Получение водорастворимых форм гуминовых соединений с добавками микро- макроэлементов



В статье анализируются метoдика пoлучения гуминoвых coединений мoдифицирoванных макрoэлементами, метoдика пoлучения вoдoраcтвoримых фoрм гуматoв кальция и магния при иcпoльзoвании кoмплекcoна ЭДТА.

Ключевые слова: гуминовые вещества, гумат, водорастворимые гуминовые соединения

Одной из проблем современного сельского хозяйства является отсутствие безопасных и эффективных препаратов биологически доступного кальция и магния. Для коррекции данного заболевания используют либо растворимые соли железа, которые в низких дозах малоэффективны, а в высоких токсичны, либо синтетические хелаты, которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Принципиально новым видом сорбентов для осуществления вышеупомянутого процесса могут являться гуминовые кислоты. Большинство находящихся в природе ГВ, находится в водонерастворимой форме, не имеющей существенной хозяйственной ценности. Для практического использования ГВ их необходимо перевести в водорастворимую форму. И новизна работы заключается в получении водорастворимых форм гуминовых соединений, обогащенных макроэлементами [1].

Целью работы была осуществить разработку технологий получения водорастворимых гуминовых препаратов с использованием 2Na-ЭДТА. Задачи, поставленные в ходе исследования:

1. проведение обзора научной и патентно-лицензионной литературы по проблеме получения гуминовых веществ из углей;
2. исследование растворимости и коллоидной устойчивости полученных препаратов;
3. проведение математической обработки результатов эксперимента

Гуминовые вещества (ГВ) — темно-коричневые или темно-бурые природные органические образования, широко распространенные в различных естественных объектах: в почвах и торфах, в углях и сланцах, в морских и озерных отложениях, в водах рек и озер. Гуминовые вещества находятся в составе органического вещества этих биокосных тел, являясь главным его компонентом [2].

ГВ представляют собой смесь многочисленных молекул. Точной молекулярной формулы для ГВ не существует, предположено несколько схематических строений, но все они имеют чисто гипотетический характер. Поскольку учитывают только состав соединений и некоторые их свойства, тогда как расположение атомов и атомных групп остается при этом неизвестным [3].

В ходе работы были проведены следующие опыты, каждый из которых состоял из двух этапов: получение гуматов кальция и магния в водонерастворимой форме; и второе перевод их в водорастворимую форму при использовании растворов комплексона.

Получение гуматов Ca²⁺ и Mg²⁺ из образцов бурых углей Кумыскудукского месторождения проводилось по следующей методике. Вначале проводилось нагревание на электрической плитке 2-ух процентного NaOH, объемом 100 мл, до 70. При достижении заданной температуры добавлялась навеска измельченного угля массой 10 г и перемешивалась в течение 30 минут. При этом гуминовые соединения переходят в растворимую форму.Затем полученный гумат Na отфильтровывали от остатков угля и добавляли 10 г CaCl₂ или MgCl₂, в зависимости от цели получения гумата Ca²⁺ или Mg²⁺, затем весь этот раствор отстаивали. Гуматы металлов выпадали в виде осадков и отправлялись на центрифугирование для очистки от излишков оставшейся дистиллированной воды. Далее полученная масса ставилась в сушильный шкаф при 105. Перевод гуматов кальция и магния в водорастворимую форму проводились путем создания щелочной среды в присутствии комплексона 2Na-ЭДТА. Эксперименты проводились с применением методов математического планирования. Бралась навеска гумата Ca²⁺ (Mg²⁺) массой 0,1 г и к нему, в соответствии с матрицей математического планирования, приливался заданный объем 2Na-ЭДТА (10; 20; 30 мл) с заданной концентрацией (0,05; 0,1; 0,15 моль/л). Затем к данному раствору с помощью бюретки по каплям приливался 5 % раствор КОН до полного растворения осадка гумата.

Характеристика плана эксперимента

Уровень	Х1(объем 2Na-ЭДТА)		Х1(объем 2Na-ЭДТА)
	Код	Значение, мл	Код	Значение, моль/дм3
Верхний уровень	+1	5	+1	0,15
Основной уровень	0	3	0	0,1
Нижний уровень	-1	1	-1	0,05
Интервал варьирования		2		0,05

В качестве факторов эксперимента были выбраны Х1-объем Трилона Б, Х2 — его концентрация.

Представлена таблица экспериментальных данных перевода гумата Кальция в водорастворимую форму. Как видно из таблицы было проведено 9 опытов по три параллели и того 27 опытов, такое количество опытов было проведено для большей точности процесса. И по результатам математической обработки было получено следующее уравнение регрессии, с помощью которого были построены следующие графики.

№опыта	X1(V р-ра)		X2(C ЭДТА)		〖𝑌〗_1 KOH (мл)	〖𝑌〗_2 KOH (мл)	〖𝑌〗_3 KOH (мл)	〖𝑌〗_ср KOH (мл)
	код	мл	код	Моль/ дм3
1	-1	1	-1	0.05	4.0	4.6	4.8	4.47
2	+1	5	-1	0.05	1.8	1.6	1.4	1.6
3	-1	1	+1	0.15	5	5.4	5.2	5.2
4	+1	5	+1	0.15	2.4	2.8	3.0	2.73
5	+1	5	0	0.1	3	3.6	4	3.53
6	-1	1	0	0.1	4	4	4.6	4.2
7	0	3	+1	0.15	2	2.6	2.8	2.47
8	0	3	-1	0.05	2.8	3.0	3.2	3.0
9	0	3	0	0.1	3	3	3.4	3.13

По данному методу математической обработки результатов эксперимента получаем уравнение регрессии

Как видно на графике зависимость расхода КОН сильно зависит от объема ТрилонаБ. Наблюдается равномерное уменьшение расхода щелочи при увеличении объема различной концентрации молярного раствора ЭДТА.

На следующем графике показано, что при концентрации от 0.05 до 0.1 моль/л наблюдается увеличение расхода щелочи. Дальнейшее увеличение концентрации ведет к уменьшению затрачиваемого объема KOH.

Аналогичным образом были проведены опыты для перехода гумата магния в водорастворимую форму. На основании которого было получено уравнение регрессии, с помощью которого были построены следующие графики

№опыта	X1(V р-ра)		X2(C ЭДТА)		〖𝑌〗_1 KOH (мл)	〖𝑌〗_2 KOH (мл)	〖𝑌〗_3 KOH (мл)	〖𝑌〗_ср KOH (мл)
	код	мл	код	Моль/ дм3
1	-1	1	-1	0.05	10	10	10	10
2	+1	5	-1	0.05	6.8	7	7.4	7.07
3	-1	1	+1	0.15	6.4	6.0	6.8	6.4
4	+1	5	+1	0.15	3.8	4	4.4	4.07
5	+1	5	0	0.1	3.4	3.8	3.6	3.6
6	-1	1	0	0.1	7.8	8	7.4	7.73
7	0	3	+1	0.15	5.0	4.8	5.0	4.93
8	0	3	-1	0.05	5	6	5.6	5.53
9	0	3	0	0.1	6.8	7.4	8	7.4

На данном графике наблюдается равномерное уменьшение расхода КОН от увеличения объема Трилона Б.

На следующем графике наблюдается также уменьшение расхода КОН от увеличения концентрации Трилона Б.

По проведенным расчетам установлено, что оптимальными условиями для перевода 0,1 г гумата кальция в водорастворимую форму необходимо 5 мл 0,15 молярного раствора Трилона Б и 2,1 мл 5 %-ного раствора КОН, а для перевода 0,1 г гумата магния — 5 мл 0,15 молярного раствора Трилона Б и 3,5 мл 5 %-ного раствора КОН.

Гуматы Ca2+ (Mg2+)	Трилон Б	КОН
0,1 г гумата кальция	5 мл,0,15 моль/л	2,1 мл, 5 % раствора КОН
0,1 г гумата магния	5 мл,0,15 моль/л	3,5 мл, 5 %-ного раствора КОН

Таким образом, можно подвести итог. В ходе исследования были получены водорастворимые соединения гуматов Ca и Mg с использованием комплексона 2Na — ЭДТА. Методом математической обработки результата, получено уравнение регрессии, описывающее процессы растворения гуматов Mg и Ca, в зависимости от объема и концентрации. И было установлено, что чем больше объем и концентрация ЭДТА, тем больше объем щелочи КОН. И в настоящее время, полученные водорастворимые формы гуминовых препаратов проходят полевые испытания на ТОО «Астра- Агро» и «Топарские теплицы».

Литература:

1. Гoнчарoв Н. П., Ахметкалиев М. С., Жакашев, Абишев Б. М. //Влияние прoмышленных выбрoсoв некoтoрых предприятии химическoй прoмышленнoсти Казахстана на загрязнение пoчв. // Вoпрoсы гигиены oкружающий среды. — Алма-Ата. 1998. Сб. науч. тр.
2. Варшал Г. М., Велюханoва Т. К., Кoщеева И. Я. //Геoхимическая рoль гумусoвых кислoт в миграции элементoв. В сб. «Гуминoвые вещества в биoсфере». М.: Наука, 1993.
3. Ваксман С. А.// Гумус: прoисхoждение, химический сoстав и егo значение в прирoде. М.; Л., 1997.
4. Oрлoв Д. С. Гуминoвые вещества в биoсфере// Сoрoс. oбразoват. Журн. 1997. № 2.
5. Oрлoв Д. С.// Гумусoвые кислoты пoчв и oбщая теoрия гумификации. М., 1990.
6. Александрoва Л. Н. //Oрганическoе веществo пoчвы и прoцессы егo трансфoрмации. Л., 1990.