Влияние скорости роста, микроструктурных свойств и биохимического состава на термостабильность мицелиальных грибов

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 15105 (2022) Цитировать эту статью

1377 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Виды грибов мицелия обладают огнезащитными свойствами. Влияние питательной среды на скорость роста грибов, биохимический состав и микроструктурные характеристики, а также их связь с термическими свойствами мало изучено. В этой статье мы показываем, что патока может поддерживать рост непатогенных видов грибов типа Basidiomycota, производящих материалы биологического происхождения с потенциальными характеристиками замедления горения. Сканирующая электронная микроскопия и инфракрасная спектрометрия с преобразованием Фурье (FTIR) использовались для изучения микроструктурных и биохимических свойств видов мицелия, выращенного на патоке. Термическое разложение мицелия, питавшегося патокой, оценивали с помощью термогравиметрического анализа, сопряженного с FTIR для анализа выделяющегося газа в реальном времени. Также оценены морфологические и микроструктурные характеристики остаточного угля после термического воздействия. Характеристика материала позволила установить взаимосвязь между микроструктурными, биохимическими и термическими свойствами мицелия, питающегося патокой. В этой статье представлено всестороннее исследование механизмов, регулирующих термическую деградацию трех видов мицелия, выращенных в патоке. Эти результаты исследований расширяют знания о критических параметрах, контролирующих скорость роста и урожайность грибов, а также о том, как микроструктурные и биохимические свойства влияют на термическую реакцию мицелия.

Использование структурно эффективных полимерных композитов в пассажирских транспортных средствах и жилых домах ограничено строгими нормами пожарной безопасности (например, горючестью и воспламеняемостью материалов)1. Полимерные композиты воспламеняются и горят с устойчивым пламенным горением при воздействии высоких температур и окислительной среды2. При горении полимерных композитов выделяется тепло, которое может поставить под угрозу целостность инженерных конструкций из-за размягчения матрицы, ее разложения, растрескивания и повреждения волокон3. Кроме того, при горении полимеров образуются токсичные газы и дымы, такие как окись углерода и частично разложившиеся углеводороды (например, углеродная сажа), которые являются причиной большинства смертей, связанных с пожарами4. Пожар в башне Гренфелл в 2017 году, связанный с использованием алюминиевых композитных облицовочных панелей с добавлением полиэтилена, которые не соответствовали стандартам пожарной безопасности, привел к гибели 72 человек, в основном из-за отравления дымом5. Аналогичным образом, густой, токсичный и раздражающий дым от горящих материалов салона стал причиной 48 из 55 смертей в результате катастрофы в аэропорту Манчестера в 1985 году, когда самолет British Airtours Flight 28 M загорелся из-за отказа двигателя во время взлета6. Пожар в башне Гренфелл и катастрофа в аэропорту Манчестера — это лишь два примера многих пожарных трагедий, подчеркивающих важность понимания свойств полимеров, реагирующих на пожар.

Введение антипиренов (FR) в полимерные композиты эффективно смягчает реакции горения и уменьшает объем токсичных газов и дымов7,8. Существует несколько методов интеграции огнеупорных материалов в полимерные композиты, включая модификацию полимерной матрицы с использованием нано- и микроразмерных частиц огнеупорных материалов9, нанесение термозащитных поверхностных покрытий10 и использование огнестойких полимеров, таких как фенольные смолы11. В течение многих лет галогенированные соединения были предпочтительными огнестойкими веществами для большинства полимерных систем из-за их высокоэффективных механизмов замедления горения в газовой фазе8,12. К сожалению, галогенированные антипирены выделяют коррозионные и озоноразрушающие газы, что ограничивает их использование или приводит к их удалению в некоторых юрисдикциях12,13. В гонке за замену галогенированных ФС до сих пор доминируют как органические, так и неорганические фосфор- и азотсодержащие соединения, включая полифосфат аммония14, фосфат меламина15, пентаэритрит16, вспучивающиеся соединения17, наноматериалы на основе углерода (т.е. УНТ, графен)18, соли металлов19 и металлов гидроксиды20. Несмотря на то, что безгалогенные огнестойкие вещества эффективны, их широкое распространение затрудняется экологически неблагоприятными производственными процессами, гигиеной и безопасностью труда, связанными с обработкой и обращением с опасными материалами (например, наноматериалами на основе углерода), а также возможным ущербом для окружающей среды из-за выщелачивания тяжелых металлов. Напротив, огнестойкие вещества биологического происхождения, такие как мицелий, демонстрируют потенциал экологически безопасных огнестойких добавок, которые отвечают как требованиям по огнестойкости, так и требованиям устойчивого производства. Однако эффективность мицелия в замедлении горения и соответствующие механизмы замедления горения еще не полностью изучены, чтобы с уверенностью информировать о крупномасштабном применении. При культивировании мицелия очень важно поддерживать стерильную среду для предотвращения заражения другими патогенными видами. Поддержание стерильной среды роста в промышленных масштабах может оказаться сложной задачей. Кроме того, обеспечение качества продукции будет затруднено из-за различий в партиях из-за различных моделей роста.