Технология производства гуминовых удобрений на основе применения метода ультразвуковой газоструйной кавитации высокой интенсивности.

11 марта 2017 г.

326

Статьи Статьи партнеров Технология производства гуминовых удобрений на основе применения метода ультразвуковой газоструйной кавитации высокой интенсивности.

 

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