L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИГУМАТОВ ИЗ ТОРФА

НазваниеСПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИГУМАТОВ ИЗ ТОРФА
Разработчик (Авторы)Ефанов М.В, Галочкин А.И., Петраков А.Д., Черненко П.П., Латкин А.А.
Вид объекта патентного праваИзобретение
Регистрационный номер 2370478
Дата регистрации17.09.2007
ПравообладательГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Югорский государственный университет"

Описание изобретения

Изобретение относится к торфяной промышленности и сельскому хозяйству и может быть использовано для получения водорастворимых поверхностно-активных веществ, гуминовых стимуляторов роста и жидких оксигуминовых удобрений на основе торфа. Торф сначала обрабатывают 2-10%-ным водным раствором щелочи в течение 15 мин в условиях кавитационного воздействия в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин, а затем в этом же аппарате окисляют пероксидом водорода в количестве от 2,5 до 20% от массы абсолютно сухого торфа при продолжительности от 15 до 60 мин при температуре 60°С и гидромодуле 2. Кавитационная обработка торфа в присутствии окислителя и водного раствора NaOH приводит к интенсификации процесса (сокращает общую продолжительность до 75 мин), снижению температуры от 120 до 60°С и увеличению содержания гуминовых и фульвокислот, что улучшает качество получаемого продукта. 4 табл.

Изобретение относится к торфяной промышленности и сельскому хозяйству и может быть использовано для получения поверхностно-активных веществ, стимуляторов роста растений и оксигуминовых удобрений на основе торфа.

Агрохимическая ценность торфа определяется в основном его органической частью (гуминовые и фульвокислоты). Однако вследствие малой доступности органического вещества исходный торф слабо проявляет свойства удобрения. Активатором органического вещества торфа могут быть водные растворы щелочей, которые извлекают гуминовые вещества в виде водорастворимых гуматов [Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере. // Соросовский образовательный журнал. - 1997. - №2. - С.56-63].

Для повышения выхода гуминовых веществ и увеличения их биологической активности используют окисление гуминовых веществ торфа пероксидом водорода в щелочной среде [Бамбалов Н.Н., Смычник Т.П. Деструкция гуминовых кислот торфа пероксидом водорода. // Вестник АН БССР. Сер. Химическая. - 1986. - №3. - С.75-78].

Известен способ получения средства для защиты растений от болезней путем окисления торфа или бурого угля пероксидом водорода в количестве 15-30% от органической массы сырья в присутствии щелочи и 0.2-1.5 мас.% азотнокислого кобальта в качестве катализатора с последующим отделением жидкой фазы и добавлением к ней водного аммиака [а.с. СССР №1624726, кл. A01N 61/00, 1991]. Недостатками известного способа являются: повышенная температура процесса 120°С, длительность процесса до 4 ч, а также необходимость использования в качестве катализатора азотнокислого кобальта.

Известен способ получения средства для защиты растений из торфа путем окисления обработанного гидроксидом натрия торфа перекисью водорода при температуре 120-125°С в течение 1.5 ч в присутствии цеолитового туфа в качестве катализатора в количестве 0.5-2.0 мас.% на органическую массу торфа с последующим отделением жидкой фазы и добавлением в нее раствора аммиака до его содержания в готовом продукте 0.8-1.6 мас.% [патент РФ №2216172, кл. A01N 61/00, 2003] (прототип).

Недостатками прототипа являются: сравнительно высокая температура процесса 120-125°С, длительность процесса до 1.5 ч, необходимость использования в качестве катализатора цеолитового туфа, а также сравнительно низкая концентрация органических веществ в целевом продукте (34-36 г/л).

Общим признаком для прототипа и заявляемого изобретения является обработка торфа пероксидом водорода в присутствии водного раствора щелочи.

Предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что обработку торфа водными растворами щелочей и пероксидом водорода ведут при интенсивной кавитационной обработке реакционной смеси при 60°С в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин в течение от 30 до 75 мин.

В предлагаемом изобретении недостатки прототипа устраняются следующим образом. Использование интенсивной кавитационной обработки торфа совместно с водным раствором щелочи и пероксида водорода позволяет интенсифицировать технологический процесс: уменьшить температуру от 120 до 60°С и уменьшить продолжительность обработки от 1.5 ч до 30-75 мин. Концентрация водорастворимых органических веществ (гуминовых и фульвокислот) в целевом продукте (жидкая фаза), полученных по предлагаемому способу, составляет до 105 г/л, тогда как в прототипе она составляет 34-36 г/л.

Сущность предлагаемого способа получения оксигуматов заключается в том, что торф сначала обрабатывают 2-10%-ным водным раствором щелочи в течение 15 мин в условиях кавитационного воздействия в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин, а затем в этом же аппарате окисляют пероксидом водорода в количестве от 2.5 до 20% от массы абсолютно сухого торфа при продолжительности от 15 до 60 мин при температуре 60°С и гидромодуле 2.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом. Навеску исходного низинного торфа влажностью 50% массой 2.0 кг обрабатывают в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин в течение 15 мин в суспензии 2.0-10.0%-ных водных растворов щелочей, а затем окисляют пероксидом водорода (в расчете 2.5-20% H2O2 от массы абсолютно сухого торфа) при температуре 60°С в условиях кавитационной обработки в течение от 15 до 60 минут при гидромодуле 2÷4. Охлажденную реакционную смесь выгружают и центрифугируют, отделяя жидкую фазу (целевой продукт) от твердого остатка. Определяют в жидкой фазе содержание общего углерода, углерода гуминовых кислот и по их разности содержание углерода фульвокислот (в г/л). Для сравнения количество углерода водорастворимых органических (гуминовых и фульвокислот) определяют в исходном торфе экстракцией 0.1 н щелочным раствором пирофосфата натрия при pH 13 в течение 24 ч по ГОСТу 9517-94.

Таким образом, предлагаемый способ за счет кавитационной обработки обеспечивает интенсификацию технологического процесса, получение наиболее высокого выхода водорастворимых органических веществ в целевом продукте (жидкой фазе) более простым и менее энергоемким способом по сравнению с прототипом.

Таблица 1
Влияние продолжительности кавитационной обработки на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа пероксидом водорода в водном растворе NaOH*
Пример Продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки, мин Содержание общего углерода (гуминовых и фульвокислот), г/л Содержание углерода гуминовых кислот, г/л Содержание углерода фульвокислот,
г/л
Исходный торф - 80 41 39
1 15 22 12 10
2 30 26 15 11
3 45 32 19 13
4 60 39 22 17
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки - 15 мин, количество H2O2 - 5% от массы абсолютно сухого торфа, концентрация раствора NaOH - 2%.
Таблица 2
Влияние концентрации раствора щелочи на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа пероксидом водорода в условиях кавитационной обработки*
Пример Концентрация раствора щелочи, % Содержание общего углерода (гуминовых и фульвокислот), г/л Содержание углерода гуминовых кислот, г/л Содержание углерода фульвокислот,
г/л
Исходный торф - 80 41 39
2 2 26 15 11
5 4 39 23 16
6 6 75 56 19
7 8 97 86 11
8 10 105 41 64
9 2** 28 16 12
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки - 15 мин, количество H2O2 - 5% от массы абсолютно сухого торфа, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки - 30 мин;
** - в качестве щелочи использован KOH.
Таблица 3
Влияние количества пероксида водорода на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа в условиях кавитационной обработки*
Пример Количество H2O2, % от массы абсолютно сухого торфа Содержание общего углерода (гуминовых и фульвокислот), г/л Содержание углерода гуминовых кислот, г/л Содержание углерода фульвокислот,
г/л
Исходный торф - 80 41 39
2 5 26 15 11
10 2.5 24 13 11
11 10 29 12 17
12 15 32 11 21
13 20 32 10 22
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки - 15 мин, концентрация раствора NaOH - 2%, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки - 30 мин.
Таблица 4
Влияние гидромодуля на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа в условиях кавитационной обработки*
Пример Гидромодуль Содержание общего углерода (гуминовых и фульвокислот), г/л Содержание углерода гуминовых кислот, г/л Содержание углерода фульвокислот,
г/л
Исходный торф - 80 41 39
2 2 26 15 11
14 3 24 14 10
15 4 22 13 9
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки - 15 мин, концентрация раствора NaOH - 2%, количество H2O2 - 5% от массы абсолютно сухого торфа, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки - 30 мин.

Формула изобретения

Способ получения оксигуматов из торфа, заключающийся в обработке торфа пероксидом водорода в водном растворе щелочи и отделении жидкой фазы, отличающийся тем, что обработку торфа сначала ведут водным раствором щелочи при ее концентрации от 2 до 10% в течение 15 мин в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об./мин, а затем добавляют пероксид водорода в количестве от 2,5 до 20% от массы абсолютно сухого торфа и проводят окисление при интенсивном кавитационном воздействии от 15 до 60 мин при температуре 60°С при гидромодуле 2.

Изобретение "СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИГУМАТОВ ИЗ ТОРФА" (Ефанов М.В, Галочкин А.И., Петраков А.Д., Черненко П.П., Латкин А.А.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля