В данной статье рассматриваются гуминовые соединения, полученные из бурых углей путем обработки растворами щелочей. Перевод гуминовых соединений в водорастворимую форму при использовании комплексона ОЭДФ. Эксперимент и обработка результатов эксперимента проводились с использованием метода центрального композиционного планирования.
Ключевые слова: гуминовые соединения, гумат кальция, гумат магния, комплексон ОЭДФ.
Гуминовые соединения входят в состав практически всех видов угля, особенно высокое содержание их наблюдается в бурых углях малой стадии гумификации (до 60 %) [1]. Основной компонент гуминовых соединений — гуминовая кислота, нерастворимая в воде. Для получения водных растворов создается щелочная среда, при этом гуминовая кислота переходит в растворимый гумат калия (или натрия). Гуминовый соединения являются стимуляторами роста для увеличения прироста побегов, снижения опадания, повышает устойчивость растений к стрессовым факторам вегетационного периода в засушливые, влажные и холодные годы, к повышенным дозам минеральных удобрений. Стимулятор не токсичен, не мутагенен, не обладает кумулятивными свойствами, проявляет иммуностимулирующие и адаптогенные свойства [2].
Цель данного исследования — установление факторов, обеспечивающих получение водорастворимых форм гуминовых соединений, устойчивых в широком диапазоне PH среды.
Экспериментальная часть
Для этого гуминовые соединения извлекли из углей в виде гуматов натрия путем обработки углей растворами щелочей. При добавлении к полученным растворам солей кальция или магния получали нерастворимые гуматы кальция и магния. Последние затем переводили в растворимые формы при использовании комплексона ОЭДФ (1- оксиэтилидендифосфоновая кислота) и щелочей.
Эксперимент и обработка результатов эксперимента проводились с использованием метода центрального композиционного планирования [1]. Характеристики плана эксперимента представлены в таблице 1, а матрица планирования — в таблицах 2,3. При этом факторами эксперимента были выбраны:
— Х1 — объем ОЭДФ;
— Х2 — концентрация ОЭДФ.
Функцией отклика Y является объемом истраченного КОН для получения водорастворимой формы.
Таблица 1
Характеристика плана эксперимента
|
Уровень |
Х1 (объем ОЭДФ) |
Х2 (концентрация ОЭДФ) |
||
|
Код |
Значение, мл |
Код |
Значение, моль |
|
|
Верхний уровень |
+1 |
5 |
+1 |
0,15 |
|
Основной уровень |
0 |
3 |
0 |
0,1 |
|
Нижний уровень |
-1 |
1 |
-1 |
0,05 |
|
Интервал варьирования |
10 |
0,05 |
||
Таблица 2
Матрица планирования эксперимента для Са2+
|
№ |
X1(Vр-ра) |
X2(CЭДТА) |
|
|
|
|
||
|
Код |
мл |
Код |
моль |
мл |
мл |
мл |
мл |
|
|
1 |
-1 |
1 |
-1 |
0,05 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
|
2 |
+1 |
5 |
-1 |
0,05 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
|
3 |
-1 |
1 |
+1 |
0,15 |
2,6 |
2,6 |
2,4 |
2,53 |
|
4 |
+1 |
5 |
+1 |
0,15 |
3,6 |
3,4 |
3,6 |
3,53 |
|
5 |
+1 |
5 |
0 |
0,1 |
4,0 |
3,4 |
3,6 |
3,67 |
|
6 |
-1 |
1 |
0 |
0,1 |
6,0 |
5,8 |
5,8 |
5,87 |
|
7 |
0 |
3 |
+1 |
0,15 |
3,0 |
2,6 |
2,6 |
2,73 |
|
8 |
0 |
3 |
-1 |
0,05 |
3,0 |
2,8 |
3,0 |
2,93 |
|
9 |
0 |
3 |
0 |
0,1 |
2,6 |
2,4 |
2,6 |
2,53 |
KOH
KOH
KOH
KOH
Таблица 3
Матрица планирования эксперимента для Mg2+
|
№ |
X1(Vр-ра) |
X2(CЭДТА) |
|
|
|
|
||
|
Код |
мл |
Код |
моль |
мл |
мл |
мл |
мл |
|
|
1 |
-1 |
1 |
-1 |
0,05 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
|
2 |
+1 |
5 |
-1 |
0,05 |
3,2 |
3,0 |
3,2 |
3,13 |
|
3 |
-1 |
1 |
+1 |
0,15 |
2,8 |
2,8 |
2,6 |
2,73 |
|
4 |
+1 |
5 |
+1 |
0,15 |
4,0 |
4,2 |
4,0 |
4,07 |
|
5 |
+1 |
5 |
0 |
0,1 |
3,4 |
3,2 |
3,2 |
3,27 |
|
6 |
-1 |
1 |
0 |
0,1 |
4,4 |
4,4 |
4,6 |
4,47 |
|
7 |
0 |
3 |
+1 |
0,15 |
2,4 |
2,4 |
2,6 |
2,47 |
|
8 |
0 |
3 |
-1 |
0,05 |
3,8 |
3,8 |
3,4 |
3,67 |
|
9 |
0 |
3 |
0 |
0,1 |
2,8 |
2,8 |
2,8 |
2,8 |
Уравнение регрессии. получаемое при математической обработке результатов эксперимента по данной матрице, представляет собой полином 2-ой степени
(1)
Математическая обработка экспериментальных данных дает следующее уравнение регрессии для определения объема гидроксида калия КОН для перевода гуматов кальция в водорастворимую форму:
(2)
Аналогичное уравнение регрессии для определения объема гидроксида калия КОН для перевода гуматов магния в водорастворимую форму имеет вид:
(3)
Частные уравнения, полученные из уравнений (2–3), позволяют получить графические зависимости влияния указанных факторов на процесс получения водорастворимых форм гуминовых соединений при использовании данного комплексона.
Анализ уравнений (2–3) показывает, что объем КОН, необходимый для перевода гуматов кальция и магния в водорастворимую форму уменьшается при увеличении объемов и концентраций комплексона ОЭДФ. Об этом свидетельствуют отрицательные коэффициенты при коэффициентах b1 и d2. Положительные значения при коэффициентах b11 b22 свидетельствуют о том, что с дальнейшим повышением объемов и концентраций комплексона происходит постепенное увеличение объема КОН. То есть на частных графических зависимостях возможно появление экстремальных точек (минимумов).
Рис. 1. Зависимость объема КОН для получения водорастворимой формы гумата кальция от объема ОЭДФ
На рисунке 2 представлена зависимость расхода щелочи КОН, необходимого для перевода гумата кальция в водорастворимую форму в зависимости от концентрации ОЭДФ.
Сложная зависимость объемов КОН от объема ОЭДФ и концентрации комплексона связана, вероятно, с образованием комплексных соединений хелатного строения.
Рис. 2. Зависимость объема КОН для получения водорастворимой формы гумата кальция от концентрации ОЭДФ
На рисунке 3 и рисунке 4 представлены графические зависимости по переводу в водорастворимые формы гумата магния при использовании щелочи КОН и комплексона ОЭДФ.
Рис. 3. Зависимость объема КОН для получения водорастворимой формы гумата магния от объема ОЭДФ
Рис. 4. Зависимость объема КОН для получения водорастворимой формы гумата магния от концентрации ОЭДФ
На рисунке 4 зависимость объема КОН при Х1=1 мл и Х1=3 мл ОЭДФ наблюдается равномерное уменьшение расхода КОН, а при Х1=5 мл ОЭДФ, наоборот, увеличение расхода КОН.
Вследствие того, что на графике не наблюдаются явные минимумы и максимумы, потребность находить производные для определения экстремумов отпадает.
Вывод: Полученные водорастворимые комплексы гуматов кальция и магния устойчивы в широком диапазоне pH среды. Реакция водорастворимых форм гуматов кальция и магния практически является нейтральной при различном сочетании щелочи и ОЭДФ.
Литература:
- Забрамный Т. Д., Победоносцева О. И., Победоносцева Н. И. Гуминовые кислоты и их использование. — Ташкент: Изд-во Фан, 2009–151 с.
- http://sadluna.com/udorenija_stimuljatory_rosta.php
- Саутин, С. Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии.- Л., “Химия”, 1975. — 48 с., ил.
