ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2008, № 2, с. 24-28
УДК 634.0.816
ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИГУМАТОВ НАТРИЯ ИЗ ТОРФА
© 2008 г. М. В. Ефанов*, А. И. Галочкин**, П. П. Черненко*
*ФГНУ НИИ древесных термопластиков, Барнаул E-mail: efanov_1973@mail.ru **ГОУ ВПО Югорский государственный университет, Ханты-Мансийск E-mail: a_galochkin@mail.ru Поступила в редакцию 16.10. 2007 г.
Изучено влияние продолжительности кавитационной обработки, концентрации NaOH, количества пероксида водорода и жидкостного модуля на содержание гуминовых и фульвокислот в жидкой фазе продуктов окисления торфа пероксидом водорода в водно-щелочной среде по кавитационной технологии. Изучен элементный и функциональный состав выделенных оксигуминовых кислот. Проведены агрохимические испытания полученных препаратов в качестве стимуляторов роста.
Комплексное использование торфа - это одна из актуальных задач современной торфяной промышленности. Наиболее оптимален в этом направлении путь глубокой химической переработки всей биомассы торфа с целью получения непосредственно из него (без разделения на отдельные компоненты) различных полимерных материалов [1].
Значительный интерес в прикладном плане представляют оксигуминовые вещества, которые рекомендованы для применения в качестве гуминовых стимуляторов роста, удобрений и поверхностно-активных веществ. Основной метод их получения - окисление торфа в водно-щелочной среде, заключающийся в обработке торфа пероксидом водорода в водном растворе КаОИ при 100-150°С в автоклавах под давлением [2]. Эти спосо-
Таблица 1. Результаты анализа исходного низинного торфа (в расчете на абсолютно сухое вещество)*
Показатель Содержание, %
Зольность 22.1
Битумы 3.7
Азот общий 2.1
Органическое вещество 72.1
(по общему углероду)
Общее количество 48.0
гуминовых веществ,
из них:
гуминовые кислоты 24.6
фульвокислоты 23.4
* Влажность исходного торфа - 49.3%; степень разложения - 25%.
бы имеют существенные технологические недостатки: сложность и длительность процесса, низкий выход продуктов при довольно значительных расходах окислителя и щелочи.
В работах [2-4] предложено получать оксигу-маты из торфа путем его окисления пероксидом водорода в щелочной среде в сравнительно жестких условиях (125°С в автоклаве 4 ч) в присутствии солей кобальта и меди в качестве катализаторов. Такие способы позволяют получать гуминовые удобрения с выходом 75-93% от органической массы торфа, содержащие связанные кобальт и медь в качестве микроэлементов.
Одним из перспективных методов активации торфа для последующего химического модифицирования является его кавитационная обработка в водной среде в кавитационных аппаратах [5]. Торф, подвергнутый кавитационной обработке в различных средах, меняет свой химический состав, что приводит к его активации. Однако работы по систематическому изучению окисления торфа в различных средах в условиях кавитационной обработки в литературе не обнаружены.
Цель настоящей работы - исследование процесса окисления торфа пероксидом водорода в водно-щелочной среде в условиях кавитационной обработки для разработки эффективного способа получения оксигуматов натрия.
В качестве исходного сырья использован низинный торф Одинцовского месторождения Алтайского края со степенью разложения около 25%, полученный в ООО НПО "Теллура - Бис" (г. Бийск). Химический состав исходного торфа представлен в табл. 1. Влажность и зольность
Таблица 2. Влияние продолжительности кавитационной обработки на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа пероксидом водорода в водном растворе КаОН*
Продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки, мин Содержание углерода, г/л
Образец общего (гуминовых и фульвокислот) гуминовых кислот фульвокислот
Исходный торф - 80.5 41.2 39.3
1 15 22.3 12.2 10.1
2 30 26.4 15.2 11.2
3 45 32.5 19.3 13.2
4 60 39.3 22.2 17.1
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки 15 мин, количество Н2О2 5% от массы абсолютно сухого торфа, концентрация раствора №ОН 2%.
Таблица 3. Влияние концентрации КаОН на содержание азота в твердом остатке и содержание гуминовых и фульвокислот в жидкой фазе при окислении торфа пероксидом водорода*
Концентрация
Содержание
Содержание углерода, г/л
Образец раствора щелочи, % азота в твердом остатке, % общего (гуминовых и фульвокислот) гуминовых кислот фульвокислот
Исходный торф - 2.1 80.5 41.2 39.3
2 2 1.9 26.4 15.2 11.2
5 4 1.8 39.2 23.1 16.1
6 6 1.7 75.3 56.2 19.1
7 8 1.0 97.4 86.2 11.2
8 10 0.9 105.2 41.1 64.1
9 2** 1.8 28.5 16.3 12.2
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки 15 мин, количество Н2О2 5% от массы абсолютно сухого торфа, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки 30 мин. ** В качестве щелочи использован КОН.
торфа определяли высушиванием и последующим озолением в муфеле согласно ГОСТ 1130583 и 11306-83. Количество общего азота находили методом Кьельдаля, а общего углерода (органического вещества) - методом Тюрина: окислением бихроматом калия в серной кислоте фото-колориметрически [6].
Содержание углерода гуминовых веществ определяли фотоколориметрически по методу Тюрина после экстракции гуминовых веществ из торфа щелочным раствором пирофосфата натрия по ГОСТ 9517-94, а количество фульвокислот - по разности между общим содержанием гуминовых веществ и количеством гуминовых кислот.
Для получения оксигуматов из торфа навеску исходного торфа влажностью 50% массой 2.0 кг после 15 мин щелочной кавитационной обработки от 2.0 до 10%-ным водным раствором КаОН обрабатывали в роторном кавитационном ап-
парате с частотой вращения ротора 3000 об/мин пероксидом водорода (в расчете 0.025-0.2 кг Н2О^/кг абсолютно сухого торфа) в водной суспензии при температуре 60°С в течение 15-60 мин. Результаты влияния продолжительности кавитационной обработки при 60°С на выход водорастворимых органических веществ из торфа представлены в табл. 2.
Установлено, что при увеличении продолжительности кавитационной обработки торфа при 60°С в присутствии пероксида водорода в водно-щелочной среде происходит закономерное увеличение концентрации водорастворимых органических веществ в полученных экстрактах от 22 до 39 г/л. За 60 мин окисления торфа в условиях кавитационной обработки выход водорастворимых органических веществ составляет 39 г/л.
В табл. 3 приведены данные по влиянию концентрации КаОН на количество азота в твердом остатке, и содержание углерода гуминовых и
Таблица 4. Влияние количества пероксида водорода на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа в условиях кавитационной обработки*
Количество Н2О2, % Содержание углерода, г/л
Образец от массы абсолютно сухого торфа общего (гуминовых и фульвокислот) гуминовых кислот фульвокислот
Исходный торф - 80.5 41.2 39.3
2 5 26.4 15.2 11.2
10 2.5 24.5 13.2 11.3
11 10 29.3 12.2 17.1
12 15 32.2 11.1 21.1
13 20 32.4 10.2 22.2
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки 15 мин, концентрация раствора №ОН 2%, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки 30 мин.
Таблица 5. Влияние гидромодуля на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа в условиях кавитационной обработки*
Образец Гидромодуль Содержание углерода, г/л
общего (гуминовых и фульвокислот) гуминовых кислот фульвокислот
Исходный торф - 80.5 41.2 39.3
2 2 26.4 15.2 11.2
14 3 24.2 14.1 10.1
15 4 22.3 13.1 9.2
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки 15 мин, концентрация раствора №ОН 2%, количество Н2О2 5% от массы абсолютно сухого торфа, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки 30 мин.
фульвокислот в полученных жидких гуминовых удобрениях. Показано, что с увеличением концентрации КаОН от 2 до 10% происходит закономерное уменьшение содержания азота в сухом остатке от 1.9 до 0.9%, что обусловлено усилением щелочного гидролиза органического вещества торфа. Установлено, что увеличение концентрации КаОН приводит к увеличению общего количества водорастворимых веществ и углерода гуминовых и фульвокислот в жидкой фазе полученных удобрений (табл. 3). Причем при концентрации щелочи в 10% наблюдается наибольший выход фульвокислот, вероятно, за счет более глубокого окисления гуминовых веществ торфа.
Изучено влияние количества пероксида водорода на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа в условиях кавитационной обработки при 60°С и концентрации щелочи 2% (табл. 4).
С ростом количества пероксида водорода от 2.5 до 20% от массы абсолютно сухого торфа происходит увеличение содержания общего углерода
в полученной жидкой фазе от 24 до 32 г/л. При этом повышается содержание низкомолекулярных фульвокислот от 11 до 22 г/л за счет более глубокого окисления органического вещества торфа (табл. 4).
В табл. 5 приведено влияние жидкостного модуля на содержание водорастворимых органических веществ при окислении торфа в условиях кавитационной обработки при 60°С, концентрации щелочи 2% и количестве пероксида водорода 5% от массы абсолютно сухого торфа. При увеличении гидромодуля от двух до трех-четырех наблюдается некоторое снижение содержания водорастворимых органических веществ в жидкой фазе, что обусловлено уменьшением полноты окисления органического вещества торфа при увеличении соотношения торф:окислительный раствор за счет снижения концентрации пероксида водорода. Окисление торфа кавитационным методом способствует растворению значительной части его органического вещества, в первую очередь гуминовых веществ.
Таблица 6. Элементный и функциональный состав оксигуминовых кислот, полученных из торфа в условиях ка-витационной обработки*
Элементный состав, % Содержание функциональных групп, %
Образец С Н N 0 (по разности) С00Н 0Нфен общее количество
Гуминовые кислоты исходного торфа 56.2 6.3 2.5 35.0 2.2 3.1 5.3
Гуминовые кислоты из жидкой фазы продукта окисления торфа 62.5 5.7 1.3 30.5 4.3 1.9 6.2
* Образец 7 оксигумата натрия.
Таким образом, предлагаемый способ за счет кавитационной обработки обеспечивает интенсификацию технологического процесса,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.