Исследование структурно-группового состава, сорбционных и биоактивных свойств узких фракций липидных и гуминовых веществ бурых углей с целью создания препаратов для малотоннажной химии и органического синтеза. 2024 - 2025

Процессы химической переработки угля многостадийны и технически более сложны, чем соответствующая технология переработки нефти, так что для равного выпуска химической продукции требуются более высокие капитальные вложения. В этой связи исследования и разработки, направленные на получение уникальных соединений практически напрямую из различных видов твердых горючих ископаемых (ТГИ), являются актуальными. К ним можно отнести экстракционные процессы, а также модифицирование ТГИ химическими методами, что приводит к увеличению или реакционной способности ТГИ, или селективности процессов переработки по заданным продуктам. Химическое модифицирование углей в целях повышения выхода или получения облагороженных экстракционных продуктов может вовлечь в переработку низкобитуминозные формы ТГИ, либо кардинально улучшить существующие методы получения ряда продуктов на основе липидных (горного воска и экстракционных смол) и гуминовых веществ (ГВ). Зависимость функций ГВ (проявление сорбционных свойств, биостимулирующих, окислительно-восстановительных и т.д.) от структурных параметров является широко обсуждаемой проблемой, т.к. области применения ГВ определяются химическим составом и свойствами. Поиск экологически чистых методов и препаратов, способствующих росту растений, является приоритетным в сельском хозяйстве. Применение биологически активных ГВ является одним из наиболее эффективных методов повышения урожайности растений. Стимулирующие свойства ГВ можно отнести к действию органических и неорганических компонентов. Органические компоненты – это производные лигнина (полифенолы), органические кислоты (неароматические и ароматические), витамины и их производные, соединения с сопряженными связями (изопреноиды, каротиноиды), стерины, другие органические соединения (аминокислоты, альдегиды). Показано, что ГВ [Жеребцов С.И. и др. - 2005-2019гг.] характеризующиеся повышенным содержанием ароматических структур проявляют повышенную биологическую активность. В качестве неорганических компонентов ГК следует отметить в первую очередь микроэлементы, которые играют важную роль в физиологии и биохимии растений. К основным микроэлементам питания растений обычно относят медь, цинк, марганец, кобальт, железо, бор. Изучение механизмов сорбции микроэлементов гуминовыми кислотами, скорости их десорбции в водной среде, устойчивости полученных соединенийоткрывает выход на целенаправленное получение микроудобрений заданного состава на основе ГВ. Наличие кислородосодержащих функциональных групп, по-видимому, ответственно за сорбцию катионов металловкак по механизму ионного обмена, так и за счет комплексообразования с преобладанием первого или второго. С помощью направленного химического модифицирования можно изменять содержание кислородсодержащих групп в ГК и тем самым улучшать сорбционные характеристики ГК [Лиштван И.И. и др.; Иванова и др.-2011г.], [Жеребцов С.И. и др.- 2013-19гг]. Это создает широкие перспективы использования ГВдля разделения и извлечения катионов металлов из различных сред, очистки сточных и промышленных вод, использования фракций ГВ для иммобилизации катионов – экотоксикантов, например, свинца. В настоящее время нет единого мнения о механизме биологической активности гуминовых веществ.Кроме того, очень мало внимания уделено изучению биологической активности и сорбционных свойств фракциям гуминовых веществ - фульвокислотам, гиматомелановым кислотам, отдельно гумусовым кислотам и остаточному углю (гумину). Установление связи между составом, строением и свойствами фракций ГВ является актуальной задачей, так как это позволит установить механизм поведения совокупного ГВ в природных и технологических процессах, что приведет, в свою очередь, к более рациональному их применению. Другая важная группа веществ, извлекаемых экстракцией из бурых углей – горный воск и продукты на основе его переработки. Общее потребление восков на глобальном уровне достигло 3025 тыс.т. США и Канада возглавляют список производства и потребления в мире, 930 тыс.т и 940 тыс.т, соответственно. Производство восков экспортного качества в Китае в настоящее время достигло 300 тыс.т в год. Стоимость одной тонны горного воска-сырца достаточно высока и составляет около $3000. По мере переработки сырого воска в более квалифицированные продукты - обессмоленные, рафинированные, этерифицированные воска - его стоимость значительно увеличивается и доходит до $60-200/грамм. Кроме того, экстракцией веществ липидной природы из бурых углей можно получать жирные спирты, карбоновые кислоты, вещества стероидной, гопановой, терпеновой природы и другие, обладающие повышенной биологической активностью. Обработка семян битумными препаратами подавляет развитие болезней растений. Такие препараты могут обладать хорошими защитными и стимулирующими свойствами при предпосевной обработке семян. Актуальность проекта предопределяется необходимостью реализации комплексного химико-технологического подхода к освоению ископаемых углей, что обеспечит получение широкого класса химических веществ и материалов, которые могут использоваться в различных отраслях промышленности. Описание задач, предлагаемых к решению Селективное О-алкилирование бурых углей [Жеребцов С.И., 2017] , совмещенное с экстракцией позволяет избирательно деполимеризировать органическую массу бурых углей и увеличивать выход веществ липидной природы из угля - горного воска, включая жирные спирты, карбоновые кислоты, длинноцепочечные сложные эфиры нормального строения, стероидные и тритерпеновые структуры и др., имеющие высокую стоимость. Отмечено увеличение биологической активности гуматов натрия, полученных из алкилированного и дебитуминированного угля. Модифицирование гуминовых кислот окислением перекисью водорода позволяет увеличить сорбционную емкость по ряду элементов (медь, цинк) (Жеребцов и др. 2014, 2015). На примере свинца предлагается изучить особенности сорбции катионов металлов из водного раствора фракциями гуминовых веществ – фульвокислотами, гиматомелановыми и гумусовыми кислотами. Использование сорбционных свойств гуминовых веществ как для введения микроэлементов питания растений, так и для технических целей – для получения селективных сорбентов, является актуальной задачей. На основании анализа литературных и патентных данных на настоящий момент не выявлен действующий фактор (факторы) и механизм (на клеточном уровне) биологического стимулирования гуминовыми веществами. Для комплексной и максимально безотходной технологии переработки ископаемых углей ( бурых углей), необходимы систематические исследования связи «состав - свойство» и, в частности, связи функционального состава гуминовых препаратов с их биологической активностью к определенным организмам и сорбционными свойствами. Разработка новых методов извлечения и повышения выхода продуктов также будет способствовать получению широкого класса веществ, которые могут использоваться в различных отраслях. Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость) 2024 год • Фракции гуминовых веществ бурого угля. Данные по физико-химической характеристике гумусовых кислот и остаточного угля. • Данные по сорбции элементов экотоксикантов гумусовыми кислотами и остаточным углем (гумином) на примере экотоксикантов (Cu, Pb). Механизм и количественные характеристики. • Концентраты БАВ из битумов нативного бурого угля. 2025 год • Оптимальный состав фракций гуминовых веществ для эффективной сорбции элементов экотоксикантов. • Фракция гуминовых веществ бурого угля, обладающая повышенной физиологической активностью.(на примере семян пшеницы). • Фракции битумоидов модифицированного бурого угля, с повышенным содержанием БАВ. Результаты проекта могут найти применение при проектировании новых производств и продуктов в областях: модельном деле в машиностроении, резиновой промышленности, строительных материалов, красящих веществ, хемосорбентов, производства биологически активных субстанций для сельского хозяйства и медицины.