Интенсификация биокаталитического окисления фенола активаторами межфазного переноса кислорода

Транспорт кислорода из газовой фазы в водную определяет скорость биокаталитического окисления фенола. Для интенсификации процесса применены активаторы межфазного переноса О2, позволившие значительно повысить скорость поступления газа в реакционное пространство без дополнительного потребления энергии в отличие от широко применяемых методов перемешивания и барботажа. Исследовано влияние ряда веществ на KLa при варьировании скорости перемешивания от 100 до 1200 об/мин. Впервые сопоставляются по эффективности твердо- и жидкофазные активаторы. Максимальный рост KLa при разных гидродинамических условиях достигнут для активированного угля (в 3,7 раза), аэросила (в 1,5 раза), н-додекана (в 3,1 раза). Результаты объяснены «челночным» механизмом межфазного переноса О2. Показано, что при увеличении KLa с 2,8 до 18,5 ч–1 биокаталитическое окисление фенола ускоряется в 2,4 раза. Использование активированного угля как активатора межфазного переноса О2 позволяет повысить скорость биокаталитического окисления фенола примерно на 20 %.

1. Сульман Э.М., Долуда В.Ю., Матвеева В.Г. и др. Комбинированное каталитическое и биокаталитическое окисление фенола на новых полимерных катализаторах // Химия и химическая технология. 2007. Т. 50. № 2. С. 59.

2. Galaction A., Cascaval D., Oniscu C., Turnea M. Enhancement of oxygen mass transfer in stirred bioreactors using oxygen-vectors. 1. Simulated fermentation broths// Bioprocess Biosyst. Eng. 2004. Vol. 26. P. 231.

3. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 2. массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 1995.

4. Ruthiya K.C., Schaaf J. van der, Kuster B.F.M. Mechanisms of physical and reaction enhancement of mass transfer in a gas inducing stirred slurry reactor // Chem. Eng. J. 2003. Vol. 96. P. 55.

5. Kluytmans J.H.J., Wachem B.G.M. van, Kuster B.F.M., Schouten J.C. Mass transfer in sparged and stirred reactors: influence of carbon particles and electrolyte // Chemical Engineering Science. 2003. Vol. 58. P. 4719.

6. Lineka V., Kordac M., Soni M. Mechanism of gas absorption enhancement in presence of fine solid particles in mechanically agitated gas–liquid dispersion. Effect of molecular diffusivity // Chemical Engineering Science. 2008. Vol. 63. P. 5120.

7. Clarke K.G., Williams P.C., Smit M.S., Harrison S.T.L. Enhancement and repression of the volumetric oxygen transfer coefficient through hydrocarbon addition and its influence on oxygen transfer rate in stirred tank bioreactors // Biochem. Eng. J. 2006. Vol. 28. P. 237.

8. Boltes K., Caro A., Leton P. et al. Gas–liquid mass transfer in oil–water emulsions with an airlift bio-reactor // Chem. Eng. and Proc. 2008. Vol. 47. P. 2408.

9. Dagaonkara M.V., Heeres H.J, Beenackersa A.A.C.M., Pangarkar V.G. The application of fine TiO2 particles for enhanced gas absorption // Chemical Engineering Journal. 2003. Vol. 92. P. 151.

10. Rosu M., Schumpe A. Influence of surfactants on gas absorption into aqueous suspensions of activated carbon // Chem. Eng. Science. 2007. Vol. 62. P. 5458.

11. Zhang W., Chen G., Li J., Liu J. Intensification of mass transfer in hollow fiber modules by adding solid particles // Ind. Eng. Chem. Res. 2009. Vol. 48. P. 8655.

12. Cascaval D., Galaction A.I., Folescua E., Turnea M. Comparative study on the effects of n-dodecane addition on oxygen transfer in stirred bioreactors for simulated, bacterial and yeasts broths // Biochem. Eng. J. 2006. Vol. 31. P. 56.

13. Stamenković O.S., Lazić M.L., Todorović Z.B. et al. The effect of agitation intensity on alkali-catalyzed methanolysis of sunflower oil // Bioresource Technology. 2007. Vol. 98. P. 2688.

14. Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. М. : Химия, 1975.

15. Kaya A., Schumpe A. Surfactant adsorption rather than “shuttle effect”? // Chem. Eng. Science. 2005 Vol. 60. P. 6504.