Научное направление:
«Химическое модифицирование торфа»
Шифры научных специальностей, в рамках которых разрабатывалось данное научное направление:
Краткая аннотация научного направления:
Нами предлагается использование нового подхода к химической переработке гуминсодержащего растительного сырья в ценные органические материалы, основанного на осуществлении двух параллельно или последовательно (включая стадию предварительной активации) протекающих процессов: разрушения морфологической, надмолекулярной структуры и лигноуглеводных связей в биокомпозите гуминсодержащего субстрата и проведения реакций по свободным и освобождающимся по мере протекания процесса ОН-группам, содержащимся в торфе полисахаридах, лигнине и гуминовых кислотах.
Таким образом, особое место среди различных способов глубокой химической переработки высокомолекулярных компонентов растительного сырья занимают процессы их химического модифицирования О-алкилированием или этерификацией непосредственно в растительной ткани без предварительного выделения из нее, которые могут быть положены в основу комплексной химической переработки возобновляемого растительного сырья в термопластичные или поверхностно-активные, растворимые в воде или органических растворителях ценные продукты. Свойства и соответствующие области использования получаемых материалов будут определяться природой модифицирующего реагента, способами осуществления процессов, условиями и составом реакционной среды.
Научная новизна предлагаемых разработок заключается в глубокой комплексной химической модификации гуминсодержащих лигноуглеводных материалов без разделения на отдельные компоненты по новым высокоэффективным механохимической и кавитационной технологиям, а также после активации методом взрывного автогидролиза (ВАГ) в водной и спиртовых средах. Экспериментальные данные о реакционной способности функциональных групп гуминсодержащих лигноуглеводных материалов и макромолекулярных превращениях их основных компонентов (лигнина, полисахаридов и гуминовых веществ) будут использованы для установления основных закономерностей в изменении физико-химических свойств продуктов их механохимической модификации в реакциях О-алкилирования и этерификации. Будут разработаны новые методы синтеза О-алкиловых эфиров ацетильных производных биополимеров торфа, S-содержащих производных торфа широкого спектра физико-химических свойств (буровые и флотационные реагенты, ионообменные материалы, теплоизоляционные композиционные материалы и термопластичные связующие для плитных материалов).
Таким образом, особое место среди различных способов глубокой химической переработки высокомолекулярных компонентов растительного сырья занимают процессы их химического модифицирования О-алкилированием или этерификацией непосредственно в растительной ткани без предварительного выделения из нее, которые могут быть положены в основу комплексной химической переработки возобновляемого растительного сырья в термопластичные или поверхностно-активные, растворимые в воде или органических растворителях ценные продукты. Свойства и соответствующие области использования получаемых материалов будут определяться природой модифицирующего реагента, способами осуществления процессов, условиями и составом реакционной среды.
Научная новизна предлагаемых разработок заключается в глубокой комплексной химической модификации гуминсодержащих лигноуглеводных материалов без разделения на отдельные компоненты по новым высокоэффективным механохимической и кавитационной технологиям, а также после активации методом взрывного автогидролиза (ВАГ) в водной и спиртовых средах. Экспериментальные данные о реакционной способности функциональных групп гуминсодержащих лигноуглеводных материалов и макромолекулярных превращениях их основных компонентов (лигнина, полисахаридов и гуминовых веществ) будут использованы для установления основных закономерностей в изменении физико-химических свойств продуктов их механохимической модификации в реакциях О-алкилирования и этерификации. Будут разработаны новые методы синтеза О-алкиловых эфиров ацетильных производных биополимеров торфа, S-содержащих производных торфа широкого спектра физико-химических свойств (буровые и флотационные реагенты, ионообменные материалы, теплоизоляционные композиционные материалы и термопластичные связующие для плитных материалов).
Аннотации трех наиболее значимых публикаций:
1. Разработан новая кавитационная технология получения водорастворимых поверхностно-активных оксигуминовых препаратов из торфа. Получены высококонцентрированные (до 100-150 г/л гуминовых кислот) водорастворимые поверхностно-активные оксигуминовые препараты на основе торфа, обладающие ростостимулирующими свойствами, являются биоразлагаемыми в почве и хорошо совместимы с окружающей средой. Показано, что использование кавитационной обработки позволяет интенсифицировать технологический процесс, снизить расходы окислителей и щелочных реагентов и получить пастообразные оксигуминовые препараты широкого спектра свойств (Ефанов М.В., Черненко П.П. Получение азотсодержащих гуминовых препаратов из торфа. // Химия твердого топлива, 2010, № 1, с. 67-71).
2. Разработана новая технология получения карбоксиметилированных производных торфа под действием монохлоруксусной кислоты в присутствии гидроксида натрия в среде пропанола-2. Найдены оптимальные условия
карбоксиметилирования и впервые получены карбоксиметилированные производные торфа. Установлено, что степень превращения и физико-химические свойства карбоксиметиловых эфиров биополимеров торфа зависят от условий предварительной щелочной обработки исходного торфяного сырья. Полученные карбоксиметилированные
производные торфа содержат до 20 % ионогенных карбоксиметильных групп, растворимы в воде и водно-щелочных растворах до 90-95 %, образуют высоковязкие растворы и могут быть использованы в качестве буровых реагентов (Ефанов М.В., Попова А.А. Карбоксиметилирование торфа в среде пропанола-2. // Химия твердого топлива, 2011, № 4, с. 60-65).
3. Разработана новая технология этерификации механохимически активированного торфа уксусным ангидридом в присутствии гидроксида натрия. Показано, что использование механохимической предобработки позволяет активировать биокомпозит торфа для последующего О-ацетилирования. Впервые получены ацильные производные торфа, содержащие до 18,5 % связанных ацетильных групп, растворимые до 45 % в ацетоне. Полученные высокомолекулярные продукты обладают высокой термопластичностью и могут быть использованы в качестве гидрофобных термопластичных связующих веществ для получения торфо-древесных композиционых материалов (Ефанов М.В., Овчинников П.В. Ацетилирование торфа в присутствии гидроксида натрия. // Химия твердого топлива, 2012, № 2, с. 74-77).
2. Разработана новая технология получения карбоксиметилированных производных торфа под действием монохлоруксусной кислоты в присутствии гидроксида натрия в среде пропанола-2. Найдены оптимальные условия
карбоксиметилирования и впервые получены карбоксиметилированные производные торфа. Установлено, что степень превращения и физико-химические свойства карбоксиметиловых эфиров биополимеров торфа зависят от условий предварительной щелочной обработки исходного торфяного сырья. Полученные карбоксиметилированные
производные торфа содержат до 20 % ионогенных карбоксиметильных групп, растворимы в воде и водно-щелочных растворах до 90-95 %, образуют высоковязкие растворы и могут быть использованы в качестве буровых реагентов (Ефанов М.В., Попова А.А. Карбоксиметилирование торфа в среде пропанола-2. // Химия твердого топлива, 2011, № 4, с. 60-65).
3. Разработана новая технология этерификации механохимически активированного торфа уксусным ангидридом в присутствии гидроксида натрия. Показано, что использование механохимической предобработки позволяет активировать биокомпозит торфа для последующего О-ацетилирования. Впервые получены ацильные производные торфа, содержащие до 18,5 % связанных ацетильных групп, растворимые до 45 % в ацетоне. Полученные высокомолекулярные продукты обладают высокой термопластичностью и могут быть использованы в качестве гидрофобных термопластичных связующих веществ для получения торфо-древесных композиционых материалов (Ефанов М.В., Овчинников П.В. Ацетилирование торфа в присутствии гидроксида натрия. // Химия твердого топлива, 2012, № 2, с. 74-77).