiqoh E. P., Daniel T. // Materials Science.-2020.

26. Alireza, K. Tailoring the low-density polyethylene - thermoplastic starch composites using cellulose nanocrystals and compatibilizer / K. Alireza, N. Gray // Materials Science.-2020.

27. Horta, J.F. Study of Wood-Plastic Composites with reused High Density Polyethylene and Wood Sawdust / J.F.Horta, F.J.Simoes, A.Mateus // Materials Science.- 2017.

28. Глухих, В.В. Получение, свойства и применение биоразлагаемых древесно-полимерных композитов (обзор) / В. В. Глухих, А. Е. Шкуро, Т. А. Гуда, О. В. Стоянов // Вестник Казанского технологического университета. -2012.-№9.-С.75-82.

29. Clement, M.C. Composites of Wood and Biodegradable Thermoplastics:A Review / M. C. Clement, V. Luigi-Jules, P. Steven.-2017.

30. BEG, M.D.H. Preparation and Characterization of Low-Density Polyethylene/Thermoplastic Starch Composites / M. D. H. BEG, S. KORMIN, M. BIJARIMI, HAYDAR U. ZAMAN // Advances in Polymer Technology.-2014.

31. Jingjing, Li. Cotton cellulose nanofiber-reinforced high density polyethylene composites prepared with two different pretreatment methods / Li. Jingjing, S. Zhanqian, Li. Dagang // Industrial Crops and Products. - 2014.

32. Ronnie, G. W. Cell Immobilization and Its Applications in Biotechnology: Current Trends and Future Prospects / G. W. Ronnie // Fermentation Microbiology and Biotechnology.- 2011.- PP.313-367.

33. Готовцев, П.М. Иммобилизация микробных клеток для биотехнологических производств. Современные решения и перспективные технологии / Курчатовский институт.: М. - 2015.-№2.-С.33-45.

34. Демаков, В.А. Иммобилизация клеток микроорганизмов: биотехнологические аспекты /В.А. Демаков, Ю.Г. Максимова, А.Ю. Максимов // Курчатовский институт.: М. - 2008.-№2.-С.30-45.

35. Крякунова, Е. В. Иммобилизация микроорганизмов и ферментов / Е. В. Крякунова, А. В. Канарский // Вестник казанского технологического университета. - 2012.-С.189-194.

36. Wen, Z. Application of natural mixed bacteria immobilized carriers to different kinds of organic wastewater treatment and microbial community comparison / Z. Wen, X. Ren // Journal of Hazardous Materials.-2019.

37. Патент 2 685 332 Российская Федерация,МПК C02F 3/10. Волокнистый носитель для иммобилизации биомассы / В.Ю. Филимонов: заявитель и патентообладатель общество с ограниченной ответственностью «компания»»СтокамНет».- № 2018147028; заявл.2018.12.27; опубл.2019.04.17.

38. Бачерникова, С.Г. Материал-носитель биомассы для обработки воды преимущественно сточных вод / Бачерникова С.Г, Есенкова Н.П., Михалькова А.И. // Экологические системы и приборы.:Москва.-2005.-№3.-С.51-52.

39. Шлёкова, И.Ю. Иммобилизация микроорганизмов для повышения эффективности биологической очистки сточных вод в аэротенках / И. Ю. Шлёкова, А. В. Некрасов // Материалы XII Международной научно-практической конференции.: Омск. - 2018.-С.234-238.

40. Пукемо, М.М. Фрактальный рост микроорганизмов на порошково-волокнистой загрузке биофильтра и интенсификация очистки сточных вод / М.М. Пукемо, Ю.Г. Симаков, Е.В. Алексеев // Московский государственный строительный университет. - 2015.-№6.-С.181-185.

41. Zineb, B. B. Immobilization of microbial cells for the biotreatment of wastewater: A review / B. B.Zineb, H. El-Naa Muftah // Environmental Chemistry Letters.-2018.

42. Jinxing, W. Granule-based immobilization and activity enhancement of anammox biomass via PVA/CS and PVA/CS/Fe gel beads / W. Jinxing, L. Jidong // Bioresource Technology.- 2020.

43. Маркевич, Р. М. Особенности биоценоза активного ила, находящегося в свободном состоянии и иммобилизованного на полимерном носителе / Р. М. Маркевич, И. А. Гребенчикова, А. В. Роденко // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология.- 2013.-№4.-С.219-223.

44. Колобова, С. А. Бактериальная целлюлоза - перспективный носитель для иммобилизации микроорганизмов - деструкторов фенола / С. А. Колобова, Д. З. Назмутдинов, Н. И. Петухова, Л. Х. Халимова // Башкирский химический журнал.: Уфа. - 2019.-№1.-С.105-111.

45. Vroman, I. Biodegradable Polymers / I. Vroman // Science & Medicine .-2009.

46. Feldmann, M. Influence of the process parameters on the mechanical properties of engineering biocomposites using a twin-screw extruder/ M. Feldmann, H.-P. Heim, J.-C. Zarges // Composites Part A Applied Science and Manufacturing.- 2015.

47. Carmen, Fonseca-Valero. Mechanical recycling and composition effects on the properties and structure of hardwood cellulose-reinforced high density polyethylene eco-composites/ Fonseca-Valero Carmen, Ochoa-Mendoza Almudena, Arranz-Andres Javier// Composites Part A Applied Science and Manufacturing. -2015.

48. Патент 2 568 488 Российская Федерация, МПК ^8L 101/16. Композитный полимерный упаковочный материал на основе полиэтиле навысокого давления с добавками крахмала и диоксида кремния / В.В. Бурда: заявитель и патентообладатель Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена.-№2014131659; заявл. 2014.07.30; опубл. 2015.11.20.

49. Samuilova, E.O. Tensile properties of wood plastic composites based on plantfilled polyvinyl chloride/poly(3 -hydroxybutyrate-co-3 -hydroxyhexanoate) matrices / E.O. Samuilova, A.V. Podshivalov, M.I. Fokina, V.S. Chursina, I.E. Strelnikova, M.V. Uspenskaya // Agronomy Research. - 2020. - V. 18(S1). - P. 980-988. doi.org/10.15159/ar.19.156.

50. Douglas, J. G.Wood-Plastic Composite Technology/ J. G.Douglas, H.Yousoo, W. Lu.-2015.

51. Sevda, B.T. Characterization of Ultrafine Cellulose-filled High-Density Polyethylene Composites Prepared using Different Compounding Methods/ B.T.Sevda, K. Alper// Bioresources.-2016.

52. Shaharuddin, K . Physical and mechanical properties of LDPE incorporated with different starch sources/ K. Shaharuddin, K. Faridah// Materials Science and Engineering.- 2017.

53. Stanislaw, K. A study on the mechanical properties and the influence of water uptake and temperature on biocomposites based on polyethylene from renewable sources/ K. Stanislaw, J. Paulina, Kuzniar Paulina// Biocomposites.-2014.

54. Гаранина, Д.Е. Основы реологии полимеров / Д.Е. Гаранина // Химия и технология полимерных композиционных материалов.:Владимир. -2020.-22 с.

55. Velichko, H. Effects of Polymer Molecular Weight and Filler Particle Size on Flow Behavior of Wood Polymer Composites/ H.Velichko, V. John// Polymer Composites.- 2008.

56. Sebastien, M. Effects of processing method and fiber size on the structure and properties of wood-plastic composites/ M. Sebastien, K. Ahmed, E. Fouad // Applied Science and Manufacturing.- 2009.-PP.80-85.

57. Balasuriya, P.W. Mechanical properties of wood flake-polyethylene composites. Part I: Effects of processing methods and matrix melt flow behavior / P.W Balasuriya, Lin Ye // Applied Science and Manufacturing. - 2001.-PP.619-629.

58. Патнюхов, П.В. Деструкция материалов на основе ПЭВД и природных наполнителей / П.В. Пантюхов, А.В. Хватов, Т.В. Монахова // Пластические массы. - 2012.-№2.-С.40-42.

59. Суслова, Т.Н. Микробиологические аспекты деструкции композиций на основе полиэтилена высокой плотности и полисахарида амилозы и амилопектина / Т.Н. Суслова, Л.Ф. Мухтарова, Г.В. Гилаева // Вестник технологического университета.: Казань. - 2016.-№4.-С.142-144.

60. Полякова, Е.А. Биодеградируемые композиционные материалы на основе латексов синтетических (со)полимеров и крахмала: Диссертация: 02.00.06 /Полякова Елизавета Алексеевна.- Ярославль, 2016.- 16 с.

61. Yahya, H. Effects of Waste Paper Sludge on the Physico-Mechanical Properties of High Density Polyethylene/Wood Flour Composites / H. Yahya, A. Alireza, M. Babak // Journal of Environmental Polymer Degradation.-2011.-PP.120-124.

62. Hoque, Md E. Sago Starch-Mixed Low-Density Polyethylene Biodegradable Polymer: Synthesis and Characterization / Md E. Hoque, Tan Jie Ye, Leng C. Y. // Journal of Materials.-2013.

63. Shahrzad, K. Effect of Potato Starch on Thermal & Mechanical Properties of Low Density Polyethylene / K. Shahrzad, J. Z. Jamileh. - 2013.

64. Белик, Е.С. Оценка эффективности деструкции композиций из полиэтилена и крахмала / Е.С. Белик // Вестник пермского национального исследовательского политехнического университета / Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности.: Пермь. - 2012.-№2.-С.33-41.

65. Белик, Е.С. Исследование деструкции композиций из полиэтилена и крахмала, полученных в лабораторных условиях / Е.С. Белик, В.В. Зверева // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе.: Пермь. -2012.-Т №4.-С.299-309.

66. Rogovina, S.Z. Investigation of biodegradability of composites based on polyethylene and polysaccharides by independent methods / S. Z. Rogovina, Ya A. Gorenberg // Mendeleev Communications. - 2018.

67. Maija, P. Cellulose reinforced high density polyethylene composites — Morphology, mechanical and thermal expansion properties / P. Maija, S. Mika, T. P.Tuula // Composites Science and Technology. - 2013.

68. Arrakhiz, F.Z. Mechanical properties of high density polyethylene reinforced with chemically modified coir fibers: Impact of chemical treatments / F.Z. Arrakhiz, M. El Achaby, A.C. Kakou // Materials and Design. - 2012.

69. Pantyukhov, P. The oxidative and biological destruction of composite materials based on low-density polyethylene and lignocellulosic fillers / P. Pantyukhov, T. Monakhova, N. Kolesnikova // Chemistry and Chemical Technology. - 2012.

70. Koroleva A.V. Oxo-biodegradability of polyethylene blends with starch, cellulose and synthetic additives / A.V. Koroleva, Y.K. Lukanina, A.V. Khvatov // Chemistry and Chemical Technology. - 2012.

71. Суслова, Т.Н. Оценка эффективности деструкции композиций из полиэтилена и крахмала. / Т. Н. Суслова, В. Н. Никонорова, Л. Б. Сосновская // Вестник казанского технологического университета. - 2014.-№24.-С.120-123.

72. Henry, C. O. Peanut Husk Filled Polyethylene Composites: Effects of Filler Content and Compatibilizer on Properties / C. O. Henry. - 2015.

73. Ahmed, F. Fatigue of natural fiber thermoplastic composites / F. Ahmed, D. W. John // Engineering. - 2014.

74. Технология полимерных материалов.: Учебное пособие / [А. Ф. Николаев, В. К. Крыжановский, В. В. Бурлов и др.] ; Под. общ. ред . Крыжановского В. К. - СПб. : Профессия, 2008. - 544 с., ил.; 91- 127. ГОСТ 16337-77.

75. Полиэтилен высокого давления. Технические условия. - М. : Стандартинформ, 2008. - 39 с.

76. Официальный сайт ОАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ» [Электронный ресурс. Режим доступа : Ьйр//ка2ат^^е7.ш.61].

77. Калинчев, Э. Л. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие / Э. Л. Калинчев, М. Б. Саковцева. - Л. : Химия. - 1983. - 288 с.

78. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии : перевод с английского кандидата хим. Наук И.А. Лавыгина. - М.: Колос. - 2003. - С. 156-158.

79. ГОСТ 11645-73. Пластмассы. Метод определения показателя текучести расплава термопластов. - М. : Издательство стандартов, 1975. - 13 с.

80. ГОСТ 28840-90. Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования. - М. : ИПК Издательство стандартов, 1993. - 9 с.45.

81. ГОСТ 4650-80. Пластмассы. Методы определения водопоглощения.-М.: ИПК Издательство стандартов, 1980.- 6 с.

82. ГОСТ 15139-69. Пластмассы. Методы определения плотности (объемной массы).-М.: Издательство стандартов, 1990.- 18 с.

83. ГОСТ 12020-72. Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред.-М.: Издательство стандартов, 1983.-23 с.

84. Касперович, О.М. Разработка технологии производства высоконаполненных древесно-полимерных композитов / О.М Касперович,

B.В. Яценко, Е.С. Лосик // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология.-2012.-№4.-С.142-144.

85. Щербинина, Е. Производство древесно-полимерных композитов. ЛесПромИнформ. №5 (119), 2016 г.

86. Мороз, П.А. Применение вторичных полимеров для производства древесно-полимерных композитов. Пластические массы / П.А. Мороз, АЛ.А. Аскадский, Т.А. Мацеевич, Е.В. Соловьева, А.А. Аскадский, 2017.- №9-10.-

C.56-62.

87. Saba, N. Green Biocomposites for Structural Applications / N. Saba, M. Jawaid, M.T.H. Sultan, O.Y Alothman // Green Energy and Technology.-2017.- 127 р.- DOI 10.1007/978-3-319-49382-4_1.

88. Chernysh, Y. The carrier development for biofilms on the basis of technogenic wastes for pollutants treatment in the environmental protection technologies / Y. Chernysh, L. Plyatsuk // Lecture Notes in Mechanical EngineeringVolume.-Part F2.-2019.-Pages 422-432.

89. Stefan, C.B. Mutag BioChip the ultimate MBBR carrier for biological wastewater treatment / C.B. Stefan, D. Bernd.: URL : http://www.mutag-biochip.com.

90. Гаврилова, С.А. Биозагрузка Mutag BioChip для очистных сооружений / С.А. Гаврилова // Экология производства. - 2018.- №8.

91. Студеникина, Л. Утилизация оксо-неустойчивых отходов в производстве полимерных композиций / Л. Студеникина, Л. Попова, В. Корчагин // Экология и промышленность России.-2019.-№3.-С.4-8.: doi.org/10.18412/1816-0395-2019-3-4-811.

92. Корчагин, В.И. Реологическое поведение высоконаполненного крахмалом полиэтилена / В.И. Корчагин, Л.Н. Студеникина // Фундаментальные исследования.-2012.- № 4.-С.123 - 127.

93. Ерофеева, Н.В. Получение и использование оксо-биоразлагаемого полиэтилена низкой плотности: Автореферат диссертации: 05.17.06 / Ерофеева Наталья Владимировна.: Воронеж, 2018.-20с.

94. Bagdi, K. Thermoplastic starch/layered silicate composites: structure, interaction, properties. Period. polytechn. Chem. Eng.-2007.- 51.- № 2.-С. 76.

95. Mathew A.P. Mechanical properties of nanocomposites from sorbitol plasticized starch and tunicin whiskers / A. P. Mathew, W. Thielemans, A. Dufresne // J. Appl. Polym. Sci. - 2008. -109.-№ 6.-С. 4065-4074.

96. Баймурзаев, А.С. Биоразлагаемые высоконаполненные композиции на основе полиэтилена / А.С. Баймурзаев, Л.Н. Студеникина, Н.А.

Балакирева // Экология и промышленность России.-2012.-№3.-С.9-11.: doi.org/10.18412/1816-0395-2012-3-9-11.

97. Корчагин, В.И. Реологическое поведение бинарной полимерной композиции / В.И. Корчагин, Л.Н. Студеникина, М.В. Шелкунова // Пластические массы.-2019.-№9-10.- С. 52-55.

98. Студеникина, Л.Н. Получение высоконаполненного крахмалом полиэтилена с использованием модифицирующих добавок : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.06 / Студеникина Любовь Николаевна.: Воронеж. гос. ун-т инжен. технологий. - Воронеж,-2012. - 159 с.

99. Студеникина, Л.Н. Технологические аспекты получения полимерной композиции для биофильтра с улучшенными иммобилизационными свойствами / Л.Н. Студеникина, А.В. Протасов, В.И. Корчагин, М.В. Шелкунова // Вестник ВГУИТ.-2015.-№1.-С.150-153.81.

100. Корчагин, В.И. Реологическое поведение прооксидантов на основе стеарата железа / В.И. Корчагин, А.В. Протасов, Н.В. Ерофеева // Пластические массы.-2016.- № 9-10.- С.37-42.

101. Saba, N., J. Green Biocomposites / N. Saba, J. Mohammad, M. T. H. Sultan, Y.A. Othman, 2017.- 1-27 р.: DOI 10.1007/978-3-319-49382-4_1-84.

102. Sarah J. P., Todd S. R., Eric N. L., Toney K.C. // Transportation Research Board of the National Academies.: Washington, D.C., 2010.-pp. 25-28.: DOI: 10.3141/2142-04.

103. Annalisa C., Andrea D., Flavio D., Alessandro P. // J Mater Sci, 2014.: 49:2035-2044 DOI 10.1007/s10853-013-7892-683-84.

104. Disha M., Puja K., M. R. Das, Shilpa M., D. U. Bawan K., P. V. Ajaya Kumar // Cellulose Chem. Technol.: 52(9-2), 9-17(2018).

105. Citation: Zeni M, Favero D, Pacheco K. // Polymer Sceiences.2015, 1:1. DOI: 10.21767/2471-9935.100007.

106. Dergacheva, I. N. Chemistry of polymers: studies / I. N. Dergacheva,:Omsk // joint Institute for high temperatures of FGOU VPO "ACADEMY".-2011.-81.- p.93.

107. Noskova, O.A. Chemistry of wood and synthetic polymers: lecture notes / O.A. Noskova, M.S. Fedoseev.: Perm // Publishing house PGTU.- 2007.-Part 2.-53 PP.

108. Студеникина, Л.Н. Влияние внешних факторов на высоконаполненный полисахаридами полиэтилен / Л.Н. Студеникина, М.В. Шелкунова, Ю.Н. Дочкина, В.И. Корчагин, Т.Е. Кудина, В.О. Иушин // Вестник ВГУ Серия: Химия. Биология. Фармация.-2019.-№ 1.-С.27-33.

109. Raheem A., Aremo B., Adeoye M.O. // Materials Sciences and Applications.-2017, 8.-26-36.:DOI: 10.4236/msa.2017.81003 J6.

110. Thomson, T. Polyurethane Immobilization of Cells and Biomolecules: Medical and Environmental Applications / Thomson, T.: Wiley, London.-2018.

111. Andersson, S. Assessment of carrier materials for biofilm formation and denitrification / S. Andersson, M. Nilsson, G. Dalhammar, R.G. Kuttuva.: Vatten.- 64.-2008.-p.201-207.

112. Claudia, S. Immobilization of microbial cells: a promising tool for treatment of toxic pollutants in industrial wastewater / S. Claudia, M.M. Claudia, G.F. Cidrao, S.S. Tedde // Afr. J. Biotech. 12 (28).-2013.-P.:4412-441898.

113. Корчагин В.И., Мельнова М.С., Студеникина Л.Н. // Экономика. Инновации. Управление качеством.-2015.- № 3.-С.129.

114. Thaiyalnayaki D., Sowmeyan R. Environment Analytic Toxicol.-2012.-p.134.; 6. Долженко Л.А. / Образование и наука в современном мире. Инновации.-2016.-№4.-С. 150-157.

115. Grebenchikova, I.A. Biotechnology in Russia / I.A. Grebenchikova, N.S. Ruchai, R.M. Markevich, N.V. Grits. -2002.-№ 4.-pp. 55-63.100-102.

116. Spina, F. Chemical Engineering Transactions / F. Spina, A. Anastasi, V. Prigione, V .Tigini, G.C. Varese.- 2012.-pp. 175-180.

117. Wastewater Treatmenthttps. Режим доступа: http://courses.edx.org/c4x/DelftX/CTB3365x/asset/Wastewater_Lecture_Note.pdf (дата обращения: 14.05.2018).

118. MutagBioChip, Bidinger S., Dzedzig B., Geiger M, Rauch B. (Multi Umwelttechnologie AG, Aue) Режим доступа: http://esco.co.ua/journal/cities/2014_3/art102.pdf (дата обращения: 14.05.2018).

119. Пукемо, М.М. Перспективы науки / М.М. Пукемо, Е.В. Алексеев.-

2017.-№7.-С. 14-26.

120. Raphaelides, S.N. Carbohydrate Polymers / S.N. Raphaelides, G. Dimitreli, S. Exarhopoulos, G. Kokonidis, E. Tzani.-2011.-T.83.-pp. 727-736.

121. Omarova E.O., Lobakova E.S., Dolnikova G.A. // Moscow University biological sciences bulletin. 2012. Vol.67, №1, pp. 24-30.

122. Lobakova, E.S. Vestnik Moskovskogo universiteta / E.S. Lobakova, S.G. Vasilieva, G.A. Dolnikova, P.B. Kascheeva, A.G. Dedov // Seriya 16 / Biologiya.-2014.- pp. 36-42.113-114.

123. Студеникина, Л.Н. Оценка эффективности иммобилизации активного ила на композитных материалах «полиэтилен: полисахариды» / Л.Н. Студеникина, Ю.Н. Дочкина, М.В. Шелкунова, В.И. Корчагин // Вестник ВГУИТ.-2018.-Т.80.-№ 4.-С.356-360.

124. Жердев, В.Н. Видовой состав активного ила из аэротенков ЛОС / В.Н. Жердев, Л.Н. Студеникина, М.В. Шелкунова // Модели и технологии природообустройства (Региональный аспект).-2016.-№2.-С.34-39.

125. Студеникина, Л. Н. Модификация полиэтилена микроцеллюлозой для повышения его иммобилизационной способности / Л.Н. Студеникина, В.И. Корчагин, М.В. Шелкунова, Ю.Н. Дочкина, А.В. Протасов // Вестник ВГУ.-

2018.- № 3.-с. 23 - 29.115.

126. Патент № 2682532 РФ, МПК C02F 3/108. Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод / Л.Н. Студеникина, А.В. Протасов, В.И. Корчагин, М.В. Шелкунова, Ю.Н. Дочкина // заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВГУИТ» па патент на изобретение.-RUS 2682532; заявл.13.04.2018 опубл. 19.03.2019.

127. Шелкунова, М.В. Разработка материала-носителя биомассы из высоконаполненного микроцеллюлозой ПВД / М.В. Шелкунова // Вестник ВГУИТ.-2019.-№ 4.-С.11-11.

128. Студеникина, Л.Н. Композиты на основе термопластов с различным содержанием целлюлозы: новый подход к применению / Л.Н. Студеникина, М.В. Шелкунова, Т.А. Куковякина, Т.Е. Кудина, В.О. Иушин В.О.// Модели и технологии природообустройства (региональный аспект).-2019.-№8.-С.68-71.

129. Патент № 2605714 РФ, МПК7. C02F 3/10. Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами / В.И. Корчагин, Л.Н. Студеникина, А.В. Протасов, Т.В. Тарасевич, Л.В. Молоканова, М.В. Шелкунова //заявитель и и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВГУИТ» па.-патент на изобретение.-RUS 2605714; заявл.26.06.2015, опубл. 27.12.2016.

130. Студеникина, Л.Н. Получение функциональных экобезопасных композитных материалов на основе термопластов / Л.Н. Студеникина, А.В. Протасов, М.В. Шелкунова, Р.С. Кудаев // Модели и технологии природообустройства (региональный аспект).-2018.-№7.-С.68-73.

Приложение А

УТВЕРЖДАЮ

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по научной и инновационной деятельности ФГБОУ ВО « ВГУИТ»,

Генеральный директор ООО «ВЕКТОР ПОЛИМИР»

20// г.

АКТ

о проведении испытаний по экструзионной переработке полиэтилена, модифицированного микроцеллюлозой

В марте 2019 г. в промышленных условиях ООО «ВЕКТОР ПОЛИМИР» были проведены испытания по экструзионной переработке полиэтилена, модифицированного микроцеллюлозой, под руководством заведующего кафедрой ПЭОХиНХП «ВГУИТ», д.т.н. Корчагина В.И и технического директора ООО «ВЕКТОР ПОЛИМИР», к.т.н. Протасова А.В., при участии доцента кафедры ПЭОХиНХП «ВГУИТ», к.т.н. Студеникиной Л.Н. и аспиранта кафедры ПЭОХиНХП «ВГУИТ» Шелкуновой М.В.

Цель работы: исследование по влиянию содержания микроцеллюлозы (МЦ) марки РПйасеИ в полиэтилене (ПЭ) марки ПДВ 158030-20 при переработке в экструзионном оборудовании на вязкость и термостабильность полимерной матрицы, а также оценка эффективности применения отработанной микроцеллюлозы (ОМЦ) - отхода масложирового производства - для модификации бинарного композита (БК).

Образцы БК и модифицированной БК с содержанием МЦ до 40 об. % получали смешением в центробежном лопастном смесителе и последующим

компаундированием в двухшнековом экструдере марки STR-50D-40/600 при температуре 170 ± 2 °С (рис.1).

Рис. 1. Последовательность получения полотка БК в производственных условиях

Композицию загружали в бункер двухшнекового экструдера, на фильере устанавливали сетку с размером ячейки 0,4 см, при диаметре проволоки 250 мм саржевого плетения для более эффективной гомогенизации. Скорость экструдера задавалась в диапазоне 350 400 об/мин, при дозировании питателя 400 450 об/мин.

Компаундирование трудносовместимых полимеров необходимо проводить в двухшнековых агрегатах с предварительным смешением компонентов, при этом целесообразно использовать пластифицирующие и компатибилизирующие добавки для обеспечения перерабатываемости БК, но не ухудшающих при этом способности к водопоглощению, влагоудержанию, иммобилизации, биодеструкции, и т.п.

В табл. 1 представлены параметры работы высокоскоростного оборудования (двухшнекового эксгрудера) при переработке полиэтилена (ГОД 15803- 020), модифицированного микроцеллюлозой, при содержании наполнителя ог 10 до 40 об.%.

Таблица 1 - Изменение силы тока в электродвигателе и температуры переработки в двухшнековом экструдере от содержания микроцеллюлозы в полиэтилене (ПВД 15803- 020)

Содержание наполнителя, % (об.) 10 20 30 40

Сила тока I, А 35,1 36,5 37,5 39,8

Температура переработки, °С 170 ± 2,5 175 ± 2,5 177 ±2,5 180 ± 2,5

Следует отмстить, что введение в ПЭ жесткого наполнителя - МЦ способствует снижению адгезии между материалом и рабочими органами эксгрудера, и как следствие, проскальзыванию материала при экструзионной переработке. Кроме того, возникающая термомеханическая деструкция может приводить к дефектам композита (потемнение, специфичный запах, неровности и проч.).

Частичная замена (до 15 %,об.) МЦ на ОМЦ в БК позволяет повысить адгезию и снизить показатель эффективной вязкости более, чем на 20 %, что указывает на пластифицирующий эффект примесей, входящих в её состав: липидов, восков и т.п., что отражено в табл. 2.

Таблица 2 — Изменение силы тока в электродвигателе и температуры переработки в двухшнековом экструдере от содержания ОМЦ в БК при степени наполнения ПВД микроцеллюлозой 30 об.%

Содержание ОМЦ в БК, %, мае. 0,0 5,0 10,0 15,0

Сила тока 1, А 37,5 36,6 35,4 30,1

Давление перед фильерой Р, МПа 5.5 ± 0,5 5.0 ± 0,5 4.2 ± 0,5 3.7 ±0,5

В ходе испытаний было установлено, что обшей закономерностью является снижение силы тока и величины давления расплава перед головкой экстру дера при повышении содержания ОМЦ в БК.

Повышение содержания ОМЦ в БК более 15 об.% сопровождается слишком значительным снижением вязкости расплава БК, не позволяющим получить стабильный экструдат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Механическое смешение с последующим компаундированием в двухшнеком экструдсре позволяет создать бинарную композицию с использованием трудносовместимого полиолефина и микроцеллюлозы.

2. Получены опытные образцы композитов ПЭ:МЦ путем модификации полиэтилена высокого давления марки ПВД 15803-20 микроцеллюлозой марки БиггасеП с содержанием 10 40 %(об.).

3. Установлено, что содержание ОМЦ в БК не должно превышать 15 мае. д. %., т.к. резко повышает текучесть за счет увеличения содержания пластифицирующего компонента.

4. Производительность экструзионного оборудования обусловлена адгезионными свойствами модифицированного полиэтилена, т.к. находится

Приложение Б

УТВЕРЖДАЮ

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по научной и инновационной деятельности

Генеральный директор ООО «ВЕКТОР ПОЛИМИР»

ФГБС д.б.н.

«Pt»

.С.

ЧРщтщ^Щ 20£ г.

к.т.н;. Протасова H.H.

I'.

АКТ

о проведении испытаний по экструзионной переработке полиэтилена, модифицированного микроцеллюлозой

В сентябре 2021 г. в промышленных условиях ООО «ВЕКТОР ПОЛИМИР» были проведены испытания по экструзионной переработке полиэтилена, в том числе вторичного, модифицированного микроцеллюлозой, под руководством заведующего кафедрой ПЭОХиНХП «ВГУИТ», д.т.н. Корчагина В.И и технического директора ООО «ВЕКТОР ПОЛИМИР», к.т.н. Протасова A.B., при участии доцента кафедры ПЭОХиНХП «ВГУИТ», к.т.н. Студеникиной Л.Н. и аспиранта кафедры ПЭОХиНХП «ВГУИТ» Шелкуновой MB. и магистранта кафедры ПЭОХиНХП «ВГУИТ» Кудиной Т.Е.

Цель работы: исследование по влиянию содержания вторичного полиэтилена (ПЭ) в бинарном композите (БК) состава «ПВД : микроцеллюлоза (МЦ)» при переработке в ЭЕССтрузионном оборудовании на технологические и прочностные показатели экструдата.

Образцы композита на основе ПВД (марки 15803- 020), наполненного микроцеллюлозой (марки Filtracell) в количестве 30 об.%, с частичной заменой первичного ПВД на вторичный ПЭ (в диапазоне 10 40 об.%)

получали смешением в центробежном лопастном смесителе и последующим компаундированием в двухшнековом экструдере марки 8ТЯ-50Б-40/600 при температуре 170 ± 2 °С.

Композицию загружали в бункер двухшнекового экструдера, на фильере устанавливали сетку с размером ячейки 0,4 см, при диаметре проволоки 250 мм саржевого плетения для более эффективной гомогенизации. Скорость экструдера задавалась в диапазоне 350 + 400 об/мин, при дозировании питателя 400 + 450 об/мин.

В табл. 1 представлены параметры работы высокоскоростного оборудования (двухшнекового экструдера) при переработке полиэтилена (ПВД 15803- 020), модифицированного микроцеллюлозой (30 об.%), при частичной замене первичного ПВД на вторичный ПЭ от 10 до 40 об.%.

Таблица 1 - Изменение силы тока в электродвигателе и температуры переработки в двухшнековом экструдере от содержания вторичного ПЭ в БК

в полиэтилене (ПВД 15803- 020)

(Содержание вторичного ПЭ в БК, % (об.) 10 20 30 40

Сила тока I, А 37,8 38,4 39,1 40,0

Температура 1 переработки, °С 178 ±2,5 180 ± 2,5 184 ±2,5 185 ±2,5

В табл. 1 представлены прочностные показатели экструдата БК в зависимости от степени замещения первичного ПВД на вторичный ПЭ.

Прочностные показатели определяли в соответствии с ГОСТ 11262-80 на разрывной машине РМ-50,

Таблица 2 - Прочностные показатели композита ПВД:МЦ (70:30 об.%) при частичной замене первичного ПЭ на вторичный

Содержание вторичного 11Э в БК, % (об.) 10 20 30 40

Прочность при разрыве, МПа 1,55 1,36 1,27 1,21

| Относительное удлинение при разрыве, % 6,5 6,2 5,4 5,0

Повышение содержания вторичного ПЭ в БК более 40 об.% сопровождается дальнейшим снижением прочности и повышением температуры и силы тока при переработке, поэтому является нецелесообразным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Частичная замена (до 30 %,об.) ПВД на вторичный ПЭ в БК позволяет снизить себестоимость продукта и обеспечить утилизацию отходов полиэтилена в качестве вторсырья.

2. Прочностные показатели экструдата при замещении первичного ПВД на вторичный ПЭ снижаются не более чем на 15 %.

3. Технологические параметры экструдата при замещении первичного ПВД на вторичный ПЭ (сила тока электродвигателя, температура переаботки) повышаются не более чем на 10%.

Приложение В

Образцы МБК при соотношении компонентов, %(масс.) - 1) ПЭ : МЦ : ОМЦ= 70 : 20 : 10;2)ПЭ : МЦ : ОМЦ = 70 : 15 : 15 и 3)ПЭ : МЦ : ОМЦ = 70 : 10 : 20 были получены смешением в центробежном лопастном смесителе с последующим компаундированием в двухшнековом экструдере марки ZSE 96 GL. Образцы получали при температуре интервале от 150 до 180 °С в виде листа толщиной 5 мм. ОМЦ, содержащая в своем составе липиды, жирные кислоты и воска использовали в качестве модифицирующей добавки БК.

В результате экспериментальных исследований было выявлены оптимальные технологические параметры: сила тока в электродвигателе и температура переработки в двухшнековом экструдере от содержания МЦ и ОМЦ в полиэтилене марки ГТВД 15803- 020)

Таблица. Изменение силы тока в электродвигателе и температуры переработки в двухшнековом экструдере от содержания отработанной микроцеллюлозы в полиэтилене (ПВД 15803- 020)

Параметры Содержание ОМЦ, % (об.)

10 15 20

Сила тока I, А 50.8 ±1,1 48.2 ±0,3 42.7± 0,9

Температура переработки, °С 167 ± 2,5 166 ± 1,0 162 ± 1,5

Следует отметить, что наилучшая перерабатываемость МБК отмечалась при содержании ОМЦ - 15,% (масс.), т.к. наблюдался стабильный режим при наименьших отклонениях параметров экструзионной переработки.

Полученные листы МБК при содержании 15 % масс, имели стабильную толщину и шероховатую поверхность. Однако, при снижении ОМЦ в МБК способствует неравномерности по толщине листа при этом температура переработки 168 ± 2,5 °С. Образцы листа МБК с содержанием 20 %(масс.)

имели гладкую поверхность, что оказывает негативное влияние на иммобилизационную способность полимерной композиции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Получены образцы в виде листа из МБК с использованием серийного ПЭ, МЦ и ОМЦ, которые целесообразно испытать в качестве

биозагрузки на локальной очистных сооружениях.

2. В ходе экспериментальных работ по экструзионной переработки в двухшнековых агрегатах установлено, что содержание ОМЦ в БК должно составлять порядка 15 %(масс/) при этом оптимальная температура - 165 °С.

Акт подписали

От ООО «Трубы черноземья»

От ФГБОУ ВО ВГУИТ

Заведующий кафедрой ПЭОХиНХП «ВГУИТ»,

д.т.н., проф. _ ¿е- Корчагин В.И.

Доцент ПЭОХиНХП «ВГУИТ»,

к.т.н., доц. __ £_Студеникина Л.Н.

Главный технолог

Яценко М.Г.

Аспирант кафедры ПЭОХиНХП «ВГУИТ»,

ДИ елку нова М.В,

Магистрант кафедры ПЭОХиНХП ((ВГУИТ»,

Кудина Т.Е.