СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМАТА КАЛИЯ ИЗ МЕСТНЫХ ТОРФОВ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА Российский патент 2017 года по МПК C10F7/00 C05F11/02 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при рекультивации нарушенных и пустынных тундровых почв (т.е. с отсутствием верхнего плодородного слоя, вследствие проезда техники, связанного с проведением геологоразведки, бурением скважин и обустройством промыслов и др.), а также загрязненных почв, осуществляемой посредством внесения в них гумата калия, получаемого из торфов Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО).

Известны способы получения гумата из торфа (Патент РФ №2150484. Способ получения гумата натрия. Разумов В.И., Гусев К.К.; Патент РФ №2177021. Способ получения маточного раствора гумата натрия. Разумов В.И.; Патент РФ №2228921. Способ получения гуминового биостимулятора. Комиссаров И.Д., Грехова И.В., Михеев М.Ю., Гордеева А.И., Стрельцова И.Н., Уступал В.А.), связанные с приготовлением по определенной технологии гумата натрия.

Существенным недостатком данных способов является получение из торфа препарата в виде гумата натрия. Однако известно, что внесение в почву гумата натрия приводит к уменьшению поступления такого важного питательного элемента как калий в растения, выращиваемые при рекультивации нарушенных тундровых почв. Для нормализации физиологических процессов в растениях (образования углеводов и витаминов, активации работы ферментов и т.д.), повышения их морозоустойчивости в суровых климатических условиях Крайнего Севера и др. нужен калий. В результате гумат натрия не может быть использован для рекультивации нарушенных тундровых почв ЯНАО.

Известен способ получения гумата калия из торфа (Патент РФ №2286970. Способ получения водорастворимого гумата. Апканеев А.В., Чумаков А.Н.). Существенным недостатком данного способа является то, что получение гумата калия осуществляют напрямую, т.е. посредством обработки торфа водным раствором гидроксида калия, минуя стадии предварительного кислотного декальцинирования торфа, экстракции, осаждения и очищения гуминовых кислот, а также контроля реакции среды (рН), что в целом негативно отражается на химической чистоте получаемого препарата, а следовательно, на нормальном росте и развитии растений, используемых для рекультивации нарушенных тундровых почв.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения состава гуминовых кислот из местных торфов, например из Среднего Приобья (61° 00' с.ш.; 69° 00' в.д.; Ханты-Мансийский автономный округ, ХМАО), с использованием методов ядерно-магнитно-резонансной ¹³С-спектроскопии, позволяющей определить характеристики специфического распределения углерода по структурным фрагментам этих кислот, которое сформировано в условиях континентального климата данного региона (Сартаков М.П. Спектроскопия ЯМР ¹³С гуминовых кислот торфов Среднего Приобья // Химия растительного сырья. 2008. №3. С. 135-139).

Между тем экономически нецелесообразно и биологически не обосновано завозить гуминовые препараты в районы нефте- и газодобычи ЯНАО даже из соседнего ХМАО для рекультивации нарушенных и загрязненных тундровых почв.

Целью предлагаемого изобретения является решение технической задачи последовательного получения из местных торфов химически чистых гуминовых кислот и гумата калия, биологически соответствующих региону для рекультивации нарушенных и загрязненных тундровых почв, а также экспресс определения оптимальных доз его внесения, в том числе вместе с торфом для каждого конкретного участка рекультивации.

Данная техническая задача решена благодаря тому, что на первом этапе осуществляют декальцинирование торфа 0,1 н. раствором серной кислоты при соотношении 1:20. Полученную суспензию оставляют на 1 сутки и после ее отстаивания раствор от твердой фазы отделяют декантацией, т.е. путем сливания раствора с осадка.

На втором этапе проводят 4-5 кратную экстракцию (продолжительностью 20 часов) гуминовых кислот из полученного осадка 0,1 н. раствором гидроксида натрия при соотношении 1:15. Затем твердую фазу от щелочного раствора отделяют центрифугированием.

На третьем этапе из полученного щелочного раствора осаждают (в течение 1 суток) гуминовые кислоты 10% раствором соляной кислоты при соотношении 50:1 с последующим отделения осадка центрифугированием.

На четвертом этапе проводят очищение полученного осадка гуминовых кислот путем растворения в 0,5-1 л 0,1 н. раствора гидрооксида натрия, а также добавления сульфата натрия для коагуляции минеральных частиц и последующего центрифугирования щелочного раствора. Гуминовые кислоты осаждают добавлением 0,1 н. раствора соляной кислоты до установления рН 1-2. Затем осадок гуминовых кислот многократно промывают дистиллированной водой до установления рН 6 и высушивают в термостате при 50°С.

На пятом этапе, который проводят один раз для данного месторождения торфа, методом ядерно-магнитно-резонансной ¹³С-спектроскопии проводят анализ относительного содержания (%) алифатического (0-65 ppm), полисахаридного (65-90 ppm), ароматического (90-160 ppm) и карбоксильного (160-200 ppm) углерода в структурных фрагментах гуминовых кислот (Методику см. Калабин Г.А., Каницкая Л.В., Кушнарев Д.Ф. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки. М., 2000. 407 с.).

Сравнительная оценка содержания атомов углерода в структурных фрагментах гуминовых кислот торфов ЯНАО и ХМАО показала следующие статистически значимые различия (см. Таблицу).

Сравнительная оценка содержания различных видов углерода (%) в структурных фрагментах гуминовых кислот торфов ЯНАО и ХМАО

Эти различия отмечаются в относительном содержании:

- алифатического углерода, тесно связанном с интенсивностью разложения органического вещества в торфах, а следовательно, с накоплением гумуса, обусловленного климатическими условиями гумусообразования в данном регионе;

- алифатического и ароматического углерода как наиболее значимом показателе структуры углеродного скелета гуминовых кислот; при этом между количествами алифатического и ароматического углерода установлена обратно пропорциональная зависимость, т.е. с возрастанием содержания алифатического углерода от 37,9 до 54,0%, содержание ароматического углерода уменьшается от 23,2 до 14,1%;

- полисахаридного углерода, специфического фактора формирования гуминовых кислот.

В результате установлены отличительные признаки гуминовых кислот торфов ЯНАО, характеризующие их специфические региональные показатели, которые служат достаточным основанием для получения только из них гумата калия для рекультивации нарушенных и загрязненных тундровых почв. Это, в частности, обусловлено повсеместным распространением на ненарушенных минеральных и на органогенных (торфяных) почвах ЯНАО такого многолетнего растения, как сфагновый мох (Sphagnum), оказывающего существенное влияние на физико-химические и биологические свойства этих почв. Так, сфагновый мох, накапливая поступающие с осадками минеральные вещества и разлагаясь по завершении жизненного цикла, отдает их подстилающей почве вместе со своей биомассой, а также является важным источником образования торфа.

На шестом этапе готовят 2,5% раствор гумата калия посредством добавления дистиллированной воды и 0,1 н. раствора гидрооксида калия с последующим доведением рН искомого раствора до 7.

Полученный гумат, торф и образцы грунта с участков, где планируется проведение рекультивации, испытывают в лабораторных условиях, например, по Способу контроля эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв различного гранулометрического состава посредством анализа активности дегидрогеназы, патент РФ №2491137. По результатам экспресс-исследований выдают рекомендации по оптимальному применению полученного гумата, в том числе вместе с торфом, для рекультивации конкретных участков нарушенных тундровых земель вблизи района месторождения торфа.

Заявляемое техническое решение позволяет получить химически чистые гуминовые кислоты и гумат калия из местных торфов, экспресс методами в лабораторных условиях (зимой) определить его оптимальные дозы внесения, в том числе в смеси с торфом, для конкретных участков рекультивации с разработкой соответствующих рекомендаций. В результате повышается экономическая эффективность мероприятия и достигается максимальное соответствие природе ЯНАО при рекультивации нарушенных тундровых почв.

Изобретение относится к области экологии и почвоведения. Технический результат - получение химически чистых гуминовых кислот, достижение максимального соответствия природной среде при рекультивации нарушенных тундровых почв. Способ получения гумата калия из местных торфов Ямало-Ненецкого автономного округа для рекультивации нарушенных и загрязненных тундровых почв включает: на первом этапе - декальцинирование торфа 0,1 н раствором серной кислоты при соотношении 1:20 и его осаждение, на втором этапе - экстракцию гуминовых кислот из полученного осадка 0,1 н раствором гидроксида натрия при соотношении 1:15, на третьем этапе - осаждение гуминовых кислот 10%-ным раствором соляной кислоты при соотношении 50:1, на четвертом этапе - очищение полученного осадка гуминовых кислот путем растворения в 0,1 н растворе гидрооксида натрия, добавления сульфата натрия и 0,1 н раствора соляной кислоты, промывания дистиллированной водой и высушивания. На пятом этапе, реализуемом один раз, методом ядерно-магнитно-резонансной ¹³С-спектроскопии проводят анализ содержания алифатического, полисахаридного, ароматического и карбоксильного углерода в гуминовых кислотах, по которым определяют региональную специфичность конкретного месторождения торфа, и, используя полученные данные, в последующем готовят 2,5%-ный раствор гумата калия с рН 7 посредством добавления дистиллированной воды и 0,1 н. раствора гидрооксида калия и на основе лабораторных экспресс-исследований выдают рекомендации по его оптимальному применению, в том числе вместе с торфом для рекультивации конкретных участков нарушенных тундровых земель вблизи района месторождения торфа. 1 табл.

Способ получения гумата калия из местных торфов Ямало-Ненецкого автономного округа для рекультивации нарушенных и загрязненных тундровых почв, включающий на первом этапе декальцинирование торфа 0,1 н раствором серной кислоты при соотношении 1:20 и его осаждение, на втором этапе - экстракцию гуминовых кислот из полученного осадка 0,1 н. раствором гидроксида натрия при соотношении 1:15, на третьем этапе - осаждение гуминовых кислот 10%-ным раствором соляной кислоты при соотношении 50:1, на четвертом этапе - очищение полученного осадка гуминовых кислот путем растворения в 0,1 н растворе гидрооксида натрия, добавления сульфата натрия и 0,1 н раствора соляной кислоты, промывания дистиллированной водой и высушивания, отличающийся тем, что на пятом этапе, реализуемом один раз, методом ядерно-магнитно-резонансной ¹³С-спектроскопии проводят анализ содержания алифатического, полисахаридного, ароматического и карбоксильного углерода в гуминовых кислотах, по которым определяют региональную специфичность конкретного месторождения торфа, и, используя полученные данные, в последующем готовят 2,5%-ный раствор гумата калия с рН 7 посредством добавления дистиллированной воды и 0,1 н. раствора гидрооксида калия и на основе лабораторных экспресс-исследований выдают рекомендации по его оптимальному применению, в том числе вместе с торфом для рекультивации конкретных участков нарушенных тундровых земель вблизи района месторождения торфа.