RU2524956C1 - Silicon-humus soil ameliorant - Google Patents

Silicon-humus soil ameliorant Download PDF

Info

Publication number
RU2524956C1
RU2524956C1 RU2012153951/05A RU2012153951A RU2524956C1 RU 2524956 C1 RU2524956 C1 RU 2524956C1 RU 2012153951/05 A RU2012153951/05 A RU 2012153951/05A RU 2012153951 A RU2012153951 A RU 2012153951A RU 2524956 C1 RU2524956 C1 RU 2524956C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
humic
derivatives
soil
water
silanol
Prior art date
Application number
RU2012153951/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012153951A (en
Inventor
Ирина Васильевна Перминова
Владимир Алексеевич Холодов
Наталья Александровна Куликова
Ольга Игоревна Филиппова
Александр Борисович Воликов
Сергей Анатольевич Пономаренко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2012153951/05A priority Critical patent/RU2524956C1/en
Publication of RU2012153951A publication Critical patent/RU2012153951A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2524956C1 publication Critical patent/RU2524956C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to environmental conservation technologies, cutting-edge agricultural technologies and chemistry of organosilicon compounds and can be used to restore the structure of disturbed soils by stabilising water-stable aggregate. In particular, the present invention employs water-soluble humic silanol derivatives that are modified in a special way to endow them with the capacity to be irreversibly sorbed on surfaces of mineral particles and other hydroxyl-containing carriers. Humic derivatives are added to the degraded soil in form of aqueous solutions.
EFFECT: method for use in agricultural technologies includes using humic derivatives as structure-forming agents (soil ameliorants) by via attachment thereof to the surface of soil aggregates in order to endow the latter with water-stable properties.
8 cl, 11 dwg, 8 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области природоохранных технологий, передовых аграрных технологий и химии кремнийорганических соединений и может быть использовано для восстановления структуры нарушенных почв путем стабилизации водопрочных агрегатов. В частности, изобретение использует водорастворимые гуминовые силанольные производные, которые были специальным образом модифицированы, чтобы придать им способность необратимо сорбироваться на поверхностях минеральных частиц и других гидроксилсодержащих носителей. Способ применения в агротехнологиях заключается в использовании гуминовых производных в качестве структурообразователей (мелиорантов почв) путем их закрепления на поверхностях почвенных агрегатов с целью придания последним водопрочных свойств. Вносят гуминовые производные в деградированные почвы в виде водных растворов.The invention relates to the field of environmental technologies, advanced agricultural technologies and chemistry of organosilicon compounds and can be used to restore the structure of disturbed soils by stabilizing water-resistant aggregates. In particular, the invention uses water-soluble humic silanol derivatives that have been specially modified to give them the ability to be irreversibly sorbed on the surfaces of mineral particles and other hydroxyl-containing carriers. The method of application in agricultural technologies consists in the use of humic derivatives as structurants (soil reclamants) by fixing them on the surfaces of soil aggregates in order to give the latter water-resistant properties. Humic derivatives are introduced into degraded soils in the form of aqueous solutions.

Уровень техникиState of the art

Деградация почв представляет существенную угрозу состоянию окружающей среды. Это связано с ускоренным разложением органического углерода в условиях обесструктуренных почв и, как следствие, с нарастанием эмиссии углекислого газа из почв. Основным фактором, препятствующим разложению органического вещества в почвах, является формирование водопрочных агрегатов [Mayer L.M., Schick L.L., Hardy K.R., Wagai R., McCarthy J. 2004 Organic matter in small mesopores in sediments and soils. Geochimica et Cosmochimica Acta, 68, 3863-3872]. Поэтому с увеличением антропогенной нагрузки от нативных до пропашных почв в них резко снижается как количество водопрочных агрегатов, так и содержание органического вещества [Six J., Elliott E.T., Paustian K., Doran J.W. 1998. Aggregation and soil organic matter accumulation in cultivated and native grassland soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 62, 1367-1377]. До недавнего времени считалось, что ведущим механизмом формирования водопрочных агрегатов является склейка минеральных частиц мостиковыми связями, образующимися за счет взаимодействия карбоксильных групп гуминовой компоненты почвенного органического вещества и ионов металлов в составе минерального комплекса [Varadachari, С., А.Н.Mondal, D.C.Nayak, and K.Gosh. 1994. Clay-humus complexation: Effect of pH and the nature of bonding. Soil Biol. Biochem. 26, 1145-1149]. В то же время последние исследования показывают ведущую роль гидрофобных взаимодействий в этом процессе, обусловленных уникальными свойствами гуминовых пленок, закрепленных на поверхности тонкодисперсных минеральных частиц, склеивать указанные частицы в агрегаты [Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. 2003, Роль и значение органического вещества в образовании и устойчивости почвенных агрегатов. Почвоведение, №1, 53-61, Goebel, M.O., S.K. Woche, J. Bachmann, A. Lamparter, W.R. Fischer. 2007. Significance of wettability-induced changes in microscopic water distribution for soil organic matter decomposition. Soil Sci. Soc. Am. J. 71: 1593-1599].Soil degradation poses a significant threat to the environment. This is due to the accelerated decomposition of organic carbon in the conditions of structureless soils and, as a result, with an increase in the emission of carbon dioxide from soils. The main factor preventing the decomposition of organic matter in soils is the formation of water-resistant aggregates [Mayer L.M., Schick L.L., Hardy K.R., Wagai R., McCarthy J. 2004 Organic matter in small mesopores in sediments and soils. Geochimica et Cosmochimica Acta, 68, 3863-3872]. Therefore, with an increase in the anthropogenic load from native to tilled soils, both the number of water-resistant aggregates and the organic matter content sharply decrease [Six J., Elliott E.T., Paustian K., Doran J.W. 1998. Aggregation and soil organic matter accumulation in cultivated and native grassland soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 62, 1367-1377]. Until recently, it was believed that the leading mechanism for the formation of water-resistant aggregates is the bonding of mineral particles by bridge bonds formed due to the interaction of carboxyl groups of the humic component of soil organic matter and metal ions in the mineral complex [Varadachari, S., A.N. Mondal, DCNayak , and K. Gosh. 1994. Clay-humus complexation: Effect of pH and the nature of bonding. Soil Biol. Biochem. 26, 1145-1149]. At the same time, recent studies show the leading role of hydrophobic interactions in this process, due to the unique properties of humic films fixed on the surface of finely divided mineral particles, to glue these particles into aggregates [Shein E.V., Milanovsky E.Yu. 2003, The role and importance of organic matter in the formation and stability of soil aggregates. Soil Science, Nos. 1, 53-61, Goebel, M.O., S.K. Woche, J. Bachmann, A. Lamparter, W.R. Fischer. 2007. Significance of wettability-induced changes in microscopic water distribution for soil organic matter decomposition. Soil Sci. Soc. Am. J. 71: 1593-1599].

Аналогом предложенной разработки можно считать способ восстановления водопрочности почвенных агрегатов, описанный [Piccolo, A., and J.S.C. Mbagwu. 1999. Role of hydrophobic components of soil organic matter in soil aggregate stability. Soil Sci. Soc. Am. J. 63: 1801-1810]. Авторы изучали влияние гидрофильных и гидрофобных компонентов почвенного органического вещества на формирование водопрочных агрегатов и обнаружили максимальный прирост их количества в почве, в которую последовательно вносили гуминовые кислоты угля и высокогидрофобную стеариновую кислоту. Другим аналогом, который выбран в качестве прототипа, является способ кондиционирования почв, описанный в патенте США (US 5248327), который заключается во внесении в деградированную почву продукта на основе угля. Данный продукт представляет собой оксигуминовые кислоты или их соли, особым свойством которых является способность образовывать гели при набухании в воде. Тем самым оба указанных способа предполагают внесение солей гуминовых кислот угля, действие которых усиливают либо путем комбинирования с гидрофобным полимером (стеариновой кислотой), либо путем модификации угля, из которого затем выделяют гуминовые кислоты. Недостатком предлагаемых способов является то, что оба продукта представляют собой хорошо растворимые в воде гуматы, которые достаточно быстро вымываются из почвенного слоя. Это определяет недолговечность эффекта восстановления водопрочности почвенных агрегатов.An analogue of the proposed development can be considered a method of restoring the water resistance of soil aggregates described [Piccolo, A., and J.S.C. Mbagwu. 1999. Role of hydrophobic components of soil organic matter in soil aggregate stability. Soil Sci. Soc. Am. J. 63: 1801-1810]. The authors studied the effect of hydrophilic and hydrophobic components of soil organic matter on the formation of water-resistant aggregates and found the maximum increase in their amount in the soil, in which humic acids of coal and highly hydrophobic stearic acid were successively added. Another analogue, which is selected as a prototype, is the method of soil conditioning described in US patent (US 5248327), which consists in introducing a product based on coal into degraded soil. This product is oxyhumic acids or their salts, a special property of which is the ability to form gels when swelling in water. Thus, both of these methods involve the addition of salts of coal humic acids, the effect of which is enhanced either by combining with a hydrophobic polymer (stearic acid) or by modifying coal, from which humic acids are then isolated. The disadvantage of the proposed methods is that both products are water-soluble humates that are quickly washed out of the soil layer. This determines the fragility of the effect of restoring the water resistance of soil aggregates.

Указанных недостатков лишены кремнегуминовые производные, предлагаемые к использованию в качестве мелиорантов почв с нарушенной структурой. Их преимуществом является то, что они обладают высокой адгезивной способностью по отношению к гидроксилсодержащим поверхностям, способствующей образованию гидрофобных гуминовых пленок. Гидрофобизация поверхности имеет важную роль для образования водопрочных агрегатов в почве (Piccolo, A., and J.S.C. Mbagwu. 1999. Role of hydrophobic components of soil organic matter in soil aggregate stability. Soil Sci. Soc. Am. J. 63: 1801-1810). Это позволяет рассматривать предлагаемые гуминовые производные как реагенты нового поколения, обладающие большим потенциалом практического применения как в природоохранных, так и передовых аграрных технологиях. Важным преимуществом гуминовых производных является долгое время жизни в условиях почв, безопасность с позиций вторичного загрязнения и биосовместимость.Silica-humic derivatives, which are proposed for use as ameliorants of soils with a disturbed structure, are deprived of these drawbacks. Their advantage is that they have a high adhesive ability with respect to hydroxyl-containing surfaces, contributing to the formation of hydrophobic humic films. Surface hydrophobization plays an important role in the formation of water-resistant aggregates in soil (Piccolo, A., and JSC Mbagwu. 1999. Role of hydrophobic components of soil organic matter in soil aggregate stability. Soil Sci. Soc. Am. J. 63: 1801-1810 ) This allows us to consider the proposed humic derivatives as reagents of a new generation, which have great potential for practical application in both environmental and advanced agricultural technologies. An important advantage of humic derivatives is a long life in soil conditions, safety from the standpoint of secondary pollution and biocompatibility.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Заявляемое решение относится к классу новых соединений, а именно гуминовых силанольных производных, которые модифицированы таким образом, чтобы они обрели способность прочно сорбироваться на гидроксилсодержащих твердых поверхностях, вызывая их частичную гидрофобизацию, и которые могут использоваться как в растворенном, так и в иммобилизованном виде.The claimed solution relates to a class of new compounds, namely, humic silanol derivatives, which are modified so that they acquire the ability to firmly adsorb on hydroxyl-containing solid surfaces, causing their partial hydrophobization, and which can be used both in dissolved and in immobilized form.

Соответственно, к предмету изобретения относятся как сами новые гуминовые силанольные производные, так и способы обработки ими поверхностей природных минералов, направленные на увеличение водопрочности почвенных агрегатов и улучшение структуры деградированных почв.Accordingly, the subject of the invention includes both the new humic silanol derivatives themselves and methods for treating the surfaces of natural minerals with them, aimed at increasing the water resistance of soil aggregates and improving the structure of degraded soils.

Другим предметом данного изобретения являются гуминовые силанольные производные для улучшения структуры почв, которые обладают способностью прочно сорбироваться твердыми гидроксилсодержащими поверхностями за счет образования силоксановых связей, что способствует образованию гуминовых покрытий и, соответственно, обеспечивает увеличение гидрофобности обработанных поверхностей.Another subject of this invention is humic silanol derivatives to improve soil structure, which are capable of being strongly sorbed by solid hydroxyl-containing surfaces due to the formation of siloxane bonds, which contributes to the formation of humic coatings and, accordingly, provides an increase in the hydrophobicity of the treated surfaces.

Еще одним предметом данного изобретения является способ синтеза гуминовых силанольных производных, позволяющий получить такие гуминовые производные, при использовании которых возможно осуществить улучшение качества почв.Another subject of this invention is a method for the synthesis of humic silanol derivatives, which allows to obtain such humic derivatives, using which it is possible to improve soil quality.

Неожиданно оказалось, что обработка гуминовых веществ аминоорганосиланами в водной среде с последующей отгонкой воды и прогреванием продукта приводит к получению силанольных гуминовых производных, которые растворимы в щелочных водных средах, но легко переходят из раствора в твердую фазу при контакте с твердыми носителями, содержащими гидроксильные группы на поверхности. При этом образующиеся гуминовые силанольные производные способны прочно связываться с гидроксилированной поверхностью твердой подложки за счет образования Si-O-Si силоксановых связей (в случае кремнийсодержащих субстратов типа кремнеземов, силикатов, алюмосиликатов и т.п.) и Si-O-M (где М - металл) связей в случае оксидов и гидроксидов металлов. Это позволяет использовать силанольные гуминовые производные в качестве растворимых реагентов для увеличения водопрочности почвенных агрегатов и улучшения структуры почв. При этом в случае внесения в почву, гуминовые силанольные производные закрепляются в почвенном слое, гидрофобизируя поверхность минеральных частиц за счет образования органических пленок, и способствуют их склеиванию в водопрочные агрегаты.It unexpectedly turned out that the treatment of humic substances with amino organosilanes in an aqueous medium, followed by distillation of the water and heating of the product, leads to the production of silanol humic derivatives, which are soluble in alkaline aqueous media, but easily pass from the solution to the solid phase upon contact with solid carriers containing hydroxyl groups on surface. In this case, the resulting humic silanol derivatives are able to bond strongly to the hydroxylated surface of the solid substrate due to the formation of Si-O-Si siloxane bonds (in the case of silicon-containing substrates such as silicas, silicates, aluminosilicates, etc.) and Si-OM (where M is a metal ) bonds in the case of metal oxides and hydroxides. This allows the use of silanol humic derivatives as soluble reagents to increase the water resistance of soil aggregates and improve soil structure. In this case, when introduced into the soil, humic silanol derivatives are fixed in the soil layer, hydrophobizing the surface of mineral particles due to the formation of organic films, and contribute to their bonding to water-resistant aggregates.

Другим достоинством применения гуминовых производных в качестве почвенных мелиорантов является доступность недорогого и обильного гуминового сырья, необходимого для получения гуминовых производных, упомянутых в данном изобретении. К такому сырью относятся различные типы угля, торфа, сапропеля, горючих сланцев, называемых каустобиолитами, а также компостов, вермикомпостов и других подобных материалов. Исходные гуминовые вещества могут быть использованы как в протонированной форме (гуминовые и фульвокислоты), так и в виде солей (гуматы и фульваты) и как предварительно модифицированные производные, обогащенные различными функциональными группами. Также могут быть использованы продукты микробиального разложения лигнина, древесины, угля, и другие продукты микробного синтеза, а также лигносульфонаты и другие окисленные материалы. Принимая во внимание, что гуминовые вещества не имеют постоянного стехиометрического состава и регулярной структуры, они характеризуются содержанием основных конституционных элементов. Под таковым мы понимаем, что немодифицированные ГВ состоят из соединений со следующими содержаниями элементов: от около 20 до около 70.% (масс.) С, от около 2 до около 10% (масс.) Н, от около 15 до около 55% (масс.) О, от около 0 до около 10% (масс.) N, и могут содержать от около 0 до около 10% (масс.) S и от около 0 до около 50% (масс.) золы. Кроме этого, эти соединения могут содержать от около 1 до около 15 ммоль/г карбоксильных групп, от около 1 до около 10 ммоль/г гидроксильных групп и от около 0.5 до около 10 ммоль/г карбонильных групп. Для приготовления гуминовых производных настоящего изобретения могут использоваться аминоорганосиланы с различными заместителями в алифатической цепочке и алкоксисилильными заместителями у атома кремния, которые могут реагировать с карбоксильными группами гуминовых веществ. Под аминоорганосиланами мы понимаем алкоксисиланы, которые имеют одну аминогруппу, разделенную с Si-атомом, по крайней мере, одной, но предпочтительно тремя, метиленовыми группами и по меньшей мере одной, но предпочтительно тремя, алкокси-заместителями.Another advantage of using humic derivatives as soil ameliorants is the availability of inexpensive and abundant humic raw materials necessary for the production of humic derivatives mentioned in this invention. Such raw materials include various types of coal, peat, sapropel, oil shale called caustobiolites, as well as composts, vermicomposts and other similar materials. The starting humic substances can be used both in protonated form (humic and fulvic acids), and in the form of salts (humates and fulvates) and as pre-modified derivatives enriched with various functional groups. Microbial decomposition products of lignin, wood, coal, and other microbial synthesis products, as well as lignosulfonates and other oxidized materials, can also be used. Taking into account that humic substances do not have a constant stoichiometric composition and regular structure, they are characterized by the content of basic constitutional elements. By such, we mean that unmodified HSs are composed of compounds with the following element contents: from about 20 to about 70.% (mass.) C, from about 2 to about 10% (mass.) N, from about 15 to about 55% (mass.) O, from about 0 to about 10% (mass.) N, and may contain from about 0 to about 10% (mass.) S and from about 0 to about 50% (mass.) ash. In addition, these compounds may contain from about 1 to about 15 mmol / g of carboxyl groups, from about 1 to about 10 mmol / g of hydroxyl groups, and from about 0.5 to about 10 mmol / g of carbonyl groups. For the preparation of humic derivatives of the present invention, amino organosilanes with various substituents in the aliphatic chain and alkoxysilyl substituents at the silicon atom, which can react with carboxylic groups of humic substances, can be used. By aminoorganosilanes we mean alkoxysilanes which have one amino group separated from the Si atom by at least one, but preferably three, methylene groups and at least one, but preferably three, alkoxy substituents.

Вплоть по настоящее время возможность получения растворимых гуминовых производных, способных самопроизвольно сорбироваться на минеральных поверхностях, описана только в патенте RU 2429068. Принципиальным отличием данного изобретения является то, что гуминовые силанольные производные получают в водной среде, тогда как синтез описанных ранее алкоксисилильных производных ведут в среде безводного органического растворителя (например, ДМФА). Еще одно принципиальное различие заключается в том, что растворение алкоксисилильных гуминовых производных в водной среде сопровождается гидролизом алкоксисилильных групп и выделением алифатических спиртов, загрязняющих окружающую среду. Этого недостатка лишены силанольные производные по настоящему изобретению, растворяющиеся в воде без образования побочных продуктов. Кроме того, алкокисилильные производные обычно содержат остаточные количества растворителя (например, ДМСО), что также сопряжено с риском вторичного загрязнения. Синтез силанольных производных по настоящему изобретению ведется в воде, что позволяет устранить данную проблему.Until now, the possibility of obtaining soluble humic derivatives capable of spontaneously adsorbing on mineral surfaces is described only in patent RU 2429068. The principal difference of this invention is that humic silanol derivatives are obtained in an aqueous medium, while the synthesis of alkoxysilyl derivatives described above is carried out in an environment an anhydrous organic solvent (e.g., DMF). Another fundamental difference is that the dissolution of alkoxysilyl humic derivatives in an aqueous medium is accompanied by the hydrolysis of alkoxysilyl groups and the release of aliphatic alcohols polluting the environment. The silanol derivatives of the present invention, which are soluble in water without the formation of by-products, are free from this drawback. In addition, alkoxysilyl derivatives usually contain residual amounts of solvent (for example, DMSO), which is also associated with the risk of secondary contamination. The synthesis of silanol derivatives of the present invention is carried out in water, which eliminates this problem.

Неожиданно оказалось, что введение силанольных групп в состав гуминовых макромолекул не приводит к образованию нерастворимых гуминовых полимеров, сшитых силоксановыми связями. Напротив, гуминовые силанольные производные хорошо растворяются в водных средах в области щелочных рН, но могут быть легко выведены из раствора при контакте с твердыми субстратами, содержащими гидроксильные группы на поверхности. Процесс иммобилизации гуминовых производных на неорганических поверхностях происходит благодаря реакции силанольных групп с гидроксилами с образованием ковалентных Si-O-Si или Si-O-M связей (где М - металл). Тем самым силанольные группы выступают в качестве линкеров между гуминовой пленкой и твердым субстратом. Преимуществом формирования гуминовой пленки на минеральных поверхностях является ее гидрофобный характер, что обеспечивает склеивание модифицированных частиц в водопрочные агрегаты.It was unexpectedly found that the introduction of silanol groups in the composition of humic macromolecules does not lead to the formation of insoluble humic polymers crosslinked by siloxane bonds. On the contrary, humic silanol derivatives dissolve well in aqueous media in the region of alkaline pH, but can be easily removed from solution by contact with solid substrates containing hydroxyl groups on the surface. The process of immobilization of humic derivatives on inorganic surfaces occurs due to the reaction of silanol groups with hydroxyls with the formation of covalent Si-O-Si or Si-O-M bonds (where M is a metal). Thus, the silanol groups act as linkers between the humic film and the solid substrate. The advantage of the formation of a humic film on mineral surfaces is its hydrophobic nature, which ensures the bonding of modified particles into water-resistant aggregates.

Областью изобретения является восстановление водопрочности почвенных агрегатов и улучшение структуры почв путем внесения растворов гуминовых силанольных производных с последующей вспашкой обработанного слоя почвы. Внесение гуминовых производных осуществляется путем капельного полива или в составе смеси с жидкими и комплексными удобрениями. Сорбция гуминовых производных на минеральных компонентах деградированных почв обеспечивает их склеивание в водопрочные агрегаты и, как следствие, позволяет восстановить структуру почв.The scope of the invention is to restore the water resistance of soil aggregates and improve the structure of soils by introducing solutions of humic silanol derivatives, followed by plowing of the treated soil layer. The introduction of humic derivatives is carried out by drip irrigation or as part of a mixture with liquid and complex fertilizers. Sorption of humic derivatives on the mineral components of degraded soils ensures their bonding to water-resistant aggregates and, as a result, allows to restore the structure of soils.

Для получения самопроизвольно сорбирующихся гуминовых производных согласно методу, предложенному в настоящем изобретении, гуминовый препарат, в качестве которого могут быть использованы гуминовые кислоты или фульвокислоты в протонированной форме или в виде солей щелочных металлов, а также растворенное органическое вещество и гуминоподобные продукты окисления лигнина, растворяют в водной среде и к полученному раствору прикапывают аминоорганосилан (например, 3-аминопропилтриметоксисилан (АПТС), или 3-аминопропилтриэтоксисилан (АПТС), или 1-аминогексаметилен 6-аминометилентриэтоксисилан (АГТС)). Далее доводят рН раствора до 3-7 с помощью минеральной кислоты (например, HCl). Затем воду упаривают и продукт реакции помещают в сушильный шкаф при 30-150°С на 6-8 часов Полученный продукт можно определить как силанольные гуминовые производные. Они отличаются от исходных ГВ как своими физико-химическими свойствами, так и элементным и функциональным составом. Силанольные гуминовые производные содержат от 2 до 10 ммоль/г силанольных групп и имеют элементный состав, % (масс.): Si 2-8; С 30-55, Н 3-5 и N 2-5. Некоторые рецептуры гуминовых производных могут содержать серу в диапазоне от около 0,5 до около 5% (масс.). Они могут быть растворены в воде и иммобилизованы необратимо на минеральных и других гидроксилсодержащих твердых подложках.To obtain spontaneously adsorbed humic derivatives according to the method proposed in the present invention, a humic preparation, which can be used as humic acids or fulvic acids in protonated form or in the form of alkali metal salts, as well as dissolved organic matter and humic like lignin oxidation products, is dissolved in aminoorganosilane (e.g. 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTS), or 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS), is added dropwise to the aqueous medium and to the resulting solution, or 1-aminohexamethylene 6-aminomethylenetriethoxysilane (AGTS)). Next, adjust the pH of the solution to 3-7 with a mineral acid (e.g., HCl). Then the water is evaporated and the reaction product is placed in an oven at 30-150 ° C for 6-8 hours. The resulting product can be defined as silanol humic derivatives. They differ from the initial HS both in their physicochemical properties and in their elemental and functional composition. Silanol humic derivatives contain from 2 to 10 mmol / g silanol groups and have elemental composition,% (mass.): Si 2-8; C 30-55, H 3-5 and N 2-5. Some formulations of humic derivatives may contain sulfur in the range from about 0.5 to about 5% (mass.). They can be dissolved in water and immobilized irreversibly on mineral and other hydroxyl-containing solid substrates.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - ИК-спектры ГВ и модифицированного препарата ГВ-АПТС.Figure 1 - IR spectra of hepatitis B and a modified preparation of hepatitis B-APTS.

Фиг.2 - 13C ЯМР-спектры препаратов ГВ леонардита и силанольного производного ГВ-АПТС.Figure 2 - 13 C NMR spectra of the preparations of HB of Leonarditis and the silanol derivative of HB-APTS.

Фиг.3 - ИК-спектры ГВ угля и силанольного производного ГВ-АГТС.Figure 3 - IR spectra of the HS of coal and silanol derivative of the HS-AGTS.

Фиг.4 - 13C ЯМР-спектры препаратов ГВ и ГВ-АГТС.Figure 4 - 13 C NMR spectra of drugs GV and GV-AGTS.

Фиг.5 - ИК-спектры ГВ торфа (PHA-Na) и модифицированного препарата РНА-АПТС.Figure 5 - IR spectra of HB peat (PHA-Na) and a modified drug RNA-APTS.

Фиг.6 - микрофотографии капли воды на различных стеклах; (А) - АПТС-модифицированное стекло; (В) - исходное стекло; (С) - стекло, модифицированное препаратом ГВ-АПТС.6 is a micrograph of a drop of water on various glasses; (A) - APTS-modified glass; (B) - source glass; (C) - glass modified with the preparation GV-APTS.

Фиг.7 - изображения исходного стекла (слева) и модифицированного ГВ-АПТС (справа), полученные с помощью атомной силовой микроскопии (АСМ).7 - images of the original glass (left) and modified HV-APTS (right) obtained using atomic force microscopy (AFM).

Фиг.8 - оценка водопрочности почвенных агрегатов, обработанных гуминовыми силанольными производными. Слева - почвенные агрегаты перед экспериментом, справа - на окончательном этапе эксперимента.Fig. 8 is an estimate of the water resistance of soil aggregates treated with humic silanol derivatives. On the left are soil aggregates before the experiment, on the right, at the final stage of the experiment.

Фиг.9 - кинетическая зависимость количества почвенных агрегатов, распавшихся под действием воды, при условии их предварительной обработки водой, исходным гуматом калия и препаратом ГВ-АПТС.Fig.9 is a kinetic dependence of the number of soil aggregates disintegrated under the influence of water, provided that they are pretreated with water, the initial potassium humate and the preparation GV-APTS.

Фиг.10 - образование водопрочных агрегатов из почвенных частиц с размером <0,25 мм под воздействием гуминовых силанольных производных (ГВ-АПТС).Figure 10 - the formation of water-resistant aggregates from soil particles with a size of <0.25 mm under the influence of humic silanol derivatives (GV-APTS).

Фиг.11 - влияние ГВ угля и их силанольных производных (ГВ-АПТС) на содержание агрономически ценных агрегатов в почве.11 - the effect of HS of coal and their silanol derivatives (HS-APTS) on the content of agronomically valuable aggregates in the soil.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Изобретение заключается в получении водорастворимых гуминовых силанольных производных, способных необратимо сорбироваться на твердой матрице, которая в результате приобретает частично гидрофобные свойства. Для этого гуминовые вещества модифицируют аминоорганосиланами в водной среде. Введенные в структуру гуминовых веществ силанольные группы могут вступать в реакцию с гидроксильными группами на поверхности твердых субстратов, образуя ковалентные Si-O-Si и Si-O-M связи.The invention consists in the preparation of water-soluble humic silanol derivatives capable of being irreversibly sorbed on a solid matrix, which as a result acquires partially hydrophobic properties. For this, humic substances are modified with aminoorganosilanes in an aqueous medium. Silanol groups introduced into the structure of humic substances can react with hydroxyl groups on the surface of solid substrates, forming covalent Si – O – Si and Si – O – M bonds.

Любые известные гуминовые или гуминоподобные вещества могут быть использованы в изобретении. Это могут быть различные угли, торфы, сапропели, компосты и др. Эти вещества или их модификации могут быть использованы как в протонированной форме, так и в виде солей. Более того, кроме гуминовых веществ, другие гуминоподобные вещества могут быть использованы в изобретении: компосты и биогумус, а также другие материалы, содержащие органическую компоненту с карбоксильными группами (продукты биологического разложения лигнина, древесины, угля и др.). Так как гуминовые вещества не имеют определенной химической структуры, их характеризуют содержанием основных элементов. Таким образом, здесь под гуминовыми веществами подразумеваются соединения, содержащие от 20 до 70 весовых % углерода, от 2 до 10 весовых % водорода, от 15 до 55 весовых % кислорода, от 0 до 10 весовых % азота и от 0 до 50 весовых % золы. Иногда гуминовые вещества содержат от 0 до 10 весовых % серы.Any known humic or humic like substances may be used in the invention. It can be various coals, peat, sapropel, compost, etc. These substances or their modifications can be used both in protonated form and in the form of salts. Moreover, in addition to humic substances, other humic-like substances can be used in the invention: composts and biohumus, as well as other materials containing an organic component with carboxyl groups (products of biological decomposition of lignin, wood, coal, etc.). Since humic substances do not have a specific chemical structure, they are characterized by the content of basic elements. Thus, hereby, humic substances are understood to mean compounds containing from 20 to 70 weight% carbon, from 2 to 10 weight% hydrogen, from 15 to 55 weight% oxygen, from 0 to 10 weight% nitrogen and from 0 to 50 weight% ash . Sometimes humic substances contain from 0 to 10 weight% sulfur.

Твердая поверхность для сорбции силанольных производных гуминовых веществ, описанных в изобретении, должна содержать гидроксильные группы. Под это определение подпадают: силикагель, песок, кварц, силикаты, алюмосиликаты, оксид алюминия, алюминий, кальцит, неорганические оксиды (Al2O3, FexOy, TiO2, Cr2O3 и др.), стекло, асбест, гранулированные среды (гравий) и другие похожие материалы.The solid surface for sorption of silanol derivatives of humic substances described in the invention should contain hydroxyl groups. This definition includes: silica gel, sand, quartz, silicates, aluminosilicates, alumina, aluminum, calcite, inorganic oxides (Al 2 O 3 , Fe x O y , TiO 2 , Cr 2 O 3 , etc.), glass, asbestos granular media (gravel) and other similar materials.

Как было замечено, модификация гуминовых веществ может производиться с помощью аминоорганосиланов. Основные типы органосиланов, которые могут быть использованы для этих целей, приведены в таблице 1. Под алкоксисилильными группами подразумеваются группы, содержащие от 1 до 20 атомов углерода. В данном изобретении описывается использование метокси и этокси производных из-за их более высокой способности к гидролизу и, как следствие, более высокой реакционной способности по отношению к поверхностям, содержащим гидроксильные группы. В рамках этого изобретения могут быть использованы аминоорганосиланы, содержащие одну, две или три алкоксисилильные группы, или их смесь. В качестве таких органосиланов могут быть использованы следующие:As was noted, the modification of humic substances can be carried out using aminoorganosilanes. The main types of organosilanes that can be used for these purposes are shown in Table 1. Under alkoxysilyl groups are meant groups containing from 1 to 20 carbon atoms. The present invention describes the use of methoxy and ethoxy derivatives because of their higher hydrolysis ability and, as a consequence, their higher reactivity with respect to surfaces containing hydroxyl groups. Aminoorganosilanes containing one, two or three alkoxysilyl groups, or a mixture thereof can be used within the framework of this invention. The following can be used as such organosilanes:

3-аминопропилдиметилметоксисилан, 3-аминопропилметилдиметоксисилан,3-aminopropyl dimethylmethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane,

3-аминопропилтриметоксисилан, 3-аминопропилдиметилэтоксисилан,3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyldimethylethoxysilane,

3-аминопропилметилдиэтоксисилан, 3-аминопропилтриэтоксисилан,3-aminopropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane,

1-аминогексаметилен 6-аминометилентриметоксисилан,1-aminohexamethylene 6-aminomethylene trimethoxysilane,

1-аминогексаметилен 6-аминометилентриэтоксисилан и др.1-aminohexamethylene 6-aminomethylenetriethoxysilane and others.

Предпочтительнее использовать триалкоксисиланы, так как в этом случае модифицированные гуминовые вещества содержат три реакционно-способные алкоксигруппы, что приводит к более эффективному взаимодействию с гидроксилсодержащими поверхностями. Однако данное изобретение не исключает использование моно и ди-алкоксисиланов для модификации гуминовых веществ.It is preferable to use trialkoxysilanes, since in this case the modified humic substances contain three reactive alkoxy groups, which leads to a more effective interaction with hydroxyl-containing surfaces. However, this invention does not exclude the use of mono and di-alkoxysilanes for the modification of humic substances.

Неожиданно оказалось, что после обработки гуминовых веществ аминоорганосиланами в водной среде, подкисленной до рН 3-7, и последующего прогревания продукта при 30-150°С в течение 6-8 часов или дольше получаются гуминовые производные, которые способны растворяться в щелочных растворах, что позволяет их использовать как макромолекулярные силилирующие агенты. Силанольные производные гуминовых веществ ранее не были описаны. Силанольные гуминовые производные существенно отличаются от исходных по элементному и функциональному составам, а также по способности необратимо сорбироваться на минеральных ОН- и -O-содержащих поверхностях. Различия в составе и свойствах исходных и модифицированных ГВ были продемонстрированы с использованием различных физико-химических методов, таких как элементный анализ, титриметрия, ИК- и ЯМР-спектроскопии.It unexpectedly turned out that after treatment of humic substances with amino organosilanes in an aqueous medium acidified to pH 3-7, and subsequent heating of the product at 30-150 ° C for 6-8 hours or longer, humic derivatives are obtained that can dissolve in alkaline solutions, which allows them to be used as macromolecular silylating agents. Silanol derivatives of humic substances have not been previously described. Silanol humic derivatives significantly differ from the initial ones in elemental and functional compositions, as well as in their ability to be irreversibly sorbed on mineral OH- and -O-containing surfaces. Differences in the composition and properties of the initial and modified HS were demonstrated using various physicochemical methods, such as elemental analysis, titrimetry, IR and NMR spectroscopy.

Таблица 1Table 1 Органосиланы, которые могут быть использованы для модификации гуминовых веществOrganosilanes that can be used to modify humic substances ФункциональностьFunctionality НазваниеTitle СтруктураStructure АминоAmino 3-аминопропилтриалкоксисилан (АПТС)3-aminopropyltrialkoxysilane (APTS) H2N(CH2)3SiRn(OR)3-n,H 2 N (CH 2 ) 3 SiR n (OR) 3-n , где n=0-2, R - метильный или этильный радикалwhere n = 0-2, R is a methyl or ethyl radical АминоAmino 1-аминогексаметилен 6-аминометилентриалкоксисилан (АГТС)1-aminohexamethylene 6-aminomethylene trialkoxysilane (AGTS) H2N(CH2)6NHCH23SiRn(OR)3-n,H 2 N (CH 2 ) 6 NHCH 23 SiR n (OR) 3-n , где n=0-2, R - метильный или этильный радикалwhere n = 0-2, R is a methyl or ethyl radical

Силанольные гуминовые производные характеризуются следующим составом и свойствами. Их элементный состав удовлетворяет следующим интервалам (%): Si 2-8, С 30-55, Н 3-7 и N 2-8. Они содержат от 0.5 до 5 ммоль силанольных групп на 1 г гуминовых веществ в зависимости от выбранной степени модификации функциональных групп ГВ. Они могут быть растворены в щелочном растворе и необратимо сорбированы на OH-содержащих твердых подложках.Silanol humic derivatives are characterized by the following composition and properties. Their elemental composition satisfies the following intervals (%): Si 2-8, C 30-55, H 3-7 and N 2-8. They contain from 0.5 to 5 mmol of silanol groups per 1 g of humic substances, depending on the selected degree of modification of the functional groups of HS. They can be dissolved in an alkaline solution and irreversibly sorbed on OH-containing solid supports.

Приготовление силанольных производных гуминовых веществ производится по следующей методике:The preparation of silanol derivatives of humic substances is carried out according to the following procedure:

1. Исходные твердые ГВ гомогенизируют.1. The starting solid HBs are homogenized.

2. Гомогенизированные ГВ растворяют в водной щелочи и в полученный раствор вносят по каплям раствор минеральной кислоты (например, HCl) до установления pH 3-72. Homogenized HS are dissolved in aqueous alkali and a solution of a mineral acid (for example, HCl) is added dropwise to the resulting solution until a pH of 3-7 is established

3. Затем по каплям при постоянном перемешивании прибавляют аминоорганосилан до достижения молярного соотношения функциональных групп реагентов (органосилан : ГВ) от 0.1:1 до 2:1. Реакцию ведут при комнатной температуре в течение 1 часа.3. Then, aminoorganosilane is added dropwise with constant stirring until the molar ratio of the functional groups of the reactants (organosilane: HS) is from 0.1: 1 to 2: 1. The reaction is carried out at room temperature for 1 hour.

4. Продукт реакции отделяют от воды с использованием роторного испарителя.4. The reaction product is separated from water using a rotary evaporator.

5. Полученное вещество прогревают в вакуумной печи при температуре 30-150°С в течение 6-8 часов или дольше.5. The resulting substance is heated in a vacuum oven at a temperature of 30-150 ° C for 6-8 hours or longer.

Авторами было обнаружено, что полученные силанольные гуминовые производные могут быть использованы для получения пленок на гидроксилсодержащих поверхностях. Указанные пленки получают с использованием следующих методик:The authors found that the obtained silanol humic derivatives can be used to obtain films on hydroxyl-containing surfaces. These films are obtained using the following methods:

1. Твердые гуминовые производные, полученные по описанной выше методике, гомогенизируют и смешивают с концентрированным раствором щелочи (от 1 до 50%) в объемном соотношении от 1:1 до 1:5.1. Solid humic derivatives obtained by the method described above are homogenized and mixed with a concentrated alkali solution (from 1 to 50%) in a volume ratio of 1: 1 to 1: 5.

2. Щелочной раствор гуминовых производных разбавляют дистиллированной водой до концентрации от 0.01 до 10% и (в случае необходимости) подкисляют до рН 5-7.2. The alkaline solution of humic derivatives is diluted with distilled water to a concentration of from 0.01 to 10% and (if necessary) acidified to pH 5-7.

3. Полученный раствор используют для обработки гидроксилсодержащих поверхностей.3. The resulting solution is used for the treatment of hydroxyl-containing surfaces.

Полученные силанольные гуминовые производные могут быть использованы для увеличения водопрочности почвенных агрегатов и улучшения структуры деградированных почв. Указанный эффект достигается с использованием следующих методик.The obtained silanol humic derivatives can be used to increase the water resistance of soil aggregates and improve the structure of degraded soils. The indicated effect is achieved using the following methods.

1. Твердые гуминовые производные, полученные по описанной выше методике, гомогенизируют и смешивают с концентрированным раствором щелочи (от 1 до 50%) в объемном соотношении от 1:1 до 1:5.1. Solid humic derivatives obtained by the method described above are homogenized and mixed with a concentrated alkali solution (from 1 to 50%) in a volume ratio of 1: 1 to 1: 5.

2. Щелочной раствор гуминовых производных разбавляют дистиллированной водой до концентрации от 0.1 до 10% и (в случае необходимости) подкисляют до рН 5-7.2. An alkaline solution of humic derivatives is diluted with distilled water to a concentration of 0.1 to 10% and (if necessary) acidified to pH 5-7.

3. Полученный раствор используют для внесения в деградированные почвы путем капельного орошения или полива как отдельно, так и совместно со внесением комплексных и жидких удобрений.3. The resulting solution is used for application to degraded soils by drip irrigation or irrigation both separately and together with the introduction of complex and liquid fertilizers.

Изобретение поясняется примерами (но не ограничивается ими).The invention is illustrated by examples (but not limited to).

Примеры 1-3 описывают синтезы силанольных гуминовых производных. Состав и структура полученных производных подтверждены методами элементного анализа, титриметрии, ИК- и 13C ЯМР-спектроскопии. Результаты элементного и функционального составов представлены в таблицах 2-7, ИК- и 13C ЯМР-спектры даны на фиг.1-4. Пример 4 описывает свойства поверхности, модифицированной гуминовыми силанольными производными, в частности ее гидрофобизацию. Примеры 5-6 демонстрируют увеличение водопрочности почвенных агрегатов в результате обработки силанольными производными. Пример 7 описывает улучшение структурности почв, обработанных гуминовыми силанольными производными.Examples 1-3 describe the synthesis of silanol humic derivatives. The composition and structure of the derivatives obtained are confirmed by elemental analysis, titrimetry, IR and 13 C NMR spectroscopy. The results of elemental and functional compositions are presented in tables 2-7, IR and 13 C NMR spectra are given in figure 1-4. Example 4 describes the properties of a surface modified by humic silanol derivatives, in particular its hydrophobization. Examples 5-6 demonstrate an increase in the water resistance of soil aggregates as a result of treatment with silanol derivatives. Example 7 describes an improvement in the structure of soils treated with humic silanol derivatives.

Пример 1Example 1

Этот пример описывает синтез силанольных производных гуминовых веществ с использованием аминоорганосилана и гуминовых веществ леонардита в форме гумата калия. Реакцию проводили в одногорлой колбе, снабженной мешалкой. Навеску 50 г гумата калия растворяли в дистиллированной воде и затем, при интенсивном перемешивании, прикапывали 15 мл 3-аминопропилтриэтоксисилана (АПТС). Данное молярное соотношение реагентов составляет 1:0,5, так как 1 г использованных ГВ содержит 2,7 ммоль карбоксильных групп, которые реагируют с АПТС; 1 мл АПТС содержит 4,2 ммоль аминогрупп. Далее в раствор по каплям вводили 28 мл раствора соляной кислоты (5M) до установления pH 4. Реакцию вели в течение 10 минут при комнатной температуре. После завершения реакции воду отгоняли на роторном испарителе и полученное соединение помещали в сушильный шкаф при температуре 125°С на 6 часов. Затем полученное соединение гомогенизировали и помещали в эксикатор. Масса полученного соединения составила 56,2 г.This example describes the synthesis of silanol derivatives of humic substances using aminoorganosilane and Leonardite humic substances in the form of potassium humate. The reaction was carried out in a one-necked flask equipped with a stirrer. A portion of 50 g of potassium humate was dissolved in distilled water, and then, with vigorous stirring, 15 ml of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) were added dropwise. This molar ratio of the reactants is 1: 0.5, since 1 g of the used HS contains 2.7 mmol of carboxyl groups that react with APTS; 1 ml of APTS contains 4.2 mmol of amino groups. Then, 28 ml of a hydrochloric acid solution (5M) was added dropwise to the solution to establish a pH of 4. The reaction was conducted for 10 minutes at room temperature. After completion of the reaction, water was distilled off on a rotary evaporator and the resulting compound was placed in an oven at a temperature of 125 ° C for 6 hours. Then, the resulting compound was homogenized and placed in a desiccator. The mass of the obtained compound was 56.2 g.

Строение полученных силанольных производных подтверждали методами элементного анализа и титриметрии (результаты представлены в таблицах 2 и 3), а также с помощью ИК- и 13C ЯМР-спектроскопии. Спектры даны на фиг.1 и 2.The structure of the obtained silanol derivatives was confirmed by elemental analysis and titrimetry (the results are presented in tables 2 and 3), as well as using IR and 13 C NMR spectroscopy. The spectra are given in figures 1 and 2.

Таблица 2table 2 Элементный состав исходных и модифицированных ГВ в расчете на беззольную пробу (%)The elemental composition of the initial and modified HS calculated on an ashless sample (%) ОбразецSample СFROM НN NN SiSi ГВ леонардитаHS Leonardita 52,652.6 5,15.1 2,12.1 6,36.3 ГВ-АПТСGV-APTS 55,555.5 6,16.1 4,44.4 8,48.4

Таблица 3Table 3 Содержание карбоксильных групп в исходных и модифицированных ГВ (моль/г)The content of carboxyl groups in the initial and modified HS (mol / g) ОбразецSample -COOH Cave±ΔC-COOH C ave ± ΔC ГВ леонардитаHS Leonardita 2,7±0,22.7 ± 0.2 ГВ-АПТСGV-APTS 1,7±0,51.7 ± 0.5 *ΔС - доверительный интервал, n=3, P=0,95. * ΔС is the confidence interval, n = 3, P = 0.95.

Из результатов элементного анализа следует увеличение содержания азота и кремния в модифицированных препаратах. Из титриметрических данных следует уменьшение содержания карбоксильных групп в модифицированных препаратах. Эти изменения подтверждают высокую степень модификации карбоксильных групп в исходных ГВ.From the results of elemental analysis, an increase in the content of nitrogen and silicon in the modified preparations follows. From titrimetric data, a decrease in the content of carboxyl groups in modified preparations follows. These changes confirm the high degree of modification of carboxyl groups in the initial HS.

Было обнаружено, что ГВ леонардита, модифицированные с помощью АПТС, могут содержать от 2 до 10% Si, от 30 до 55% С, от 3 до 5% Н и от 2 до 5% N. Также они могут вступать в реакцию с гидроксилсодержащими поверхностями, образуя ковалентные связи Si-O-Si или Si-O-M, где М - это поверхность металла, содержащая гидроксильные группы.It was found that HB Leonardite modified by APTS can contain from 2 to 10% Si, from 30 to 55% C, from 3 to 5% H and from 2 to 5% N. They can also react with hydroxyl-containing surfaces, forming covalent bonds Si-O-Si or Si-OM, where M is a metal surface containing hydroxyl groups.

На фиг.1 представлен ИК-спектр препарата исходных ГВ. Наличие полосы колебаний связей C=C ароматического кольца (около 1610 см-1) в ИК-спектре немодифицированного препарата ГВ леонардита свидетельствует о присутствии ароматической каркасной части. Полоса в области около 1710 см-1 относится к колебаниям связи C=O и подтверждает присутствие карбоксильных и карбонильных групп в препарате, полоса в области 1250 см-1 относится к валентным колебаниям C-O фенольных и карбоксильных групп, полосы в области 1050-1150 см-1 соответствуют колебаниям связи C-O спиртовых групп. Наличие этих полос указывает на присутствие различных кислородсодержащих функциональных групп в препаратах ГВ.Figure 1 presents the IR spectrum of the preparation of the initial HB. The presence of the vibrational band of the C = C bonds of the aromatic ring (about 1610 cm −1 ) in the IR spectrum of the unmodified preparation of HB Leonardite indicates the presence of an aromatic framework. The band in the region of about 1710 cm -1 refers to the C = O bond vibrations and confirms the presence of carboxyl and carbonyl groups in the preparation, the band in the region of 1250 cm -1 refers to the stretching vibrations of CO phenolic and carboxyl groups, the bands in the range of 1050-1150 cm - 1 correspond to bond vibrations of CO alcohol groups. The presence of these bands indicates the presence of various oxygen-containing functional groups in HS preparations.

В спектрах модифицированных препаратов присутствуют как полосы, характерные для ГВ, так и для модификатора. На фиг.1 видно, что в препарате ГВ-АПТС помимо суперпозиции ГВ и АПТС (две сильные полосы при 1100 и 1050 см-1, характерные для Si-O колебаний) имеется полоса при 1265 см-1, которая характерна колебаниям в плоскости амидной связи (полоса амид 3), что свидетельствует об образовании амидной связи. Это подтверждается и смещением широкой полосы при 1600 см-1 в коротковолновую область, что свидетельствуют об увеличении вклада колебаний карбонильных атомов в составе амидов в этот пик.The spectra of modified preparations contain both bands characteristic of hepatitis B and a modifier. Figure 1 shows that in the preparation of GV-APTS, in addition to the superposition of GV and APTS (two strong bands at 1100 and 1050 cm -1 , characteristic of Si-O vibrations), there is a band at 1265 cm -1 , which is characteristic of vibrations in the amide plane bond (amide 3 band), which indicates the formation of an amide bond. This is also confirmed by the shift of a wide band at 1600 cm –1 to the short-wavelength region, which indicates an increase in the contribution of vibrations of carbonyl atoms in the amides to this peak.

По данным спектроскопии ЯМР на ядрах 13C в составе исходных ГВ были выделены следующие основные типы углерода в зависимости от его химического окружения: 220-185 м.д. - карбонильный углерод (CC=O); 185-165 м.д. - карбоксильный углерод (CCOOH); 165-140 м.д. - ароматический углерод, связанный с кислородом (CArO); 140-100 м.д. - незамещенный или C-замещенный ароматический углерод (CAr); 100-50 м.д. - алифатический углерод, связанный с кислородом (CAlkO); 50-3 м.д. - углерод алкильных групп (CAlk). В спектре препарата ГВ-АПТС можно сделать следующие отнесения пиков 11.1 м.д., 26.8 м.д. и 43.8 м.д. - углероды, соответствующие пропильной цепочке в структуре модификатора. Следует отметить, что на спектрах модифицированных ГВ появляется пик при 167-168 м.д., характерный для углерода амидной связи, и уменьшается интенсивность пика при 175 м.д., характерного для карбоксильных групп. Эти изменения в спектрах свидетельствуют о прохождении реакции амидирования.According to NMR spectroscopy on 13 C nuclei, the following main types of carbon, depending on its chemical environment, were identified as part of the initial HS: 220-185 ppm - carbonyl carbon (C C = O ); 185-165 ppm - carboxyl carbon (C COOH ); 165-140 ppm - aromatic carbon bound to oxygen (C ArO ); 140-100 ppm - unsubstituted or C-substituted aromatic carbon (C Ar ); 100-50 ppm - aliphatic carbon bound to oxygen (C AlkO ); 50-3 ppm - carbon alkyl groups (C Alk ). The following assignment of peaks 11.1 ppm, 26.8 ppm can be made in the spectrum of the drug GV-APTS and 43.8 ppm - carbons corresponding to the propyl chain in the structure of the modifier. It should be noted that a peak at 167-168 ppm, characteristic of the carbon of the amide bond, appears on the spectra of modified HSs, and the peak intensity decreases at 175 ppm, characteristic of carboxyl groups. These changes in the spectra indicate the passage of the amidation reaction.

Пример 2Example 2

Данный пример демонстрирует возможность применения в качестве аминоорганосилана 1-аминогексаметилен 6-аминометилентриметоксисилана (АГТС). Реакцию проводили в одногорлой колбе, снабженной мешалкой. Навеску 5 г гумата калия, выделенного из угля, растворяли в дистиллированной воде и затем, при интенсивном перемешивании, прикапывали 4,2 мл 1-аминогексаметилен 6-аминометилентриэтоксисилана (АГТС). Данное молярное соотношение реагентов составляет 1:1, так как 1 г использованных ГВ содержит 2,7 ммоль карбоксильных групп, которые реагируют с АГТС; 1 мл АГТС содержит 3,3 ммоль аминогрупп. Далее в раствор по каплям вводили 5 мл раствора соляной кислоты (5 M) до установления pH 4. После добавления кислоты в колбу вносили 100 мкл ПМС-300 в качестве пеногасителя. Реакцию вели в течение 10 минут при комнатной температуре. После завершения реакции воду отгоняли на роторном испарителе и полученное соединение помещали в сушильный шкаф при температуре 125°C на 6 часов. Затем полученное соединение гомогенизировали и помещали в эксикатор. Масса полученного соединения составила 7,4 г. Строение полученного вещества доказывали методами элементного анализа и титрования (табл. 4 и 5), а также методом ИК-спектроскопии и 13C ЯМР-спектроскопии (Фиг.3 и 4).This example demonstrates the possibility of using 1-aminohexamethylene 6-aminomethylene trimethoxysilane (AGTS) as the aminoorganosilane. The reaction was carried out in a one-necked flask equipped with a stirrer. A portion of 5 g of potassium humate, isolated from coal, was dissolved in distilled water, and then, with vigorous stirring, 4.2 ml of 1-aminohexamethylene 6-aminomethylene triethoxysilane (AGTS) were added dropwise. This molar ratio of the reactants is 1: 1, since 1 g of the used HS contains 2.7 mmol of carboxyl groups that react with AGTS; 1 ml of AGTS contains 3.3 mmol of amino groups. Next, 5 ml of hydrochloric acid solution (5 M) was added dropwise to the solution until pH 4 was established. After adding acid, 100 μl of PMS-300 was added to the flask as an antifoam. The reaction was carried out for 10 minutes at room temperature. After completion of the reaction, water was distilled off on a rotary evaporator and the resulting compound was placed in an oven at a temperature of 125 ° C for 6 hours. Then, the resulting compound was homogenized and placed in a desiccator. The mass of the obtained compound was 7.4 g. The structure of the obtained substance was proved by elemental analysis and titration (Tables 4 and 5), as well as by IR spectroscopy and 13 C NMR spectroscopy (Figs. 3 and 4).

Таблица 4Table 4 Элементный состав (на беззольную пробу) (% масс.) исходного препарата ГВ и АГТС-производных ГВElemental composition (per ashless sample) (% wt.) Of the initial preparation of HS and AGTS-derivatives of HS ОбразецSample СFROM НN NN SiSi Калийная соль ГВ леонардитаGV Leonardite potassium salt 52,652.6 5,15.1 2,12.1 6,36.3 ГВ-АГТСGV-AGTS 53,553.5 7,17.1 7,67.6 8,88.8

Таблица 5Table 5 Содержание кислотных групп в исходных и АГТС-производных ГВ (ммоль/г)The content of acid groups in the initial and AGTS derivatives of HB (mmol / g) ОбразецSample -COOH Cave±ΔC-COOH C ave ± ΔC ГВ леонардитаHS Leonardita 2,7±0,22.7 ± 0.2 ГВ-АГТСGV-AGTS 2,5±0,52.5 ± 0.5 *ΔC - доверительный интервал (ммоль/г), n=3, P=0.95 * ΔC - confidence interval (mmol / g), n = 3, P = 0.95

Из данных элементного анализа следует увеличение содержания кремния и азота в модифицированном продукте. Титриметрические данные показывают уменьшение содержания карбоксильных групп, что подтверждает тот факт, что они вступили в реакцию с АГТС.From the data of elemental analysis, an increase in the content of silicon and nitrogen in the modified product follows. Titrimetric data show a decrease in the content of carboxyl groups, which is confirmed by the fact that they reacted with AGTS.

На фиг.3 приведены ИК-спектры исходных ГВ и силанольных производных ГВ, полученных при использовании в качестве модификатора АГТС. В спектре ГВ-АГТС кроме полос, полученных суперпозицией, можно отметить наличие полосы при 1690 см-1, которая характерна для C=O в амидной связи, а также полосу при 1268 см-1, характерную для амидов.Figure 3 shows the IR spectra of the initial HS and silanol derivatives of HS obtained when used as a modifier of AGTS. In the spectrum of HV-AGTS, in addition to the bands obtained by superposition, one can note the presence of a band at 1690 cm -1 , which is characteristic of C = O in the amide bond, as well as the band at 1268 cm -1 , characteristic of amides.

Для 13C ЯМР-спектра препарата ГВ-АГТС-100 (фиг.4) пики 26.1 м.д., 26.8 м.д., 31.4 м.д., 34.5 м.д., 40.5 м.д., 50.4 м.д. относятся к атомам углерода алифатической цепочки в составе модификатора. Кроме того, на спектрах модифицированных ГВ появляется пик при 167-168 м.д., характерный для углерода амидной связи, и уменьшается интенсивность пика при 175 м.д., характерного для карбоксильных групп. Таким образом, методами ЯМР- и ИК-спектроскопии показано, что в результате присоединения аминорганосилана АГТС к гуминовому каркасу образуется амидная связь.For the 13 C NMR spectrum of the drug GV-AGTS-100 (Fig. 4), peaks were 26.1 ppm, 26.8 ppm, 31.4 ppm, 34.5 ppm, 40.5 ppm, 50.4 m .d. belong to the carbon atoms of the aliphatic chain in the modifier. In addition, a peak at 167-168 ppm, characteristic of the carbon of the amide bond, appears on the spectra of modified HSs, and the peak intensity decreases at 175 ppm, characteristic of carboxyl groups. Thus, it was shown by NMR and IR spectroscopy that the amide bond is formed as a result of the addition of AGTS aminorganosilane to the humic framework.

Пример 3Example 3

Этот пример демонстрирует возможность применения для модификации гуминовых веществ, выделенных из торфяного сырья. Для проведения реакции использовали нефракционированные гуминовые вещества, выделенные из низинного торфа. Реакцию проводили в одногорлой колбе, снабженной мешалкой. Навеску 5 г гумата натрия растворяли в 100 мл дистиллированной воды и затем, при интенсивном перемешивании, прикапывали 3.5 мл 3-аминопропилтриэтоксисилана (АПТС). Данное молярное соотношение реагентов составляет 1:1, так как 1 г использованных ГВ содержит 3,0 ммоль карбоксильных групп, которые реагируют с АПТС; 1 мл АПТС содержит 4.2 ммоль аминогрупп. Реакцию вели в течение 10 минут при комнатной температуре. Далее в раствор по каплям вводили 5 мл раствора соляной кислоты (5 M) до установления pH 4. После добавления кислоты в колбу вносили 100 мкл ПМС-300 в качестве пеногасителя. После завершения реакции воду и гидролизованный спирт отгоняли на роторном испарителе и полученное соединение помещали в сушильный шкаф (120-150°С, 760 мм рт.ст.). Затем полученное соединение гомогенизировали и помещали в эксикатор. Масса полученного соединения составила 6.3 г. Строение полученного вещества доказывали методами элементного анализа и титрования (табл. 6 и 7), а также методом ИК-спектроскопии (фиг.5).This example demonstrates the possibility of applying for the modification of humic substances isolated from peat raw materials. For the reaction, unfractionated humic substances isolated from lowland peat were used. The reaction was carried out in a one-necked flask equipped with a stirrer. A portion of 5 g of sodium humate was dissolved in 100 ml of distilled water, and then, with vigorous stirring, 3.5 ml of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) were added dropwise. This molar ratio of reagents is 1: 1, since 1 g of used HS contains 3.0 mmol of carboxyl groups that react with APTS; 1 ml of APTS contains 4.2 mmol of amino groups. The reaction was carried out for 10 minutes at room temperature. Next, 5 ml of hydrochloric acid solution (5 M) was added dropwise to the solution until pH 4 was established. After adding acid, 100 μl of PMS-300 was added to the flask as an antifoam. After completion of the reaction, water and hydrolyzed alcohol were distilled off on a rotary evaporator, and the resulting compound was placed in an oven (120-150 ° C, 760 mm Hg). Then, the resulting compound was homogenized and placed in a desiccator. The mass of the obtained compound was 6.3 g. The structure of the obtained substance was proved by elemental analysis and titration (Tables 6 and 7), as well as by IR spectroscopy (Fig. 5).

Таблица 6Table 6 Элементный состав в расчете на беззольную пробу (% масс.) исходных препаратов PHA-Na и их силанольных производныхElemental composition based on ashless sample (% wt.) Of the initial preparations of PHA-Na and their silanol derivatives ОбразецSample СFROM НN NN SiSi PHA-NaPHA-Na 49,549.5 4,94.9 3,73,7 0,60.6 РНА-АПТСRNA-APTS 51,151.1 6,26.2 7,07.0 5,55.5

Таблица 7Table 7 Содержание кислотных групп в силанольных производных PHA-Na (ммоль/г)The content of acid groups in silanol derivatives of PHA-Na (mmol / g) ОбразецSample -COOH Cave±ΔC-COOH C ave ± ΔC PHA-NaPHA-Na 2,9±0,22.9 ± 0.2 РНА-АПТСRNA-APTS 1,7±0,51.7 ± 0.5 *ΔC - доверительный интервал (ммоль/г), n=3, P=0.95 * ΔC - confidence interval (mmol / g), n = 3, P = 0.95

Из результатов элементного анализа следует увеличение содержания азота и кремния в модифицированных препаратах. Из титриметрических данных следует уменьшение содержания карбоксильных групп в модифицированных препаратах. Эти изменения подтверждают высокую степень модификации карбоксильных групп в исходных PHA-Na.From the results of elemental analysis, an increase in the content of nitrogen and silicon in the modified preparations follows. From titrimetric data, a decrease in the content of carboxyl groups in modified preparations follows. These changes confirm the high degree of modification of carboxyl groups in the initial PHA-Na.

Было обнаружено, что ГВ торфа, модифицированные с помощью АПТС, могут содержать от 2 до 8% Si, от 30 до 55% С, от 3 до 5% Н и от 2 до 5% N. Также они могут вступать в реакцию с гидроксилсодержащими поверхностями, образуя ковалентные связи Si-O-Si или Si-O-M, где М - это поверхность металла, содержащая гидроксильные группы.It was found that HS peat modified with APTS can contain from 2 to 8% Si, from 30 to 55% C, from 3 to 5% H and from 2 to 5% N. They can also react with hydroxyl-containing surfaces, forming covalent bonds Si-O-Si or Si-OM, where M is a metal surface containing hydroxyl groups.

На фиг.5 представлен ИК-спектр препарата исходных ГВ торфа, модификатора и модифицированных соединений. В исходных ГВ наличие полосы колебаний связей ОС ароматического кольца (около 1610 см-1) в ИК-спектре не модифицированного препарата ГВ торфа свидетельствует о присутствии ароматической каркасной части. Полоса в области около 1710 см-1 относится к колебаниям связи C=O и подтверждает присутствие карбоксильных и карбонильных групп в препарате, полоса в области 1250 см-1 относится к валентным колебаниям C-O фенольных и карбоксильных групп, полосы в области 1050-1150 см-1 соответствуют колебаниям связи C-O спиртовых групп. Наличие этих полос указывает на присутствие различных кислородсодержащих функциональных групп в препаратах ГВ.Figure 5 presents the IR spectrum of the preparation of the initial HS peat, modifier and modified compounds. In the initial HS, the presence of the vibrational band of the bonds of the OS of the aromatic ring (about 1610 cm -1 ) in the IR spectrum of the unmodified preparation of the HS of peat indicates the presence of an aromatic framework. The band in the region of about 1710 cm -1 refers to the C = O bond vibrations and confirms the presence of carboxyl and carbonyl groups in the preparation, the band in the region of 1250 cm -1 refers to the stretching vibrations of CO phenolic and carboxyl groups, the bands in the range of 1050-1150 cm - 1 correspond to bond vibrations of CO alcohol groups. The presence of these bands indicates the presence of various oxygen-containing functional groups in HS preparations.

В спектрах модифицированных препаратов присутствуют как полосы, характерные для ГК, так и для модификатора. На фиг.5 видно, что в препарате ГВ-АПТС помимо суперпозиции ГВ и АПТС (две сильные полосы при 1100 и 1050 см-1, характерные для Si-O колебаний) имеется полоса при 1265 см-1, которая характерна колебаниям в плоскости амидной связи (полоса амид 3), что косвенно свидетельствует об образовании амидной связи. Также можно заметить смещение широкой полосы при 1600 см-1 в более коротковолновую область, что свидетельствуют об увеличении доли вклада колебаний карбонильных атомов в составе амидов в этот пик.The spectra of modified preparations contain both bands characteristic of HA and the modifier. Figure 5 shows that in the preparation of GV-APTS, in addition to the superposition of GV and APTS (two strong bands at 1100 and 1050 cm -1 , characteristic of Si-O vibrations), there is a band at 1265 cm -1 , which is characteristic of vibrations in the amide plane bond (amide 3 band), which indirectly indicates the formation of an amide bond. You can also notice a shift of the wide band at 1600 cm -1 to the shorter wavelength region, which indicates an increase in the contribution of vibrations of carbonyl atoms in the composition of amides to this peak.

Пример 4Example 4

Пример описывает способ модификации твердой гидроксилсодержащей поверхности - стекла - с использованием гуминовых силанольных производных и демонстрирует ее гидрофобизацию в результате данной обработки. Для изучения гидрофобности покрытий, образованных силанольными производными ГВ, проводили модификацию стеклянных пластинок. Это позволяло напрямую определить их гидрофобность по величине контактного угла капли воды на обработанной поверхности.An example describes a method for modifying a solid hydroxyl-containing surface - glass - using humic silanol derivatives and demonstrates its hydrophobization as a result of this treatment. To study the hydrophobicity of coatings formed by silanol derivatives of HV, glass plates were modified. This made it possible to directly determine their hydrophobicity by the value of the contact angle of a water drop on the treated surface.

Для эксперимента использовали предметные стекла, а также стекла Borafloat для атомно-силовой спектроскопии, разрезанные на равные части размером 1 см на 2 см. Для нанесения силанольных производных гуминовых веществ поверхность стекол сначала активировали. Для этого пластинки помещали в муфельную печь в режиме нагрева до 260°С - 1 час и выдерживания при 260°С - 22 часа. Затем пластинки охлаждали до комнатной температуры и помещали в щелочно-этанольный раствор (10% NaOH и 40% этанола) на 2 часа при комнатной температуре. Далее стекла тщательно промывали сначала дистиллированной водой, потом этанолом и сушили на воздухе. Затем готовили раствор силанольных производных гуминовых веществ с концентрацией 1 г/л. Для этого навеску препарата 50 мг смачивали 0.5 M NaOH и помещали в ультразвуковую баню на 30 мин при 30°С. Раствор доводили до 50 мл фосфатным буфером (рН 6.0, 0.03 M) и центрифугировали при 10000 об/с в течение 10 минут для отделения нерастворимого остатка. Далее отбирали 40 мл доводили рН раствора до 6.0 разбавленной HCl и разбавляли фосфатным буфером до концентрации 1 г/л, после чего погружали стеклянные пластинки в полученный раствор на 24 часа. Затем пластинки тщательно промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе.For the experiment, slides were used, as well as Borafloat glasses for atomic force spectroscopy, cut into equal parts measuring 1 cm by 2 cm. For the application of silanol derivatives of humic substances, the glass surface was first activated. For this, the plates were placed in a muffle furnace in the heating mode to 260 ° C for 1 hour and aging at 260 ° C for 22 hours. Then the plates were cooled to room temperature and placed in an alkaline ethanol solution (10% NaOH and 40% ethanol) for 2 hours at room temperature. Next, the glasses were thoroughly washed first with distilled water, then with ethanol and dried in air. Then, a solution of silanol derivatives of humic substances with a concentration of 1 g / L was prepared. For this, a 50 mg sample of the preparation was wetted with 0.5 M NaOH and placed in an ultrasonic bath for 30 min at 30 ° C. The solution was adjusted to 50 ml with phosphate buffer (pH 6.0, 0.03 M) and centrifuged at 10,000 rps for 10 minutes to separate the insoluble residue. Then 40 ml were taken, the pH of the solution was adjusted to 6.0 with diluted HCl and diluted with phosphate buffer to a concentration of 1 g / l, after which the glass plates were immersed in the resulting solution for 24 hours. Then the plates were thoroughly washed with distilled water and dried in air.

Оценку гидрофобности поверхности полученных пластинок проводили по измерению краевого угла смачивания воды на поверхности. Для этого стекла помещали на подложку прибора. Затем на стекло наносили каплю из шприца и снимали микрофотографии (примеры показаны на фиг.6), далее из фотографий определяли краевой угол смачивания стеклянных пластин.The hydrophobicity of the surface of the obtained plates was estimated by measuring the contact angle of water wetting on the surface. For this glass was placed on the substrate of the device. Then, a drop from a syringe was applied to the glass and micrographs were taken (examples are shown in Fig. 6), then the contact angle of the glass plates was determined from the photos.

В таблице 8 приведены данные, полученные в результате измерения краевого угла смачивания воды на исходных стеклянных пластинках и пластинках, модифицированных различными силанольными производными ГВ.Table 8 shows the data obtained by measuring the wetting angle of water on the original glass plates and plates modified with various silanol derivatives of HS.

Таблица 8Table 8 Значения краевого угла смачивания на исходном и модифицированных стеклахThe values of the contact angle on the original and modified glasses ПрепаратA drug Угол смачивания, градWetting angle, deg Исходное стеклоOriginal glass 4141 ГВ-АПТСGV-APTS 5858 ГВ-АГТСGV-AGTS 5858 РНА-АПТСRNA-APTS 4848

Из представленных данных видно, что гидрофобность стекол увеличивается при их обработке силанольными производными ГВ в результате иммобилизации органической гуминовой пленки. При этом пленки торфяного препарата менее гидрофобны, чем угольного. Это можно объяснить тем, что в составе торфяных ГВ содержится гидрофильная периферийная часть, представленная полисахаридами.From the presented data it is seen that the hydrophobicity of glasses increases when they are treated with silanol derivatives of HS as a result of immobilization of an organic humic film. In this case, the peat film is less hydrophobic than coal. This can be explained by the fact that the composition of peat HS contains a hydrophilic peripheral part represented by polysaccharides.

Морфологию образованных гуминовых пленок изучали методом атомной силовой микроскопии (АСМ). На фиг.7 приведены изображения поверхности исходного стекла и стекла, обработанного угольным гуминовым модификатором ГВ-АПТС.The morphology of the formed humic films was studied by atomic force microscopy (AFM). Figure 7 shows the image of the surface of the original glass and glass treated with carbon humic modifier GV-APTS.

Из представленных изображений видно, что на обработанной поверхности наблюдается неравномерное монослойное покрытие с отдельными включениями со средним диаметром около 100 нм и высотой до 15 нм. Указанная морфология поверхности может быть связана с тем, что силанольные производные ГВ присутствуют в растворе в виде золя, поэтому сорбируются частицы достаточно большого размера. Судя по толщине слоя, описываемые частицы приобретают плоскую конформацию, чтобы обеспечить наиболее эффективное связывание с поверхностью.It can be seen from the presented images that an uneven monolayer coating with individual inclusions with an average diameter of about 100 nm and a height of up to 15 nm is observed on the treated surface. The indicated surface morphology may be due to the fact that silanol derivatives of HS are present in the solution in the form of a sol; therefore, particles of a sufficiently large size are sorbed. Judging by the thickness of the layer, the described particles acquire a flat conformation to provide the most effective binding to the surface.

Таким образом, можно сделать заключение, что силанольные производные ГВ обладают способностью увеличивать гидрофобность минеральной поверхности за счет образования гуминовой пленки, что является благоприятным свойством в аспекте применения для восстановления деградированных почв.Thus, we can conclude that silanol derivatives of HS have the ability to increase the hydrophobicity of the mineral surface due to the formation of a humic film, which is a favorable property in the aspect of application for the restoration of degraded soils.

Пример 5Example 5

Пример демонстрирует возрастание водопрочности почвенных агрегатов, обработанных гуминовыми силанольными производными. Для исследования были выбраны исходные ГВ, ГВ-АПТС и фосфатный буфер. Раствор 1 г/л исходных ГВ готовили растворением в фосфатном буфере (0,03 М, pH 6), раствор 1 г/л ГВ-АПТС готовили последовательным растворением в КОН (3 M), подкислением до pH 6 разбавленной фосфорной кислотой и последующим растворением в фосфатном буфере (0,03 М, pH 6).The example demonstrates an increase in the water resistance of soil aggregates treated with humic silanol derivatives. For the study, the initial HB, HB-APTS and phosphate buffer were selected. A solution of 1 g / l of the initial HV was prepared by dissolving in phosphate buffer (0.03 M, pH 6), a solution of 1 g / l of HV-APTS was prepared by sequential dissolution in KOH (3 M), acidification to pH 6 with diluted phosphoric acid and subsequent dissolution in phosphate buffer (0.03 M, pH 6).

Для оценки водопрочности агрегатов использовали метод Андрианова. Образец почвы типичного чернозема под паром с опытного участка в Курской области в воздушно-сухом состоянии просеивали на ситах и отбирали фракцию с размером агрегатов 3-5 мм. В чашку Петри помещали фильтровальную бумагу и закрепляли ее с помощью стеклянных грузиков. Для испытания брали 50 агрегатов, которые равномерно раскладывали по чашке Петри. Далее агрегаты капиллярно насыщали, смачивая фильтровальную бумагу в чашке Петри исследуемым раствором. Оставляли для подсыхания на воздухе на 24 часа. Затем агрегаты сначала насыщали капиллярно дистиллированной водой в течение 3 минут, а потом осторожно доливали воду до уровня 0,5 см над агрегатами. Каждую минуту подсчитывали количество распавшихся агрегатов. Наблюдение проводили в течение 10 минут. Далее рассчитывали коэффициент водопрочности почвенных агрегатов по следующей формуле:To assess the water resistance of the aggregates, the Andrianov method was used. A soil sample of a typical chernozem under steam from an experimental site in the Kursk region in the air-dry state was sieved on sieves and a fraction with an aggregate size of 3-5 mm was taken. Filter paper was placed in a Petri dish and secured with glass weights. 50 units were taken for testing, which were evenly laid out on a Petri dish. Further, the aggregates were capillary saturated, wetting the filter paper in a Petri dish with the test solution. Left to dry in air for 24 hours. Then the aggregates were first saturated with capillary distilled water for 3 minutes, and then carefully added water to a level of 0.5 cm above the aggregates. Every minute, the number of decayed aggregates was counted. Observation was carried out for 10 minutes. Then calculated the coefficient of water resistance of soil aggregates according to the following formula:

K = n = 1 9 ( c a ) * ( n 10 + 0.05 ) + b c

Figure 00000001
K = n = one 9 ( c - a ) * ( n 10 + 0.05 ) + b c
Figure 00000001

где а - количество распавшихся агрегатов за минуту,where a is the number of disintegrated units per minute,

b - количество нераспавшихся агрегатов за 10 минут,b - the number of undecayed aggregates in 10 minutes,

с - общее количество агрегатов.C is the total number of units.

На фиг.8 приведены фотографии эксперимента до и после распада почвенных агрегатов. Полученные кинетические зависимости представлены на фиг.9.On Fig shows photographs of the experiment before and after the decay of soil aggregates. The obtained kinetic dependences are presented in Fig.9.

Из приведенного рисунка видно, что у почвенных агрегатов, обработанных силанольными производными ГВ, существенно повышается водопрочность. Рассчитанные по формуле коэффициенты водопрочности составили 0,51, 0,27 и 0,22 для агрегатов, обработанных CHS-APTES-30, H2O и CHS-K, соответственно.It can be seen from the figure that, in soil aggregates treated with silanol derivatives of GW, water resistance significantly increases. The water resistance coefficients calculated using the formula were 0.51, 0.27, and 0.22 for aggregates treated with CHS-APTES-30, H 2 O, and CHS-K, respectively.

Пример 6Example 6

Пример демонстрирует восстановление и улучшение структуры деградированных почв в результате обработки гуминовыми силанольными производными.An example demonstrates the restoration and improvement of the structure of degraded soils as a result of treatment with humic silanol derivatives.

Структура почвы - распределение почвенных отдельностей по размерам. К агрономически ценной структуре относят почвенные агрегаты 0,25-10 мм. Одним из важнейших свойств структуры является водоустойчивость - способность агрегатов противостоять разрушающему действию воды. Таким образом, чем больше частиц с размерами <0,25 мм в почве, тем более деградирована структура почвы.Soil structure - size distribution of soil units. The agronomically valuable structure includes soil aggregates of 0.25-10 mm. One of the most important properties of the structure is water resistance - the ability of units to withstand the destructive effect of water. Thus, the more particles with sizes <0.25 mm in the soil, the more degraded the soil structure.

Поэтому в качестве модельного субстрата использовали почвенные частицы с размерами <0,25 мм. Частицы были получены сухим просеиванием дерново-подзолистой почвы через сито <0,25 мм. В качестве показателя восстановления деградированной структуры почвы оценивали процент образовавшихся под воздействием гуминовых силанольных производных водопрочных агрегатов (частиц >0,25 мм).Therefore, soil particles with sizes <0.25 mm were used as a model substrate. Particles were obtained by dry sieving of sod-podzolic soil through a sieve <0.25 mm. As an indicator of the restoration of the degraded soil structure, the percentage of water-resistant aggregates formed under the influence of humic silanol derivatives (particles> 0.25 mm) was estimated.

В чашку Петри вносили 25 г частиц 0,25 мм дерново-подзолистой почвы, туда же добавляли 25 мл раствора гуминовых силанольных производных, устанавливали рН 6,8±0,2, концентрация производных: 2,5, 5 и 10 г/л. В качестве контроля в аналогичных условиях вносили исходные ГВ угля, использованные для модификации. Кроме того, был заложен вариант с дистиллированной водой.25 g of 0.25 mm particles of sod-podzolic soil were added to the Petri dish, 25 ml of a solution of humic silanol derivatives were added there, the pH was adjusted to 6.8 ± 0.2, and the concentration of the derivatives was 2.5, 5, and 10 g / l. As a control, under similar conditions, the initial HS of coal was used, used for modification. In addition, a distilled water option was laid.

Чашки Петри с почвой высушивали при комнатной температуре в вакуумном шкафу до воздушно-сухого состояния.Petri dishes with soil were dried at room temperature in a vacuum oven until air-dry.

Затем из подготовленных вариантов отбирали пробы (5 повторностей для каждого варианта), в которых определяли содержание водопрочных агрегатов. Для этого пробы осторожно разминали пестиком с резиновым наконечником на структурные отдельности, взвешивали, пропускали через сито 0,25 мм и опять взвешивали для опредения количества образовавшихся воздушно-сухих агрегатов. Затем навеску полученных агрегатов >0,25 мм помещали на сито (0,25 мм) и насыщали капиллярно дистиллированной водой через влажную фильтровальную бумагу. Насыщенные агрегаты погружали в воду на 10 минут, затем пропускали через сито 0,25 мм десятью покачиваниями сита на 45° и движениями сита в воде вверх-вниз. Прошедшие через сито частицы высушивали на водяной бане, досушивали при 105°С в сушильном шкафу и взвешивали. По разнице масс между полученными сухим просеиванием агрегатами и частицами, прошедшими через сито при просеивании в воде, определяли количество образовавшихся водопрочных агрегатов. На основе полученных данных рассчитывали процент образовавшихся водопрочных агрегатов. Все полученные средние были сопоставлены между собой по t-критерию (при α=0,05).Then samples were taken from the prepared options (5 replicates for each option), in which the content of water-resistant aggregates was determined. To do this, the samples were carefully kneaded with a pestle with a rubber tip into structural units, weighed, passed through a 0.25 mm sieve and again weighed to determine the amount of air-dry aggregates formed. Then, a weighed portion of the obtained aggregates> 0.25 mm was placed on a sieve (0.25 mm) and saturated with capillary distilled water through wet filter paper. Saturated aggregates were immersed in water for 10 minutes, then they were passed through a 0.25 mm sieve with ten swings of the sieve at 45 ° and up and down movements of the sieve in water. The particles passing through a sieve were dried in a water bath, dried at 105 ° C in an oven, and weighed. The mass difference between the dry sieving aggregates and particles passing through a sieve during sieving in water was used to determine the number of water-resistant aggregates formed. Based on the data obtained, the percentage of water-resistant aggregates formed was calculated. All obtained averages were compared with each other by the t-criterion (at α = 0.05).

На фиг.10 показано образование водопрочных агрегатов из почвенных бесструктурных частиц меньше 0,25 мм в результате обработки силанольными производными ГВ. Для сравнения приведено образование агрегатов под действием исходных ГВ угля, использованных для модификации.Figure 10 shows the formation of water-resistant aggregates from soil structureless particles less than 0.25 mm as a result of treatment with silanol derivatives of HS. For comparison, the formation of aggregates under the influence of the initial HS of coal used for modification is shown.

Гуминовые силанольные производные и исходные гуминовые вещества значимо увеличивали образование водопрочных агрегатов в частицах <0,25 мм по сравнению с вариантом с дистиллированной водой. Средние значения, полученные для гуминовых силанольных производных, превышали таковые для исходных ГВ угля. При этом значимые отличия между силанольными производными и нативными ГВ наблюдались при уровне их внесения до 5 г/л. Дальнейшее повышение концентрации до 10 г/л нивелировало различие между исходными и модифицированными ГВ.Humic silanol derivatives and initial humic substances significantly increased the formation of water-resistant aggregates in particles <0.25 mm in comparison with the version with distilled water. The average values obtained for humic silanol derivatives exceeded those for the initial HS of coal. In this case, significant differences between silanol derivatives and native HS were observed at the level of their introduction to 5 g / l. A further increase in concentration to 10 g / l offset the difference between the initial and modified HS.

Таким образом, показано, что:Thus, it is shown that:

- гуминовые силанольные производные значимо увеличивают содержание водопрочных агрегатов в модели деградированной почвы;- humic silanol derivatives significantly increase the content of water-resistant aggregates in the model of degraded soil;

- гуминовые силанольные производные увеличивают содержание водопрочных агрегатов в модели деградированной почвы эффективнее, чем обычные гуминовые вещества;- humic silanol derivatives increase the content of water-resistant aggregates in the model of degraded soil more effectively than conventional humic substances;

- концентрации для применения гуминовых силанольных производных с целью восстановления деградированной почвы не должны превышать 5 г/л.- concentrations for the use of humic silanol derivatives in order to restore degraded soil should not exceed 5 g / l.

Пример 7Example 7

Пример демонстрирует применение силанольных производных ГВ в качестве мелиоранта для улучшения структуры почвы в условиях мелкоделяночного эксперимента.The example demonstrates the use of silanol derivatives of HS as an ameliorant for improving the structure of the soil in a small-plot experiment.

Испытания были проведены на сильноокультуренной дерново-подзолистой почве. Обработку почвы проводили путем полива растворами исследуемых препаратов в концентрации 2,5 г/л. Норма расхода составила 10 л/м2. В качестве контроля использовали колодезную воду. Далее проводили посев пшеницы (500 шт./м). Уход за посевами включал в себя ручную прополку и полив по мере необходимости. Продолжительность эксперимента составила 99 дней. До начала эксперимента и после его окончания проводили определение содержания агрономически ценных агрегатов (0,25-10 мм).The tests were conducted on highly cultivated sod-podzolic soil. Tillage was carried out by irrigation with solutions of the studied drugs at a concentration of 2.5 g / l. The consumption rate was 10 l / m 2 . Well water was used as a control. Next, wheat was sown (500 pcs / m). Crop care included manual weeding and watering as needed. The duration of the experiment was 99 days. Before the experiment and after its completion, the content of agronomically valuable aggregates (0.25-10 mm) was determined.

Было установлено, что за время проведения эксперимента (99 дней) внесение ГВ-АПТС приводило к возрастанию коэффициента структурности почв, определяемого по содержанию агрономически ценных агрегатов, на 11% (фиг.11).It was found that during the experiment (99 days) the introduction of GV-APTS led to an increase in the soil structural coefficient, determined by the content of agronomically valuable aggregates, by 11% (Fig. 11).

Приведенные выше описания возможных применений данного изобретения настолько полно демонстрируют природу настоящего изобретения, что другие исследователи смогут, применяя данные знания, легко изменить или модифицировать описанный общий способ для целей других специальных применений, не изменяя его по существу. Следовательно, такие адаптации и модификации предложенного подхода должны рассматриваться как не содержащие в себе самостоятельного предмета изобретения. При этом, само собой разумеется, что основным назначением терминологии или словесных выражений, использованных при описании данного изобретения, являлось раскрытие сути изобретения, при этом предполагалось, что это может быть сделано и с использованием других выражений без ограничения на использованную терминологию.The above descriptions of possible uses of the present invention so fully demonstrate the nature of the present invention that other researchers will be able to, using this knowledge, easily modify or modify the described general method for other special applications without essentially changing it. Therefore, such adaptations and modifications of the proposed approach should be considered as not containing an independent subject matter of the invention. At the same time, it goes without saying that the main purpose of the terminology or verbal expressions used in the description of this invention was to disclose the essence of the invention, while it was assumed that this could be done using other expressions without limiting the terminology used.

Описанные методы, материалы и этапы проведения различных заявленных шагов могут быть осуществлены с помощью других подходов, что не будет менять сути изобретения. Например, выражения типа «с использованием…» или «посредством…», а также любые другие фразеологические описания методов, использованные при описании приведенных выше примеров или при описании нижеприведенной формулы изобретения, которые предшествовали изложению метода по существу, приводились с целью определить и охватить все возможные структурные, физические, химические и инженерные элементы и структуры, равно как и любые методические шаги, которые могут уже существовать сегодня или быть изобретены в будущем для осуществления функций, поименованных в данном изобретении, вне зависимости от того, насколько полностью они эквивалентны приведенным выше примерам применений, то есть допускается использование любых других методов и методических приемов для достижения изложенных выше функциональных свойств, при этом предполагается, что все использованные частные методические приемы должны трактоваться в самом широком смысле.The described methods, materials and stages of the various claimed steps can be carried out using other approaches that will not change the essence of the invention. For example, expressions such as “using ...” or “through ...”, as well as any other phraseological descriptions of the methods used in the description of the above examples or in the description of the following claims that preceded the essence of the method, were given in order to define and cover all possible structural, physical, chemical and engineering elements and structures, as well as any methodological steps that may already exist today or be invented in the future for the implementation of fun of the names referred to in this invention, regardless of how fully equivalent they are to the above examples of applications, that is, it is allowed to use any other methods and methodological methods to achieve the above functional properties, it is assumed that all the private methods used should be interpreted in the broadest sense.

Claims (8)

1. Кремнегуминовое производное, содержащее силанольные группы, характеризующееся водорастворимостью в щелочной среде и способностью к необратимой сорбции на твердой подложке, содержащей на поверхности -ОН группы, полученное способом, включающим взаимодействие гуминового вещества с аминоалкоксисиланом в водной среде, при этом в качестве гуминового вещества используют вещество, выделенное из природных источников, а в качестве аминоалкоксисилана используют 3-аминопропилтриалкоксисилан или 1-аминогексаметилен 6-аминометилентриалкоксисилан с последующей отгонкой воды и прогреванием продукта при температуре 30-150°С.1. Silica-humic derivative containing silanol groups, characterized by water solubility in an alkaline medium and the ability to irreversibly sorb on a solid substrate containing on the surface —OH groups obtained by a method involving the interaction of a humic substance with aminoalkoxysilane in an aqueous medium, while using a humic substance as a substance isolated from natural sources, and 3-aminopropyltrialkoxysilane or 1-aminohexamethylene 6-aminomethylene trialkoxis is used as aminoalkoxysilane Ilan with subsequent distillation of water and heating of the product at a temperature of 30-150 ° C. 2. Применение кремнегуминового производного для восстановления деградированных почв in situ, включающее внесение гуминового производного по п.1 в виде водного раствора на участок деградированной почвы.2. The use of silica-humic derivative for the restoration of degraded soils in situ, including the introduction of a humic derivative according to claim 1 in the form of an aqueous solution on a site of degraded soil. 3. Применение кремнегуминового производного по п.1, при котором гуминовое производное в виде водного раствора вносят либо посредством капельного полива, либо с помощью поливальных машин.3. The use of the silica-humic derivative according to claim 1, wherein the humic derivative in the form of an aqueous solution is introduced either by drip irrigation or by irrigation machines. 4. Применение по п.3, в котором гуминовое производное используют в виде 0,01-10 масс.% водного раствора.4. The use according to claim 3, in which the humic derivative is used in the form of 0.01-10 wt.% Aqueous solution. 5. Применение по п.3, в котором кремнегуминовое производное используют в виде 0,01-10 масс.% водного раствора в комбинации с жидкими и комплексными удобрениями.5. The use according to claim 3, in which the silicic acid derivative is used in the form of 0.01-10 wt.% Aqueous solution in combination with liquid and complex fertilizers. 6. Реагент для восстановления деградированных почв in situ, включающий кремнегуминовое производное по п.1.6. The reagent for the restoration of degraded soils in situ, including the silica-humic derivative according to claim 1. 7. Реагент по п.6, в котором кремнегуминовое производное используется в виде водного раствора.7. The reagent according to claim 6, in which the silicic acid derivative is used in the form of an aqueous solution. 8. Реагент по п.6, в котором кремнегуминовое производное используется в виде водного раствора с концентрацией 0,01-10 масс.%. 8. The reagent according to claim 6, in which the silicic acid derivative is used in the form of an aqueous solution with a concentration of 0.01-10 wt.%.
RU2012153951/05A 2012-12-14 2012-12-14 Silicon-humus soil ameliorant RU2524956C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012153951/05A RU2524956C1 (en) 2012-12-14 2012-12-14 Silicon-humus soil ameliorant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012153951/05A RU2524956C1 (en) 2012-12-14 2012-12-14 Silicon-humus soil ameliorant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012153951A RU2012153951A (en) 2014-06-20
RU2524956C1 true RU2524956C1 (en) 2014-08-10

Family

ID=51213692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012153951/05A RU2524956C1 (en) 2012-12-14 2012-12-14 Silicon-humus soil ameliorant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2524956C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761450C1 (en) * 2018-05-30 2021-12-08 Аквасолюшн Корпорэйшн Soil improvement method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125039C1 (en) * 1997-01-14 1999-01-20 Шульгин Александр Иванович Humin concentrate, method of its preparing, devices for electrochemical preparing humin concentrate (variants), method of water treatment from impurities, method of dehydration of viscous-flowing media, method of detoxication of organic compounds, method of utilization of sewage, method of making soil from natural and artificial grounds and recovery of fertility of degraded soils, method of composting organic waste, method of utilization of tap water sediments
US7204660B2 (en) * 2002-11-27 2007-04-17 Alexander Ivanovich Shulgin Humic mineral reagent and method for the production thereof, method for rehabilitating polluted soils, method for detoxification of wastes of extracted and processed mineral products and recultivating rock dumps and tailing storages, method for sewage water treatment and method for sludge utilisation
RU2429068C2 (en) * 2006-03-07 2011-09-20 Ирина Васильевна Перминова Humic derivatives, production method and use thereof
US20120149654A1 (en) * 2009-07-16 2012-06-14 Scuola Internazionale Superiore Di Studi Avanzati Humic substances and uses thereof in agro-environment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125039C1 (en) * 1997-01-14 1999-01-20 Шульгин Александр Иванович Humin concentrate, method of its preparing, devices for electrochemical preparing humin concentrate (variants), method of water treatment from impurities, method of dehydration of viscous-flowing media, method of detoxication of organic compounds, method of utilization of sewage, method of making soil from natural and artificial grounds and recovery of fertility of degraded soils, method of composting organic waste, method of utilization of tap water sediments
US7204660B2 (en) * 2002-11-27 2007-04-17 Alexander Ivanovich Shulgin Humic mineral reagent and method for the production thereof, method for rehabilitating polluted soils, method for detoxification of wastes of extracted and processed mineral products and recultivating rock dumps and tailing storages, method for sewage water treatment and method for sludge utilisation
RU2429068C2 (en) * 2006-03-07 2011-09-20 Ирина Васильевна Перминова Humic derivatives, production method and use thereof
US20120149654A1 (en) * 2009-07-16 2012-06-14 Scuola Internazionale Superiore Di Studi Avanzati Humic substances and uses thereof in agro-environment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАРПЮК Л.А. и др., «Получение алкоксисилильных производных гуминовых веществ», Материалы Международной конференции молодых учёных по фундаментальным наукам «ЛОМОНОСОВ-2006», химия т.2, М., МГУ, 2006, стр.25. ОФИЦЕРОВ Е.Н. и др., «Кремний и гуминовые кислоты: моделирование взаимодействий в почве», Известия Самарского научного центра РАН, т.13, 4,(2), 2011, стр. 350-357. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761450C1 (en) * 2018-05-30 2021-12-08 Аквасолюшн Корпорэйшн Soil improvement method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012153951A (en) 2014-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100087603A1 (en) Organic-inorganic hybrid nanomaterials and method for synthesizing same
Barabanova et al. Anhydride modified silica nanoparticles: Preparation and characterization
JP6105616B2 (en) Hydrolyzable silane
DE102011086812A1 (en) Process for the preparation of solids from alkali salts of silanols
WO2012124703A1 (en) Novel porous amorphous silica and production method therefor
Wassel et al. Nanocomposite films of laponite/PEG-grafted polymers and polymer brushes with nonfouling properties
CN115197588A (en) Preparation method of polyamino silane coupling agent modified antioxidant and loaded silicon dioxide
RU2524956C1 (en) Silicon-humus soil ameliorant
ES2727673B2 (en) NITRATE ADSORPTION PROCEDURE BY ACTIVE MODIFIED SILICE FROM RICE STRAW ASH
Vasiliev et al. Chemisorption of silane compounds on hydroxyapatites of various morphologies
Dąbrowski et al. Bridged polysilsesquioxane xerogels functionalizated by amine-and thiol-groups: synthesis, structure, adsorption properties
JP4750211B1 (en) Surface modification method and surface modification material
JP5513736B2 (en) Use of metal organic silicate polymers as dispersion formers
CN110799582B (en) Method for producing silane, method for modifying silicon dioxide by silane and modified silicon dioxide
Lambert et al. Solid phase host− guest properties of cyclodextrins and calixarenes covalently attached to a polysilsesquioxane matrix
DE102014205258A1 (en) Process for the preparation of powders of alkali salts of silanols
Macedo et al. Layered inorganic/organic mercaptopropyl pendant chain hybrid for chelating heavy cations
JP3575136B2 (en) Inorganic substance having a sulfonic acid group on the surface, its production method and use
KR102071364B1 (en) Biomass Fly Ash as an Alternative Approach for Synthesis of Amorphous Silica Nanoparticles with High Surface Area and Method of Manufacturing
Fasce et al. Photoluminescence of bridged silsesquioxanes containing urea or urethane groups with nanostructures generated by the competition between the rates of self-assembly of organic domains and the inorganic polycondensation
JP2005022899A (en) Organic group-containing silica gel
KR20080061551A (en) Hydrophobicity control process of silica particle using trialkoxysilane comprising alkyl group, alkenyl group, or alkynyl group and silica particle thereby
JP2006083015A (en) Dispersion of silica ultrafine particles, its producing method, and resin formed article using the same
JP2003238574A (en) Organic group-supporting silica gel
RU2529151C2 (en) Silicon-humic plant growth regulator and use thereof to treat plants