Гумины — это макромолекулярные вещества на основе углерода, которые можно обнаружить в химии почвы или в качестве побочного продукта процессов биопереработки на основе сахаридов .
Почва состоит из минеральных (неорганических) и органических компонентов. Органические компоненты можно разделить на фракции, которые являются растворимыми, в основном гуминовые кислоты , и нерастворимыми, гумины. Гумины составляют около 50% органического вещества в почве. [1]
Из-за своей очень сложной молекулярной структуры гуминовые вещества, включая гумин, не соответствуют чистым веществам, а состоят из смеси многих соединений, которые по-прежнему очень трудно охарактеризовать даже с использованием современных аналитических методов. [2]
Гумины также производятся во время дегидратации сахаров, как это происходит во время преобразования лигноцеллюлозной биомассы в более мелкие, более ценные органические соединения, такие как 5-гидроксиметилфурфурол (ГМФ). Эти гумины могут быть в форме вязких жидкостей или твердых веществ в зависимости от используемых условий процесса.
Как структура гуминов, так и механизм, с помощью которого они синтезируются, в настоящее время не определены должным образом, поскольку образование и химические свойства гуминов будут меняться в зависимости от используемых условий процесса. Как правило, гумины имеют полимерную структуру фуранового типа с гидроксильными , альдегидными и кетонными функциональными группами. [3] Однако структура зависит от типа исходного сырья (например, ксилозы или глюкозы ) или концентрации, времени реакции, температуры, катализаторов и многих других параметров, участвующих в процессе. [4] Эти параметры также влияют на механизм образования, который все еще является предметом дискуссий. Были рассмотрены различные пути, включая гидролиз с раскрытием кольца ГМФ (считается ключевым промежуточным продуктом для образования гуминов), [5] нуклеофильные присоединения , [6] или через образование ароматического промежуточного продукта. [7] Хотя нет четких доказательств, подтверждающих или исключающих механизмы, общее согласие заключается в ряде реакций конденсации, которые снижают эффективность стратегий преобразования биомассы .
Гумины не считаются опасными веществами в соответствии с официально признанными системами классификации опасных материалов, основанными на физико-химических свойствах, таких как воспламеняемость, [8] взрывоопасность, подверженность окислению, коррозионная активность или экотоксичность. [9] Нагревание гуминов образует макропористый материал, известный как гуминовая пена [10] , и эти материалы также не демонстрируют критического поведения при пожаре, несмотря на свою высокопористую структуру. [8]
В прошлом гумины из источников биомассы в основном рассматривались как горючие материалы для подачи тепла для процессов биопереработки. Однако все больше внимания стали уделять высокоценным приложениям, в частности, использованию гуминов при приготовлении каталитических материалов [11] и в материалах (например, армирование пластика и строительные материалы). [12] [13] [14] Гумины также можно подвергать термической обработке для формирования интересных твердых материалов, таких как легкие и пористые гуминовые пены. [15] [16] В целом, гумины, по-видимому, улучшают конечные свойства материалов, хотя исследования в основном находятся на стадии доказательства принципа (ранней).
Сингер, Майкл Дж. и Дональд Н. Маннс (2005). Почвы: Введение (6-е издание). Верхняя Сэддл-Ривер: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-119019-1 .