ГАПОН В.В., к.т.н., АНИКИН В.С., д.т.н.
« НТП СОИЛС».
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ГУМИНОВЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГАЗОСТРУЙНОЙ КАВИТАЦИИ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ.
В мире интенсивно развиваются технологии по производству и использованию гуминовых препаратов. Как правило они основаны на щелочной экстракции гуматов из органических веществ (торф, уголь, сапропели) с последующей очисткой. В результате образуются соли гуминовых кислот с различной биологической активностью (гуматы). Однако все формы биологической жизни на протяжении эволюции приспособились к природным формам гуминовых кислот, химические формулы которых не однозначны и зависят от исходного сырья и истории различных физических и химических воздействий. Гуминовые кислоты являются одной из основ органической жизни. Ультразвуковая технология преобразования торфа и другого органо-минерального сырья с использованием акустических реакторов с газоструйными генераторами (патент Украины № 95269 от 14.10.2014г.), позволяет в высоко интенсивном ультразвуковом поле с интенсивностью более 10 вт/см2 проводить физико-химические преобразования органики без использования химикатов и получить высоко эффективные гуминовые препараты (8). Разработан способ акустического воздействия на поток многофазного продукта, в котором: – создается интенсивность волновой энергии (более 10 Вт/см2) достаточная для достижения деструкции дисперсно-агрегатного состояния продукта и необходимого преобразования химических связей; – используется акустическая кавитация в вихревом или струйном потоке, за счет энергии газоструйных генераторов; – используется тепломассоэнергообменный процесс потока для проведения преобразований продукта. Результаты исследования состава и свойств полученных препаратов и экстрагированных из них гуминовых кислот показали, что препараты и выделенные гуминовые кислоты обладают высоким уровнем биологической активности. Представленная технология может принципиально изменить роль торфа, сапропеля и других гуминовых веществ . При этом получение гуминовых препаратов с высоким содержанием фульвовых и гуминовых кислот упрощается и становится возможным без применения химикатов. Органическая составляющая торфа в результате физико-химических реакций становится доступной растениям. Производительность установок используемых для получения препаратов может быть практически как угодно большой.Таким образом, разработан способ передачи в жидкость и дисперсный продукт энергии большой интенсивности, что осуществляется в предлагаемом способе с помощью разработанных газоструйных генераторов. В результате, физико-химическим методом, получен гуминовый препарат в виде дисперсной системы с высокой биологической активностью. На основе применения метода ультразвуковой газоструйной акустической кавитации предприятием получены и производятся хелатированные гуминовые микроудобрения: humiwell, humisoils, humiblow, humiwave, humihormone, humikas, ультрагумат+. Хелат, представляет собой химическое соединение (клешня) металла (Fe,Мg, …) с хелатирующим агентом, циклического действия. Хелатные микроудобрения – это удобрения содержащие микроэлементы в хелатной форме (в виде клешневого соединения), где в роли металла выступает микроэлемент (железо, магний, медь, марганец и др.), а в роли хелатирующего агента (хеланта, лиганда) –ЭДТА – этилдиаминтетраацетатная кислота, ОЭДФ-оксиэтилидендифофсфоновая кислота, гуминовая кислота, аминокислота и др. Хелаты, по своей структуре, близки к природным поэтому обладают биологической активностью и хорошо усваиваются растениями (в 2-10раз лучше солей). Они легко проникают через листовую поверхность и включаются в биохимический процесс, в то время как свободный ион микроэлемента плохо проникает через поверхность листа. Микроэлементы нельзя заменить, их недостаток восполняют в виде подкормки растений, так как с урожаем ежегодно из почвы выносится огромное количество микроэлементов. К хелатирующим агентам (хелантам ) необходимым для производства хелатов относятся: 1.Комплексоны – этилдиаминтетраацетатная кислота (ЭДТА), оксиэтилидендифосфоновая.кислота(ОЭДФ). 2. Недорогие хелатирующие агенты быстроразрушающегося действия. 3.Природные хелатирующие агенты–гуминовые вещества (лигносульфонаты, гуматы), ИДЯК-имунодиянтарная кислота, аминокислота. 4.Хелатирующие агенты, для получения хелатов с повышенной устойчивостью (ДТПА, ЕДДНА). 5.Хеланты на основе двух хелатирующих агентов (ОЭДД + МЕ). «Хелатирующий агент» или «хелант» представляет собой вещество молекула которого способна образовывать несколько химических связей с одним ионом металла микроэлемента, то есть создавать цикл. В дальнейшем хелатирующий агент захватывает ион металла (микроэлемента) в клешню создавая хелат. При контакте с растением, мембрана клетки распознает этот комплекс как органический, родственный биологическим структурам и микроэлемент усваивается растением. «Хелатирующий агент», после транспортировки микроэлемента в клетку растения, распадается на простые соединения. «Хелатный комплекс» представляет собой соединение, образующееся при взаимодействии иона металла с молекулой которая обладает свободной парой электронов. Такие ионы металла связываются с хелатирующим агентом (ЭДТА) посредством атомов –доноров, например кислорода, азота, серы и др. Когда хелатирующие агенты связываются с ионом металла посредством двух или более атомов-доноров –образующийся комплекс называется хелатным. Хелат при этом должен содержать два атома способных к созданию связи c ионом металла. Хелант образует гетероциклическое кольцо с металлом на его конце. В природных условиях идеальными хелатирующими агентами являются аминокислоты, так как они обладают как минимум двумя функциональными группами ( аминной и гидроксильной), необходимыми для образования кольцевой структуры с минералом. Медь, железо, марганец, цинк – обладают необходимыми характеристиками образования ковалентно –координационных связей с аминокислотами, пептидами с образованием стабильных биологических комплексов. В природе, находясь в почве, растения используют естественные хеланты, такие как гуминовые и фульвовые кислоты. Гуминовые кислоты, как хелатирующие агенты, удерживают ион металла не так сильно как ЭДТА, но вполне достаточно , чтобы в природных условиях обеспечивать растение элементами питания. В настоящее время ведутся активные исследования по изучению хелатирующих свойств гуминовых, фульвовых кислот, а также аминных кислот и пептидов в гуминовых веществах. Гуминовые кислоты содержат циклические структуры и различные функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, аминогруппы и др.). Наличие в структуре гуминовых и фульвовых кислот карбоксильных и фенолгидроксильных групп, аминогрупп, способствует образованию прочных комплексных соединений гумусовых кислот с металлами. Комплексные соединения в которых гуминовые кислоты выполняют роль хелантов (лигандов) представляют собой растворимые соединения, доступные усвоению корневой системой растений. Гуминовые вещества обладают способностью образования комплексных и внутрикомплексных соединений (хелатов) с железом, медью, алюминием и др. поливалентными катионами (4). Взаимодействуя с минералами, гуминовые кислоты извлекают из них алюминий, железо, медь, марганец и др. элементы, образуя подвижные комплексы. Следовательно они способны к образованию комплексных гуматов (4) . Гуминовые кислоты образуют с тяжелыми металами, такими как ртуть, свинец, кадмий, нерастворимые соединения, препятствуя их проникновению в клетку растений (5). Взаимодействие азотсодержащих соединений с гуминовыми кислотами протекает по оксогруппам, при этом происходит образование хелатных комплексов(6). Гуминовые кислоты торфа образуют комплексы хелатов с ионами железа, свинца, натрия, магния, алюминия, цинка, титана, марганца, кремния, вступая в реакции взаимодействия и вытесняя водород функциональных групп(8). При этом образуются легкодоступные для растений хелаты. В результате исследований, усилиями многих ученых доказано, что гуминовые кислоты являются хелатирующими агентами, образующими с ионами металлов (7) устойчивые естественные и искусственные соединения – хелаты. Физико-химическая модель получения комплексных хелатных соединений (хелатов) микроэлементов с гуминовыми и фульвовыми кислотами представлена и описана в работе (3). В состав схемы модели образования хелатных соединений входит: 1) образование абсорбционных комплексов (хелатов) с гуминовой кислотой. 2) образование растворимых хелатных соединений с фульвокислотой. 3) образование разнометальных абсорбционно-мицеллярных комплексов с участием мицеллярных частиц из гуминовой кислоты. Таким образом гуминовые кислоты являются не только сложными структурами имеющими широкий спектр многофункциональности, они обладают еще одним замечательным свойством – служат хелатирующим агентом (лигандом) в комплексных соединениях металлов и играют решающую роль в процессах получения и производства хелатных микроудобрений. Основные положения технологии производства хелатов в заводских условиях предприятия заключаются в следующем: в подготовленном для производства жидкоторфяном, сапропелевом водном растворе ( без химических реагентов ), под воздействием ультразвуковой, газоструйной кавитации, происходит обработка гуминового вещества, его активация и изменение структуры молекулы гуминовой кислоты с образование сложного комплексного соединения—хелата ( более 50 микроэлементов в хелатной форме, макроэлементы, гуминовая кислота-65%). В результате взаимодействия молекулы гуминовой кислоты (хеланта) с ионом металла, под воздействием газоструйной кавитации, происходит вытеснение иона водорода из структуры молекулы и его замещение ионом металла с образованием хелата микроэлемента. При ультразвуковой кавитационной обработке жидкоторфяной, сапропелевой смеси, процесс химического образования хелата (клешневой захват иона металла хелатирующим агентом – молекулой гуминовой кислоты, с заменой иона водорода) заменяется физико-химическим процессом воздействия ультразвуковой кавитации на молекулу гуминовой кислоты, в результате чего изменяется структура молекулы, вытесняется ион водорода и происходит захват хелатирующим агентом иона металла с образованием хелата (т.е. химический процесс образования хелата металла под воздействием ЭДТА, заменен физико-химическим процессом под воздействием ультразвуковой, газоструйной кавитации). В результате обработки жидкоторфяной, сапропелевой эмульсии методом ультразвуковой газоструйной кавитации интенсивностью более 10 вт/см.кв., образуются устойчивые хелатные комплексы (хелаты) обеспечивающие, при их применении, высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Применение метода ультразвуковой, акустической, газоструйной кавитации, при обработке жидкоторфяной и сапропелевой смеси в реакторе, предусматривает решение следующих задач: 1.Преобразование, под воздействием газоструйной , акустической кавитации, органического вещества торфа и сапропеля (включая битумоиды, легкогидролизуемые вещества, лигнин, гумин) находящихся в растворе в гуминовые и фульвовые кислоты. 2. Активация жидкоторфяной и сапропелевой смеси (биологическая активность эмульсионного раствора при этом возростает в 6-10 раз) в реакторе модуля синтеза гуминовых веществ. 3. Активация и преобразование (изменение структуры молекулы гуминовой кислоты) , под воздействием газоструйной кавитации, молекулы гуминовой кислоты в хелатирующего агента, способного создавать с ионами микроэлементов хелаты без применения химических реагентов (щелочи, кислоты). 4.Производство, на основе применения заводской технологической линии цеха синтеза гуминовых веществ, органо-минеральных микроудобрений – хелатов ( комплекс микроэлементов в хелатной форме – более 50 шт.) способных в период внекорневой (по листу) или корневой подкормки, мгновенно транспортировать ионы микроэлементов в устье клетки растений обеспечивая их активный рост, развитие и высокий урожай. 5.Предприятие производит и предлагает сельскохозяйственному потребителю широкий спектр гуминовых удобрений с макро – и микроэлементами в хелатной форме (более 50 микроэлементов), в том числе : humisoils, humiwell, humikas, humiwave, humiblow, humihormone, ультрагумат и др. Главные характерные особенности хелатов и их преимущества перед микроэлементами представленными в форме солей: 1.Высокая скорость усвоения хелатов организмом растения ( в 6-10 раз выше чем микроэлементов солей). 2.Неспособность хелатов вступать в перекрестные реакции с образованием неусваиваемых соединений (исключение-токсичные элементы и химические загрязнители). Хелаты при обработке не связываются с почвой , позволяя растениям беспрепятственно их усваивать. 3.Хелаты усваиваются растением на 90 % (микроэлементы солей- на 35-40%). 4.Высокая растворимость в воде, СЗР, жидких удобрениях. 5. Одинаковые результаты (урожай), обеспечивает значительно меньшее количество хелатов, нежели микроэлементы солей. Для достижения максимальных результатов получения урожая качественной продукции, при минимальных затратах – хелаты являются лучшим решением. Производимые предприятием хелатные удобрения с успехом используются в Украине и зарубежных странах для получения высоких, устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, экологически чистой , безопасной продукции, повышения плодородия пахотных земель.
Литература: 1.Гидротермальные процессы // Химическая энциклопедия. Т. 1. — М.: Советская энциклопедия, 1988. – С. 567. 2.Ультразвук: Маленькая энциклопедия.- М.: Сов. Энциклопедия, 1979 – 400 с 3.Проданчук Н.Г.,д.м.н., Самчук А.И.-к.х.н. и др. “Изучение процесса образования подвижных форм микроэлементов и прогнозирование безопасности продукции сельскохозяйственного производства” 4. Возбуцкая А.Е. «Химия почвы» М, 1968г. 5. Иссидов В.А. «Экологическая химия». 6.Назарова Н.И. «Угли Киргизии и состав их гуминовых кислот». 7. Извинский Б.В. Патент на изобретение: СОF.F11/02 JN 19.11.2002г 8. Гапон В.В.,к.т.н., Аникин В.С.,д.т.н. Патент Украины № 95269 от 10.12.2014 г. “Устройство акустической обработки жидких потоков с органо-минеральными дисперсными системами”.
Гапон Василий Владимирович, к.т.н.
г. киев.
тел. 098-258-85-13
e-mail: 251953@ukr.net