УДК 543.632

 

ЭКСТАРГИРОВАНИЕ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ ИЗ УГЛЯ

Досмурзина Е.Б., Каратурина А.М., Алиев Д.Б.

Актюбинский государственный университет им. К. Жубанова,

г. Актобе, ул.Бр. Жубановых, 263,  zhubanov@mail.ru, karaturina@mail.ru

 

В процессе интенсификации сельского хозяйства особую роль играют биологически активные вещества. Возможно получение эффективных биологически активных препаратов из бурого угля. Основная биологическая активность данных препаратов связана с гуминовой кислотой и ее солями. Гуминовая кислота входит в состав торфа, бурого угля, почвы и осадочных пород. Гуминовые кислоты бурых углей ничем не отличаются от торфяных гуминовых кислот и при растворении в воде и этиловым спирте распадаются на фульвокислоты, гиматомелан и гумусовую кислоту. Они характеризуются наличием ряда функциональных групп. Они отличаются сложным и переменным составом. Любая гуминовая кислота не имеет определенную величину заданной формы. Особенность строения, алифатическая цепь, ароматичность определенной функциональной группы основываются на собственной макромолекуле. Гуминовая кислота – органическое вещество. Определить строение гуминовой кислоты очень сложно вследствие большого количества кислородсодержащих групп и различной растворимости в органических растворителях.[1,2]

В основном гуминовая кислота образует аморфный осадок. В ее состав входят до 35-70 % бурой угольной кислоты, С= 62-69%, Н= 4,5-5,5 %, N= 0,5-1,5%, СООН = 7,5-18%, ОН = 6,5-9,5 %.

Спектр реакций, в которые могут вступать гуминовые вещества, очень широк, особенно это касается их наиболее реакционноспособной части — гумусовых кислот. Благодаря карбоксильным, гидроксильным, карбонильным группам и ароматическим фрагментам гумусовые кислоты вступают в ионные, донорно-акцепторные и гидрофобные взаимодействия.

Гуминовые вещества есть почти повсюду в природе. Их содержание в морских водах 0,1–3 мг/л, в речных — 20 мг/л, а в болотах — до 200 мг/л. В почвах гуминовых веществ 1–12%, при этом больше всего их в черноземах. Лидеры по содержанию этих соединений — органогенные породы, к которым относятся уголь, торф, сапропель, горючие сланцы. Обычно гуматы получают из окисленного бурого угля (его еще называют леонардитом), потому что в нем гуминовых веществ до 85%. Еще этот уголь удобен тем, что у него низкая теплотворная способность, поэтому его обычно сгребают в отвалы. Получается, что основной источник гуминовых веществ — отходы добычи бурого угля, а это полностью соответствует основным принципам «зеленой химии». Запасы бурого угля в мире превышают 1 трлн т. [5,6]

Основной метод, которым выделяют гуминовые вещества, — щелочная экстракция растворами аммиака или гидроксидами калия или натрия. Такая обработка переводит их в водорастворимые соли — гуматы калия или натрия, обладающие высокой биологической активностью. Метод практически безотходный, поэтому его широко используют и в России, и за рубежом. Альтернативный способ предполагает механическое измельчение бурого угля с твердой щелочью, в результате чего получается твердый, растворимый в воде гумат калия и натрия.

Для облегчения  исследования бурых углей его можно разделить на несколько групп.  Сначала битум (смола+воск)  обрабатывают смесью этанол: бензол (1:1), затем промыв щелочью, получают гуминовую кислоту. Остаток называют угольным остатком.  В угольном остатке гуминовая кислота прочно связана с минеральной частью. Щелочным раствором выделяют гуминовую кислоту, при подкислении в осадок выпадают гематомелан и гумусовые кислоты, а фульвокислоты  остаются  в водном растворе. В зависимости от количества функциональные группы гуминовых кислот определяются физическими или химическими методами.

            Большей частью для определения  функциональных групп гуминовых кислот применяют физический метод ИК-спектроскопии.

            Наличие карбоксильной группы в гуминовых кислотах определялось реакцией с ацетатом кальция. (Гум – это структурная формула гуминовой кислоты):

 2Гум-СООН +  (СН3СОО)2Са  → (ГумСОО)2Са  +СН3СООН 

Карбонильная группа гуминовой кислоты была определена реакцией с гидрохлоридом гидроксиламина:

Гум-СНО + NН2ОН*НСl → Гум –СН= NОН + Н2О + НСl

Метоксильная группа гуминовых кислот была определена при нагревании с йодоводородной кислотой.

Гум-ОСН3 +НJ → ГумОН + СН3J

Гуминовая кислота выделяется при экстрагировании угля раствором щелочи. При обработке раствором едкого натра гуминовая кислота образует соль  и  раствор окрашивается в темно-коричневый цвет. При подкислении щелочного раствора гуминовой кислоты образуется  аморфный осадок.

Гуминовые вещества способны связывать различные классы экотоксикантов, образуя комплексы с металлами и соединения с различными классами органических веществ. Тем самым они выполняют функцию своеобразных посредников, смягчающих действие загрязнений на живые организмы.

Гуминовые вещества участвуют в структурообразовании почвы, накоплении питательных элементов и микроэлементов в доступной для растений форме, регулировании геохимических потоков металлов в водных и почвенных экосистемах.

Интерес к применению различных органических удобрений продолжает увеличиваться. Очевидно, это вызвано следующими причинами:

Гуминовые вещества применяют в растениеводстве как стимуляторы роста или микроудобрения. В отличие от аналогичных синтетических регуляторов роста, гуминовые препараты не только влияют на обмен веществ растений. При систематическом их использовании улучшается структура почвы, ее буферные и ионообменные свойства, становятся активнее почвенные микроорганизмы. Особого внимания заслуживают адаптогенные свойства — гуминовые препараты повышают способность растений противостоять болезням, засухе, переувлажнению, переносить повышенные дозы солей азота в почве. Преимущества гуминовых препаратов заключаются также в том, что они повышают усваивание питательных веществ, а значит, нужно меньше минеральных удобрений без ущерба для урожая.

Гуминовые кислоты оказывают положительный эффект на растения. Это влияние хорошо заметно как во внешнем виде растений, так и во внутренних биохимических процессах. Необходимо провести еще много исследований, для того чтобы установить, каким образом производить и применять гуминовые удобрения. Основные принципы, полученные из теоретических аргументов, следующие: наличие в удобрениях субстанций хиноидной природы оказывает стимулирующее влияние на растения; способность гуминовых субстанций к мелкодисперсной растворимости в воде приводит к повышенной способности их проникновения в растения. Маленькие количества гуминовых удобрений не могут использоваться в качестве основного удобрения, они оказывают стимулирующий эффект только в том случае, когда присутствует необходимое количество основных питательных элементов, азота, фосфора и калия.

Концентрация гуминовых кислот, г/л

Степень прорастания семян, см

1

9,47

1,25

10,34

1,5

11,66

1,75

12,19

2

12,20

 

 

 

 

 

 

 

Схема 1

 

Ст.прорастания(5 дней)

 

 

Через 10 дней был проведен повторный контроль, на основании данных которого выстроен график.

Концентрация гуминовых кислот, г/л

Степень прорастания семян, см

1

14,90

1,25

15,50

1,5

16,04

1,75

17,30

2

17,32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема 2

Ст. прораст.

 

 

 

 

 

В итоге можно сказать, при обработке гуминовой кислоты, содержащейся в остатках бурого угля, можно получить полезные для сельского хозяйства гуминовые соединения.

            Действие растворов гуминовых кислот с концентрацией С= 1,75 г/л и С= 2 г/л на всхожесть семян является наиболее оптимальным, что имеет немаловажное значение для сельского хозяйства

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

1.  Горовая А.И., Орлов Д.С., Щербенко О.В. Гуминовые вещества. -Киев: Наук. думка, 1995. - 304 с.

2.  Гуминовые вещества в биосфере / Под ред. Д.С. Орлова.- М.: Наука, 1993. - 238 с.

3.  Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения / Отв. ред. В.П. Попов. - Киев: Гос.изд. с/х лит., 1962. - 649с.

4.  Лозановская И.Н. и др. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. - М.: Высшая школа, 1998. - 287с.

5.  Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. - М.: Изд-во МГУ, 1981. - 272 с.

6.  Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере // Статьи Соровского Образовательного журнала в текстовом формате. Химия. - МГУ им. М.В. Ломоносова, 1997 //

7.  Интернет-сайт http//www.pereplet.ru/obrazovanie/ stsoros /260.html

8.  Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. - М.: Изд-во МГУ, 1990.- 325 с.

9.  Орлов Д.С. Химия почв. - М.: МГУ, 1992. - 400с.

10.  Тейт Р. Органическое вещество почвы. - М.: Мир, 1991. - 400 с.