Молекулярные изменения в гуминовых веществах при действии магнитного и ультразвукового полей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© Т.В. Москаленко, В.А. Михеев,

О.С. Данилов, 2011

УДК 631.811:534.23:537.632/.636

Т.В. Москаленко, В.А. Михеев, О. С. Данилов

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВАХ ПРИ ДЕЙСТВИИ МАГНИТНОГО И УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПОЛЕЙ

Приведены результаты фотометрического исследования молекулярной структуры гуминовых кислот по изменению показателя оптической плотности щелочных растворов, полученных при сочетании воздействий магнитного и ультразвукового полей в процессе экстрагирования торфа. Установлено, что в процессе магнитного и ультразвукового воздействия на экстракт происходят изменения молекулярной структуры гуминовых веществ, причем изменения эти качественно отличаются.

Ключевые слова: торф, гуминовые кислоты, ультразвук, магнитное поле, молекулярная структура.

Г_уминовые вещества (ГВ) - это природные высокомолекулярные конденсированные ароматические соединения, которые входят в состав почв, торфа, бурых, окисленных каменных углей и сапропелей. В составе гуминовых веществ наиболее подвижной и реакционно-способной компонентой, активно участвующей в химических процессах, протекающих в экосистемах, являются гуминовые кислоты (ГК) [1].

Гуминовые вещества определяют основу плодородия почв и все шире используются в качестве структурооб-разователей почв. Многочисленные исследования показали, что гумино-вые препараты, получаемые из бурых углей и торфов аналогичны природным гуминовым веществам, обладают таким же широким спектром мелиоративного и биологического действия и приводят к положительным изменениям в агро-физико-химическом комплексе почвенных систем.

В то же время, свойства ГК, выделенных разными способами в каждом конкретном случае специфичны и определяются составом и соотношением индивидуальных веществ [2-4]. При этом в составе ГК могут преобладать как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные соединения с различным содержанием алифатических и ароматических фрагментов, функциональных групп.

Исследования по изучению воздействия ультразвука на торф в процессе экстрагирования [5] и аналогичные исследования с постоянным магнитным полем, показали увеличение количества функциональных групп в составе молекул гуминовых кислот, полученных при ультразвуковом воздействии, и уменьшение их при воздействии магнитным полем по сравнению с количеством функциональных групп в экстрактах, полученных без воздействий. Известно, что от особенностей молекулярной структуры ГК напрямую зависит их физиологическая активность. Чем больше ГК содержит фрагментов,

обладающих свойствами стабильных свободных радикалов, тем выше ее активность, однако с увеличением высокомолекулярных соединений, содержание данных фрагментов снижается.

В продолжение работ по данной теме, проведены экспериментальные исследования по экстрагированию гу-миновых кислот при сочетании ультразвукового и магнитного поля. При комбинации магнитного и ультразвукового поля не наблюдается аддитивности исследуемого процесса: в общем виде сочетания магнитного и ультразвукового поля имеют выход меньший, чем при отдельном воздействии. Это говорит о том, что при экстракции с применением ультразвукового и магнитного поля происходят молекулярные процессы, принципиально отличающиеся по характеру, и экстракция при сочетании этих полей приводит не к аддитивному увеличению выхода, как ожидалось, а, наоборот, к его снижению.

Изменение молекулярных свойств ГК можно оценить с помощью фотометрического анализа, так как изменение показателя оптической плотности щелочных растворов ГК характеризует изменение ароматической структуры молекул.

Для всех полученных экстрактов ГК были проведены определения оптической плотности при длине волны (нм): 450, 600, 750 и вычислены характеристические оптические плотности, т.е. оптические плотности, соответствующие одинаковой концентрации раствора, в данном случае 0,1 г/л, и одинаковой толщине слоя раствора, в данном случае 1 см. При длине волны 450 нм оптическая плотность растворов с концентра-

цией 0,1 г/л изменяется в интервале от 0,248 до 0,425; при длине волны 600 нм - от 0,055 до 0,194; при длине волны 750 нм - от 0,01 до 0,032.

На рисунке показаны электронные спектры поглощения для растворов ГК при воздействии магнитным и ультразвуковым полями и их сочетанием. Буквами обозначен вид поля, воздействующего при экстракции (м - магнитное; у -ультразвуковое) и в - выдержка на воздухе, цифрами - время (в минутах) воздействия налагаемых физических полей. При 30-ти (рис. а) и 60-ти (рис. б) минутной экстракции характер изменения оптической плотности одинаков. Применение магнитного, ультразвукового полей и их сочетаний приводят к более интенсивному по сравнению с экстрактами без воздействия полей, снижению линий спектра поглощения растворов, и, следовательно, к уменьшению оптической плотности растворов.

Таким образом, в сравнении с контрольными образцами (экстрактами, полученными без воздействия полей), в экстрактах, полученных при воздействии магнитного, ультразвукового полей и их сочетаний определены следующие изменения, характеризующие трансформацию молекулярной структуры:

Магнитное поле Ультра- звук Сочетание полей

Конден- сирован- ность увели- чивается умень- шается не изменяется

Элек- тронный спектр снижа- ется снижа- ется снижа- ется

Поскольку величина оптической плотности характеризует размер системы ароматических ядер молекул ГК [6],

Длина волны, нм

О

О

к

и

о

Е

н

К

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

Л б)

♦ мО+уО+вО

•-Ж-- вбО

ж. \ —*- мбО -■ -убО

* \ ч * \ У \ \ —О мбО+убО

'V- \ \ \ Чу. \ 4

1 1 1 ■

400 500 600 700

Длина волны, нм

800

Рис. 1. Оптическая плотность растворов ГК торфа

то снижение величины оптической плотности указывает на разрушение структуры ГК, уменьшение углерод-

углеродных и углерод-кислородных связей в ароматических структурах молекул. То можно заключить следующее:

- в экстрактах ГК, полученных при воздействии магнитного поля, не смотря на происходящее разрушение связей в структуре ГК, идет процесс полимеризации, который ини-циируется образованием активных центров полимеризации, после чего происходит последовательное присоединение молекул мономеров к этим центрам;

- воздействие ультразвука в процессе экстрагирования ГК разрушает молекулярную структуру по слабым связям, но не позволяет образовываться но-вым ароматическим структурам, что отражается в меньшей конденси-рованности молекул;

- такая разница молекулярных процессов подтверждается при комбинированном воздействии полей: электронный спектр снижается, а степень конденсиро-ванности не отличается от контрольных экстрактов.

Таким образом, установлено, что в процессе магнитного и ультразвукового влияния на экстракт происходят изменения молекулярной структуры гумино-вых веществ, причем изменения эти качественно отличаются: при ультразвуковом воздействии в процессе экстрагирования молекулы

гуминовых веществ содержат больше сравнению с их количеством в экс-

функциональных групп, а при воздей- трактах, полученных без каких-либо

ствии магнитным полем - меньше, по воздействий.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках проекта № 09-05-98554-р_восток_а.

1. Орлов ДС. Химия почв: М. - 1992. 259 c. 1.

2. Лиштван И.И., Абрамец А.М., Скоропа-нова Л. С., Монич Г.С., Головчиц И.И., Коконова С.В., Кучерявая В.Г. Фракционирование гуминовых кислот торфа и их коллоиднохимические свойства. Природопользование. 1996. Вып. № 1. С. 4-6.

3. Лиштван И.И., Капуцкий Ф.Н., Янута Ю.Г., Абрамец А.М., Навоша Ю.Ю. Гуминовые кислоты торфа и препараты на их основе // Природопользование. 2004. Вып. № 10. С. 114-119.

4. Марыганова В.В., Бамбалов Н.Н., Парамон С.В. Воздействие вида экстрагента на струк-

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

туру извлекаемых из торфа гуминовых кислот // Химия твердого топлива. 2003. № 1. С. 3-10.

5. Москаленко Т.В., Михеев В.А., Данилов О. С. Воздействие ультразвуковым полем на торф при экстрагировании гуминовых кислот // Горный информ.-аналит. бюллетень. 2010. №3. С. 209-213.

6. Сенькевич, Л.П., Курзо Б.В., Кухарчик В.В., Фролова З.М. Особенности образования и структуры гуминовых кислот сапропе-лей различного генезиса // Химия твердого топлива. - 1996. - № 5. С. 19-25. ШИЭ

Коротко об авторах

Москаленко Т.В. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник,

Михеев В.А. - кандидат технических наук, зав. лабораторией комплексного использования углей,

Данилов О. С. - инженер,

Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН, [email protected]

_________--------------- РУКОПИСИ,

Депонированные В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ

МОСКОВСКОГО государственного горного университета

Мельник В.В., д.т.н., профессор кафедры ПРПМ,

Сяитов Р.И., аспирант кафедры ПРПМ,

Московский государственный горный университет, [email protected]

Медведков В.И., д.т.н., профессор Санкт-Петербургского государственного горного института, [email protected]

Результаты стендовых исследований технологии разрушения образцов перекрещиваю-щимися струями (793/03-11 от 10.11.2010) 13 с.

Изучен характер рассеивания энергии перекрещивающихся струй в фокусе и за фокусом и эффективность разрушения цементно-песчаных образцов перекрещивающимися струями в соответствии с принятой методикой исследования на лабораторном стенде. В результате полученным данных быта произведена их качественная оценка, и предложены наилучшие параметры и схемы отработки угольного массива.

Ключевые слова: Перекрещивающиеся струи, методика исследования, параметры и схемы отработки угольного массива.

Melnik V.V, SjaitovR.I., Medvedkov VI RESULTS OF BENCH RESEARCHES OF TECHNOLOGY OF DESTRUCTION OF SAMPLES CROSSING STREAMS

In article character ofdispersion of energy of crossing streams in focus and behindfocus and efficiency ofdestruction of cement-sandy samples crossing streams according to the accepted technique of research at the laboratory stand was studied. As a result of the received data their quality standard has been made, and the best parametres and schemes ofworking off of a coal file are offered.

Key words: Crossing streams, a research technique, parametres and schemes of working off of a coal file.