Проблемы фиксации азота

1. Проблемы фиксации азота

Выполнил:
ст.гр. МТБ02-17-01
Шейко Е.А.
Проверил:
Зав. кафедрой БТМП
проф., д-р хим. наук
Зорин В.В.

2. Азот - важный компонент всех живых клеток

3. Существует два способа обеспечения растений азотным питанием:

химический
(внесение азотных удобрений)
биологический
(фиксация молекулярного азота
живыми организмами)

4. Химический способ Габера - Боша

В промышленности NH3 получают при взаимодействии
Н2 и N2 между собой :
Условия синтеза
Установка для синтеза аммиака
T=450 – 500 °С
P = 15 – 100 МПа
катализатор – металлическое железо с добавками Al2O3,
K2O
cинтез продукта осуществляется по
способу многократной циркуляции

5. Биологический способ

Существует три группы азотфиксирующих микроорганизмов:
Свободноживущие
Нефотосинтезирующие облигатно
анаэробные бактерии. Проживают в почвах и
разлагающихся веществах растительного
происхождения (Clostridium), также
некоторые метаногены способны
фиксировать азот в кишечнике животных.
Факультативные анаэробы. К ним
относятся: Klebsiella pneumonia,
Paenibacillus Polymyxa, Bacillus
macerans и Escherichia Intermedia.
Нефотосинтезирующие аэробные
бактерии: Azotobacter, Beijerinckia и Derxia.
Фотосинтезирующие
бактерии: Chromatium, Rhodopseudomonas,
Rhodospirillum. Также относятся
цианобактерии (Anabaena cylindrica и
Nostoc communa).
Свободноживущие хемосинтезирующие
бактерии (Desulfovibrio.)
Ассоциативные
К ним относятся микроорганизмы,
находящиеся в тесной связи с
растениями и использующие их
выделения как источник органического
вещества, например Azotobacter и
сахарный тростник.
Симбиотические
Виды бактерий, вступающие в симбиоз
с растениями семейства бобовых.
Поступающий кислород связывается с
белком леггемоглобином в корневых
клубеньках и транспортируется в клетку
в количестве, необходимого для
дыхания.
К таким микроорганизмам относятся
представители рода Rhizobium.
Виды бактерий, вступающих в симбиоз
с двудольными растениями (Frankia).
Симбиотические цианобактерии.
Некоторые виды связываются с грибами,
лишайниками и папоротниками
(Anabaena).

6. Как же это делают бактерии?

Основной инструмент, с помощью которого бактерии фиксируют азот, – это специальный фермент, т.е. белок,
действующий как катализатор, его называют нитрогеназой.
Нитрогеназный комплекс состоит из белковых
компонентов двух типов:
– белок 1 – молибдоферредоксин (Мо – Fe – протеин),
или собственно нитрогеназа;
– белок 2 – азоферредоксин, или редуктазный компонент
(Fe – белок)
Восстановление молекулярного азота до NH3 идет в три этапа по схеме:

7. Превращение азота в аммиак

8. Этапы «заражения» корня на примере Rhizobium

9. Производственный процесс

Стадии:
культивирование бактерий на производственных качалках в колбах или в
ферментерах;
выделение конечного продукта
подготовка носителя(фасовка и стерилизация субстрата, внесение
добавок)или тары для жидкой препаративной формы( стерилизация
емкостей);
инокуляция носителя.

10. Фиксация азота по-новому

11. Выводы

Химический способ:
дорогостоящий;
жесткие условия;
ухудшает экологическую
обстановку.
Биологический способ:
малая известность
процесса;
низкая скорость
протекания процесса.
Нанотехнологический способ:
низкая эффективность;
дорогостоящий.

12.

Спасибо за внимание!