stringtranslate.com

Хумин

Гумины — это макромолекулярные вещества на основе углерода, которые можно обнаружить в химии почвы или в качестве побочного продукта процессов биопереработки на основе сахаридов .

Гумины в химии почвы

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 из источников биомассы

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.

Структура и механизм образования гумина

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 .

Аспекты безопасности

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]

Потенциальные области применения гуминов

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).

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Райс, Джеймс А. "Humin" Soil Science 2001, т. 166(11), стр. 848-857. doi :10.1097/00010694-200111000-00002
  2. ^ Леманн, Дж.; Клебер, М. (2015-12-03), «Спорная природа органического вещества почвы», Nature , 528 (7580): 60–68, Bibcode : 2015Natur.528...60L, doi : 10.1038/nature16069 , PMID  26595271
  3. ^ ван Зандворт, И., «На пути к валоризации побочных продуктов гумина: характеристика, солюбилизация и катализ», 2015 г.
  4. ^ Heltzel, Jacob; Patil, Sushil KR; Lund, Carl RF (2016), Schlaf, Marcel; Zhang, Z. Conrad (ред.), "Пути образования гумина", Пути реакции и механизмы термокаталитической конверсии биомассы II: гомогенно катализируемые превращения, Акриловые смолы из биомассы, Теоретические аспекты, Пути валоризации и пиролиза лигнина , Зеленая химия и устойчивые технологии, Springer Singapore, стр. 105–118, doi :10.1007/978-981-287-769-7_5, ISBN 9789812877697
  5. ^ Хорват, Ярослав; Клаич, Бранимир; Метелко, Бисерка; Шунич, Витомир (1 января 1985 г.). «Механизм образования левулиновой кислоты». Буквы тетраэдра . 26 (17): 2111–2114. дои : 10.1016/S0040-4039(00)94793-2. ISSN  0040-4039.
  6. ^ Сумерский, И.В.; Крутов, С.М.; Зарубин, М.Я. (2010-02-01). «Гуминоподобные вещества, образующиеся в условиях промышленного гидролиза древесины». Журнал прикладной химии . 83 (2): 320–327. doi :10.1134/S1070427210020266. ISSN  1608-3296. S2CID  84984623.
  7. ^ Luijkx, Gerard CA; van Rantwijk, Fred; van Bekkum, Herman (1993-04-07). «Гидротермальное образование 1,2,4-бензолтриола из 5-гидроксиметил-2-фуральдегида и d-фруктозы». Carbohydrate Research . 242 : 131–139. doi :10.1016/0008-6215(93)80027-C. ISSN  0008-6215.
  8. ^ аб Муралидхара, А., Тоси, П., Миха, А., Сбирраццуоли, Н., Лен, К., Энгелен, В., де Йонг, Э., Марлер, Г., ACS Sustainable Chem. англ., 2018, 6, 16692-16701
  9. ^ Муралидхара, А., Бадо-Ниллес, А., Марлэр, Г., Энгелен, В., Лен, К., Пандард, П., Биотопливо, биопродукты и биопереработка, 2018, 1-7
  10. ^ Tosi, Pierluigi; van Klink, Gerard PM; Celzard, Alain; Fierro, Vanessa; Vincent, Luc; de Jong, Ed; Mija, Alice (2018). «Автосшитые жесткие пены, полученные из побочных продуктов биопереработки». ChemSusChem . 11 (16): 2797–2809. Bibcode :2018ChSCh..11.2797T. doi :10.1002/cssc.201800778. ISSN  1864-564X. PMC 6392144 . PMID  29956889. 
  11. ^ Филичиотто Л., Балу А.М., Ромеро А.А., Родригес-Кастельон Э., ван дер Ваал Дж.К., Люке Р., Green Chemistry, 2017, 19, 4423-4434.
  12. ^ Mija, A., van der Waal, JC, Pin, JM., Guigo, N., de Jong, E., «Гумины как перспективный материал для производства устойчивых строительных материалов на основе углеводов», Construction and Building Materials, 2017, 139, 594 doi :10.1016/j.conbuildmat.2016.11.019
  13. ^ Сангрегорио, А., Гуиго, Н., ван дер Вааль, Дж. К., Сбирраццуоли, Н., «Все «зеленые» композиты, включающие льняные волокна и смолы гуминов», Composites Science and Technology, 2019, 171, 70. doi :10.1016/j.compscitech.2018.12.008
  14. ^ Пин, Дж. М., Гиго, Н., Миха, А., Винсент, Л., Сбирраццуоли, Н., ван дер Ваал, Дж. К., де Йонг, Э., ACS Sustain. хим. англ., 2014, 2, 2182-2190.
  15. ^ Миха, А., ван дер Ваал, Дж. К., ван Клинк, Г., де Йонг, Э., Пена, содержащая гумин, 2016, WO2017074183A8
  16. ^ Този, П., ван Клинк, Г.П., Селзард, А., Фиерро В., Винсент, Л., де Йонг, Э., Миха, А., ChemSusChem, 2018, 11, 2797-2809.

Дальнейшее чтение

Сингер, Майкл Дж. и Дональд Н. Маннс (2005). Почвы: Введение (6-е издание). Верхняя Сэддл-Ривер: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-119019-1 .