Исследование кинетики термически активированных изменений состава и свойств торфяных гуминовых кислот

• Автор: Чухарева, Наталья Вячеславовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Гуминовые кислоты, их свойства и направления использования

1.1. Гуминовые кислоты

1.1.1. Методы извлечения гуминовых кислот

1.1.2. Схемы строения гуминовых кислот

1.2. Свойства гуминовых кислот

1.2.1. Кислотные свойства

1.2.2. Ионообменные свойства

1.2.3. Комплексообразующие свойства

1.2.4. Парамагнитные свойства гуминовых кислот

1.2.5. Термическая деструкция гуминовых кислот
1.3. Направления использования гуминовых кислот
1.4 Постановка задачи исследования
2. Методика исследования и обработки результатов
2.1. Характеристика торфов
2.2 Методика термообработки торфа
2.3. Методика извлечения гуминовых кислот
2.4. Методика определения функционального состава
2.5. Методика термического анализа
2.6. Методика кислотного гидролиза
2.7. Метод интегральных преобразований
3. Исследование состава и свойств гуминовых кислот исходных и термообработанных торфов
3.1. Функциональный и элементный составы гуминовых кислот
3.2. Термическая устойчивость и парамагнитные свойства
гуминовых кислот
3.3. Термоокислительная деструкция гуминовых кислот
3.4. Термоокислительная деструкция гидролизных остатков
гуминовых кислот
3.5. Термическое декарбоксилирование и дегидратация гуминовых кислот
3.5.1. Кинетика образования диоксида углерода и пирогенетической воды
3.5.2. Изучение кинетики термической деструкции гуминовых кислот с помощью метода интегральных 0 преобразований
4. Новые направления использования гуминовых кислот термообработанных торфов
4.1. Использование торфяных гуматов при флотации угля
4.2. Торфяные гуматы как регуляторы свойств бетонных смесей
5. Выводы
Список литературы


Проведенный анализ литературных данных ,, позволил выделить ряд факторов, влияющих на степень извлечения ГК из исходного сырья концентрация реагента, щелочного раствора, время экстрагирования, температура, соотношение сырья и реагента, кратность обработки сырья, предварительная обработка сырья. Большинство авторов 1,2,,, отмечают, что оптимальная концентрация ИаОН для извлечения ГК из торфов равна 0,1 0,5 Н. Существенное влияние на процесс извлечения ГК из твердых горючих ископаемых оказывают время контактирования реагента и сырья, температура экстракции, давление, соотношение сырья и реагента, уменьшение размеров частиц исходного материала вибропомол, диспергирование, искусственное окисление сырья, предварительная деминерализация материала, обработка сырья ультразвуком ,,,. Некоторые исследователи при выделении ГК используют многократную обработку едким натром ,. Считается, что процесс извлечения ГК щелочными реагентами является длительным 4 часов, причем основное количество ГК извлекается в течение первых двух часов экстракции. Повышение температуры экстракции от до 0 С увеличивает выход ГК в 24 раза, что объясняется более интенсивным разрывом межмолекулярных связей ,,,. Схемы строения гуминовых кислот. В настоящее время известно несколько схем строения ГК. Однако, как отмечают 1,2,7,9,,, все они имеют гипотетический характер. Наиболее полная блоксхема рис. В.Мистерски и В. Логиновым . По данной схеме в состав ГК входит ядро, представленное ароматическими шестичленными кольцами и гетероциклами. Оно окружено периферическими алифатическими цепями, в том числе углеводного и полипептидного характера. За счет комплексообразования и сорбции ГК могут содержать минеральные компоненты. Рис. Блоксхема гуминовой кислоты В. Мистерски и В. Структурная формула Г. Фукса для ГК бурого угля рис. ГК развитых периферических цепочек и азота, наличие которых в макромолекуле ГК в настоящее время установлено рядом физикохимических методов исследования 1,,. Рис. Структурная формула гуминовой кислоты Г. В.Касаточкин 1. ГК и ввел боковые радикалы в виде цепей линейно полимеризованного углерода, несущих различные функциональные группы рис. Повышение степени ионизации 57 способствует разрыхлению макромолекул и при рН7 форма их становится линейной. ГК, способности изменять конфигурацию в определенных условиях 1,2,7,9,,,. Рис. Схема строения гуминовой кислоты В. Н СНг,о снсн. ГК рис. Рис. Формула гуминовой кислоты С. В ее основе лежит шестичленное кольцо. Ароматические ядра расположены линейно. Учитывается наличие азота, который может входить как в циклическую структуру ядра молекулы, так и в боковые цепи. Кроме того, ряд авторов 1,9 отмечают, что формула Драгунова не подтверждается результатами рентгеноструктурного анализа. Сходное строение с формулой ГК по Драгунову предложили Фелбек и Фляйг 1, рис. Структурная схема строения негидролизуемой части почвенных ГК Фелбека содержит единичные кольчатые структуры, которые включают функциональные группы при открытых цепях. Фляйг отмечает возможность существования двухядерных ароматических структур 1. Рис. Н.Н лтт О Рис. Принципиальные черты строения макромолекулы ГК достаточно четко сформулированы Кухаренко 9. Она считает, что ГК являются ароматическими оксиоксокарбоновыми кислотами, в которых конденсированные ароматические ядра, включающие также кислород, азот, а иногда и серосодержащие гетероциклы и нафтеновые циклы и имеющие боковые цепи и функциональные группы при ядре и боковых цепях, соединены между собой участками неароматического характера. Возможно это кислородные мостики, гетероциклы рис. О К. СН2сОК2СН2 СОКСН2 ссн


Рисунок 1. Структурная формула гуминовой кислоты Т. Ш1. В основе конденсированного ядра находятся Е. Рис. Структурная формула мономера гуминовой кислоты по В. Комиссаров и Логинов
я. ОНС СН3 1 3 . Рис. Структурная схема отдельного мономерного звена гуминовых кислот окисленного угля И. Комиссарова и Л. Имеющиеся данные о составе и свойствах почвенных ГК наиболее полно учтены и отражены в формуле Орлова 2 рис. Методами жесткой деструкции окисление, восстановление, пиролиз Орлов показал, что в состав ядра ГК входят пяти и шестичленные кольца.