CC BY
7УДК 542.06 Немашкалова М.В., Строганова Е.А.
Немашкалова М.В.
студент 5 курса, напр. «Фундаментальная и прикладная химия» Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Научный руководитель: Строганова Е.А.
канд. хим. наук, доцент кафедры химии Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ
Аннотация: в статье обозреваются достижения в области получения гуминовых кислот, в том числе традиционными, микробиологическими и высокотехнологичными свойствами на базе данных, подобранных по теме работы.
Рассматриваемые методы дают представления о перспективности развития и внесения инновационных решений в производство гуминовых кислот. В работе освещаются области применения, в том числе потенциальные. На основании подобранных для обзора статей, сделан вывод о наибольшей результативности экстракционного метода получения гуминовых кислот в лабораторных условиях для различных исследований.
Ключевые слова: гуминовые кислоты, применение гуминовых кислот, экологическая реставрация, экстракция, микробиологические методы.
Актуальной задачей современной химии является эффективное производство соединений несколькими методами, для существования выбора применения наиболее эффективной в заданных лабораторным экспериментом условиях. Выбор производства гуминовых кислот также видится нам довольно
востребованным, ввиду их значимости преимущественно в почвенных и водных экосистемах.
Гуминовые кислоты, представляющие собой компонент гумуса, являются одной из основных составляющих органического вещества почвы, и их содержание и качество может оказывать значительное влияние на физические, химические и биологические свойства почвенного покрова. К их характерным особенностям относятся способность образовывать стабильные комплексы с различными ионами металлов, что помогает предотвращать их миграцию и обеспечивать их доступность для растений. Это особенно важно в почвах с низкой плодородностью или с повышенной концентрацией тяжелых металлов. Кроме того, гуминовые кислоты способствуют образованию и стабилизации почвенных агрегатов, что улучшает структуру почвы и способствует ее воздушно-водному обмену. Они также могут повышать удержание влаги в почве и улучшать ее способность к удобрению. Гуминовые кислоты имеют высокую биологическую активность и могут служить источником питательных веществ для микроорганизмов, таких как бактерии и грибы. Они также могут взаимодействовать с растениями, стимулируя их рост и развитие, а также улучшая их устойчивость к стрессу [1].
Таким образом, значимость гуминовых кислот заключается в их способности улучшать почвенные свойства, обеспечивать доступность питательных веществ для растений и микроорганизмов, а также повышать урожайность и устойчивость растений к стрессовым условиям [4].
Существует несколько методов получения гуминовых кислот, включая экстракцию из природных источников, химический синтез и биологические методы.
Извлечение гуминовых кислот из природных материалов, таких как бурый уголь, может осуществляться химическим и биологическим способами.
Так, к группе химическим методов извлечения гуминовых кислот, относят методы экстракции. Щелочная экстракция представляет собой наиболее распространенный метод химического извлечения и включают обработку
природных материалов раствором калийной или натриевой щелочи с последующим осаждением солянокислым или сернокислым раствором. Особенностью этого способа является обязательная термическая обработка щелочного экстракта в процессе нейтрализации с целью достижения наиболее эффективной коагуляции частиц гуминовых кислот [3]. Для повышения эффективности щелочной экстракции гуминовых кислот из сырья применяют физические способы активации, такие, как ультразвуковую обработку или экстракцию при повышенном давлении.
Вторым известным химическим способом извлечения гуминовых кислот можно отнести экстракцию спирто-бензольной смесью. Чтобы понять механизм этого процесса, необходимо рассмотреть основные этапы и принципы этого метода:
Первый этап - растворение - включает контакт гуминовых кислот со спирто- бензольной смесью. Бензол является хорошим растворителем для ароматического состава гуминовых кислот, а спирт способствует извлечению этих соединений с точки зрения растворимости кислородсодержащих функциональных групп. Таким образом, сочетание растворителей позволяет эффективно перенести гуминовые кислоты из нативного материала в раствор,
Второй этап - фильтрация и разделение - осуществляется с целью удаления нерастворимых органических и неорганических примесей.
Третий этап - отделение фазы гуминовых кислот - осуществляется кислотным раствором с последующим фильтрованием,
Четвёртый этап - очистка и концентрирование - полученный осадок подвергается процессу очистки, который может включать дополнительные стадии экстракции или дистилляции для удаления остаточных примесей.
К очевидным преимуществам экстракционных методов производства гуминовых кислот можно отнести возможность получать продукт с высокой степенью очистки и высокой концентрацией вещества, оптимальную реализацию получения гуминовых кислот в больших объемах и с высокой скоростью. В качестве сырьевых материалов могут использоваться
многочисленные природные ресурсы, включая растительные остатки, комбикорма и даже отходы пищевой промышленности. Однако, как и у любого технологического процесса производства химических соединений у рассматриваемого метода присутствуют существенные недостатки. Экстракционные методы не всегда могут обеспечить полную исключительность гуминовых кислот от примесей, что может негативно сказаться на их качестве, а также появление, в ходе их выделения из сырья, отходов, которые могут оказывать негативное воздействие на почву в результате неэффективной утилизации или неправильного выбора методов экстракции [5].
К биологическим методам относят ферментативное расщепление гуминовых кислот с последующим растворением в воде. Этот метод может быть осуществлен с помощью специфичных микроорганизмов или их ферментов. Так, к подобным микроорганизмам относят гуминолитические бактерии, производящие определенные ферменты, которые могут расщеплять сложные молекулы на более простые соединения. Данный способ подходит для выделения рассматриваемого класса органических соединений из почвы или других природных источников [2].
Альтернативным биологическим методом является применение некоторых грибов и плесневых для производства гуминовых кислот в лабораторных условиях [7].
Очевидным достоинством биологических методов извлечения гуминовых кислот являются естественность и экологическая безопасность процесса. Но при этом следует помнить о зависимости работы бактерий от множества внешних факторов (температуры, состава среды и т.д.), а также о длительности процесса и необходимости постоянного контроля, что обусловливает существенные недостатки биологического способа [6].
К современным высокотехнологичным методам получения гуминовых кислот, применяемым для индивидуальных целей, можно отнести, например гидролиз полиминеральных веществ или электролитическое разложение
органического материала. Однако, эти способы достаточно сложны и более финансово затратны.
Таким образом, из рассмотренных выше методов наиболее простым и результативным в лабораторных условиях является экстракция, ввиду чего данный способ получил наиболее широкое применение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Варшал, Г.М. Геохимическая роль гумусовых кислот в миграции элементов. В сб. «Гуминовые вещества в биосфере» / Г.М. Варшал, Т.К. Велюханова, И.Я. Кощеева. МГУ: Изд-во 1990.Горовая, А.И. Гуминовые вещества / А.И. Горовая, Д.С. Орлов, О.В. Щербенко. - 1995. - 304 с;
2. Вятчина, О.Ф. Некоторые эффекты гуминовых веществ на микроорганизмы. / О.Ф. Вятчина, Г.О. Жданова, Д.И. Стом. Москва: 2007. - 405411 с;
3. Комиссаров, И.Д. Молекулярная структура и реакционная способность гуминовых кислот / И.Д. Комиссаров, Л.Ф. Логинов. - Наука: 1993.- 36-45 с;
4. Комиссаров, И.Д. Структурная схема и моделирование макромолекул гуминовых кислот / И.Д. Комиссаров, Л.Ф. Логинов.- Тюмень: 1971. -131-142 с;
5. Орлов, Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации / Д.С. Орлов. - МГУ: 1990;
6. Пироговская, Г.В. Использование гуминовых препаратов в получении минеральных удобрений / Г.В. Пироговская, И.А. Богомаз, Е.И. Шагиева, М.Ф. Коваленок, С.И. Кулешова, Г.В. Наумова, Г.И. Райцина. - Наука: 1993. - 166-174 с;
7. Степанова, Е.А. Химические свойства и строение гуминовых кислот сапропелей: / Е.А. Степанова. -1996. - 21 с
Nemashkalova M. V., Stroganova E.A.
Nemashkalova M.V.
Orenburg State Universitity (Orenburg, Russia)
Scientific advisor: Stroganova E.A.
Orenburg State Universitity (Orenburg, Russia)
COMPARATIVE ANALYSIS OF METHODS FOR OBTAINING HUMIC ACIDS
Abstract: the article reviews achievements in the field of obtaining humic acids, including traditional, microbiological and high-tech properties on the basis of data selected on the topic of work.
The methods under consideration provide insight into the prospects for the development and introduction of innovative solutions in the production of humic acids. The work highlights areas of application, including potential ones. Based on the articles selectedfor review, it was concluded that the extraction method for obtaining humic acids in laboratory conditions is the most effective for various studies.
Keywords: humic acids, application of humic acids, ecological restoration, extraction, microbiological methods.
