Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМИНОВЫХ СТИМУЛЯТОРОВ РОСТА

Изобретение относится к области химии и сельского хозяйства, и может быть использовано для получения органоминеральных гуминовых удобрений из гуматосодержащих продуктов природного происхождения, таких как торф и сапропель.

Гуминовые вещества - это смесь переменного химического состава природных высокомолекулярных соединений, представляющая собой более или менее темноокрашенное аморфное образование. Гуминовые вещества являются мощными стимуляторами роста и развития растений и широко используются в народном хозяйстве как компоненты органоминеральных удобрений.

Известны способы получения гуминовых веществ из различных видов гуминового материала химической обработкой (Ваксман С.А. Гумус, происхождение, химический состав и значение его в природе, М.: Сельхозгиз, 1937, с. 437). Основными реагентами для извлечения гуминовых веществ обычно являются щелочные растворы - водные растворы гидроксидов калия и натрия.

Известен способ выделения гуминовых веществ (Христева Л.А. Роль гуминовой кислоты в питании высших растений и гуминовые удобрения. Труды почвенного института им. В.В. Докучаева, М., 1951, т. 38, с. 314), при котором торф обрабатывают растворами гидроксидов щелочных металлов при нормальных условиях в течение 6-8 часов. Концентрация щелочи для растворения гумуса зависит от типа гумифицированного материала и составляет диапазон 0,03-0,2 М. Наиболее оптимальной концентрацией растворов щелочей для выделения из природного сырья гуминовых веществ считается концентрация 0,1 М. Эта концентрация минимально необходима для замещения водорода всех функциональных групп на ионы щелочного металла в процессе реакции солеобразования. Кроме того, при этой концентрации щелочи образуются растворимые в водном растворе соли гуминовых кислот. Дальнейшее повышение концентрации щелочи за пределы 0,2-0,3 М может привести к химической деструкции гумусовых веществ (В.В. Понаморева, Т.А. Плотникова. Гумус и почвообразование. Л.: Наука, 1980. С. 34). Недостатком данных методов является незначительный выход целевого продукта.

Также известны способы получения водорастворимых гуматов путем механохимической обработки исходного сырья - торфа или угля. Например, способ получения водорастворимых гуматов (Гуминовые удобрения, теория и практика их применения. Гос. изд-во сельхоз. Литературы, Киев, 1962, ч. 2, с. 528), включающий измельчение исходного сырья (торфа или угля), обработку экстрагентом (раствором щелочи) при механическом перемешивании, разделение твердой и жидкой фаз с последующей сушкой. В процессе обработки щелочным экстрагентом гуминовые кислоты из исходного сырья переходят в раствор в виде солей одновалентных катионов - гуматов калия, натрия или аммония, соответственно при использовании в качестве экстрагента калиевой или натриевой щелочи или аммиачной воды, органических оснований. Также известен способ получения гуминовых веществ из торфа (патент RU 2416591, 09.12.2009), в котором торфяную массу после обработки щелочным экстрагентом подвергают активации за счет не менее чем одного измельчения, при котором происходит активация физико-химического разложения торфа. В полученном продукте содержание гуминовых веществ в пересчете на сухое вещество составляет не менее 50%. Известен способ получения биологически активного гуминового продукта (патент RU 2472761, 04.04.2011), заключающийся в активации торфа путем двукратного его гранулирования с промежуточной стадией остывания в течение 12 часов и дальнейшей щелочной обработкой полученных при растворении в воде гранул и последующим охлаждением. Содержание гуминовых кислот в полученном продукте до 12-13%. Приведенные способы, хотя и позволяют получить достаточно высокий выход гуминовых веществ, отличаются длительностью процесса, сложностью его проведения и необходимостью использования сложного или специфического оборудования.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ выделения гуминовых веществ из природного сырья (патент RU 2178777, 19.09.2000). Гумифицированный материал, например торф, обрабатывают щелочным раствором при нормальных условиях в присутствии мочевины и комплексона. Щелочной раствор содержит щелочь, мочевину и комплексон в следующем соотношении по массе 1,0:1,0-5,0:0,1:2,5. Гумифицированный материал представляет собой богатые гумусовые почвы, черноземы с добавкой торфа и сапропеля. Этот способ принят в качестве прототипа. К его недостаткам можно отнести использование в качестве комплексона этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), которая наряду с другими синтетическими лигандами (ДТПА, ЭДЦГА) при регулярном использовании накапливается в почве, что в свою очередь ухудшает ее свойства, приводя к сдвигам естественного биохимического равновесия [JJ.Agric.Food.Chem. 2007, 55(2). Р. 402-407; J.Sci.Food.Agric. 2010, 90 (15), Р. 2633-2640; Chem. Speciation and Bioavailability, 1999, 11(3), P. 85-93; S. Metsarinae, T. Tuhkanen, R. Aksela // Chemosphere, 2001, 45. P. 949-955].

Целью настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего получать высокий выход биологически активных гуминовых веществ из природного гуматосодержащего сырья без риска нарушения экологического равновесия в природе.

Технический результат повышения выхода биологически активных гуминовых веществ достигается тем, что обработка природного гумифицированного материала производится щелочным раствором, включающим безопасный комплексон, полученный на основе иминодиянтарной кислоты, позволяющим исключить из процесса ЭДТА. Для обеспечения эффективного комплексообразования используется экологически безопасная иминодиянтарная кислота [Vandevivere P., Saveyn Н., Verstraete et al. // Environ Sci Technot. - 2001. - V. 35. №9. - P. 1765; Tandy S., Bosser Т.K., Mueller R. et al. // Enviran Sci Technol. - 2004. - V. 38. №3. - P. 937]. В данном случае иминодиянтарная кислота не только удаляет металлические мостики между структурными фрагментами гуминовых веществ, способствуя тем самым полному выходу гуминовых веществ из природного гумифицированного материала, но также сама является активным компонентом получаемого данным способом стимулятора роста [Патент №2399183, опубликован 20.09.2010]. Структурные компоненты иминодиянтарной кислоты содержатся в растениях и являются естественными регуляторами метаболизма. Хелатные соединения такого типа легко усваиваются растениями, в клетках разлагаются на аминокислоты, которые вовлекаются в обмен и полностью метаболизируются в процессах энергообмена. Таким образом, они не только не накапливаются в почве, но и сами выступают в роли дополнительного стимулятора роста растений.

Кроме того, предложенный способ отличается тем, что в качестве щелочи используется гидроксид натрия NaOH в отличие от использованного в прототипе гидроксида калия KОН. Это связано с тем, что в естественных условиях отношение этих щелочных металлов Na/K должно составлять около 10 [Лукнер Л., Шестакова В.М. Моделирование миграции подземных вод. - М.: Недра, 1986. - 208 с.], то есть количество калия на порядок меньше. Это связано с его высокой сорбируемостью и поглощением бактериями. В загрязненных районах показатель приближается к единице. Снижение природного соотношения способствует увеличению риска заболеваний сердечно-сосудистой сферы. Поэтому внесение избыточного содержания калия в почвы усиливает негативное антропогенное воздействие на среду обитания.

Сущность предложенного способа заключается в следующем: предварительно очищенный от посторонних примесей гумусовый материал, например торф или сапропель, измельчают, любым удобным и доступным способом и затем обрабатывают при перемешивании гидроксидом натрия в присутствии мочевины и иминодиянтарной кислоты в соотношении 1:1-5:0,1-2,5 по массе при комнатной температуре. Концентрации растворов следующие: NaOH 0,1 М, мочевина 0,05-0,1 М, иминодиянтарная кислота 0,01-0,05 М в зависимости от природы исходного гумусового материала. Полученную смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 6-12 часов. Готовый продукт получают после отделения раствора, содержащего гуминовый концентрат, от осадка.

Изобретение позволяет повысить концентрацию биологически активных гуминовых веществ, оказывающих явный стимулирующий эффект на рост растений, в готовом полностью биологически разлагаемом продукте, который может применяться в качестве эффективного удобрения без увеличения токсической нагрузки на агросистемы.

Пример 1

К 100 г предварительно очищенного от посторонних примесей и измельченного торфа (Месторождение «Васильевский мох», Тверская область) с влажностью 85% добавили 500 мл дистиллированной воды, а затем 4 г гидроксида натрия (0,1 моль), 6 г мочевины (0,1 моль) и 25 г иминодиянтарной кислоты (0,1 моль). Соотношение NaOH:мочевина:иминодиянтарная кислота составило 1:1:1. После перемешивания в течение 10 минут и отстаивания раствора в течение 12 часов раствор отделили от осадка. Содержание гуминовых и фульвокислот составило 2,6%.

Для сравнения эффективности смеси к 100 г предварительно очищенного от посторонних примесей и измельченного торфа (Месторождение «Васильевский мох», Тверская область) с влажностью 85%) добавили 500 мл дистиллированной воды, а затем 4 г гидроксида натрия (0,1 моль). После перемешивания в течение 10 минут и отстаивания раствора в течение 12 часов раствор отделили от осадка. Содержание гуминовых и фульвокислот составило 1,8%.

Это доказывает высокую эффективность предложенного способа.

Пример 2

К 500 мл жидкого сапропеля (озеро Жарки, Жарковский район Тверской области) с влажностью 92% и зольностью сухого остатка 41,5% добавили 500 мл дистиллированный воды 4 г NaOH (0,1 моль), 6 г мочевины (0,1) моль и 25 г иминодиянтарной кислоты (0,1 моль). Соотношение NaOH:мочевина:иминодиянтарная кислота составило 1:1:1. После перемешивания в течение 10 минут и отстаивания раствора в течение 6 часов раствор отделили от осадка. Содержание гуминовых и фульвокислот составило 17%.

Для выявления эффективности изобретения к 500 мл жидкого сапропеля (озеро Жарки, Жарковский район Тверской области) с влажностью 92% и зольностью сухого остатка 41,5% добавили 500 мл дистиллированный воды 4 г NaOH (0.1 моль). После перемешивания в течении 10 минут и отстаивания раствора в течении 6 часов раствор отделили от осадка. Содержание гуминовых и фульвокислот составило 11%.

Предложенный способ позволяет получить высокие выходы гуминовых веществ из природного гуминового материала с получением жидкого усилителя роста растений полностью биологически разлагаемого продукта, который может применяться в качестве удобрения без увеличения токсической нагрузки на агросистемы.