Хумин - Humin

Для использования в других целях, см Хумин (значения) .

Гумины - это макромолекулярные вещества на основе углерода, которые можно найти в химии почвы или в качестве побочного продукта процессов биологической переработки сахаридов .

Гумины в химии почв

Почва состоит как из минеральных (неорганических), так и из органических компонентов. Органические компоненты можно разделить на фракции, которые представляют собой растворимые, в основном гуминовые кислоты , и нерастворимые гумины. Гумины составляют около 50% органического вещества почвы.

Из-за очень сложной молекулярной структуры гуминовые вещества, в том числе гумин, не соответствуют чистым веществам, а состоят из смеси многих соединений, которые по-прежнему очень трудно охарактеризовать даже с использованием современных аналитических методов.

Гумины из источников биомассы

Гумины также образуются при дегидратации сахаров, как это происходит во время преобразования лигноцеллюлозной биомассы в более мелкие и более ценные органические соединения, такие как 5-гидроксиметилфурфурол (HMF). Эти гумины могут быть в форме вязких жидкостей или твердых веществ в зависимости от используемых условий процесса.

Строение и механизм образования гумина

Как структура гуминов, так и механизм их синтеза в настоящее время не определены, поскольку образование и химические свойства гуминов будут меняться в зависимости от используемых условий процесса. Как правило, гумины имеют полимерную структуру furanic типа, с гидроксильными , альдегидов и кетонов функциональных возможностей . Однако структура зависит от типа сырья (например, ксилозы или глюкозы ) или концентрации, времени реакции, температуры, катализаторов и многих других параметров, участвующих в процессе. Эти параметры также влияют на механизм образования, который до сих пор остается предметом дискуссий. Были рассмотрены различные пути, включая гидролиз HMF с раскрытием кольца (который считается ключевым промежуточным продуктом для образования гуминов), нуклеофильные присоединения или через образование ароматического промежуточного продукта. Хотя нет четких доказательств, подтверждающих или исключающих механизмы, общий консенсус заключается в серии 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, взрывоопасность, склонность к окислению, коррозионная активность или экотоксичность. При нагревании гуминов образуется макропористый материал, известный как пена гуминов, а также эти материалы не проявляли критических характеристик огня, несмотря на их очень пористую структуру.

Возможные применения гуминов

В прошлом гумины из источников биомассы в основном рассматривались как горючие материалы для обеспечения тепла для процессов биопереработки. Однако более дорогостоящие применения начали привлекать больше внимания, особенно использование гуминов при приготовлении каталитических материалов и в материалах (например, пластиковая арматура и строительные материалы). Гумины также можно подвергать термообработке для образования интересных твердых материалов, таких как легкие и пористые гуминовые пены. В целом кажется, что гумины улучшают конечные свойства материалов, хотя исследования в основном находятся на стадии подтверждения принципа (ранней стадии).

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Райс, Джеймс А. "Хумин" Почвоведение 2001, т. 166 (11), стр. 848-857. DOI : 10,1097 / 00010694-200111000-00002
  2. ^ Lehmann, J .; Kleber, М. (2015-12-03), "Спорный характер органического вещества почвы", Природа , 528 (7580): 60-68, DOI : 10.1038 / nature16069 , PMID  26595271
  3. ^ ван Зандвоорт, I., "На пути к повышению ценности побочных продуктов гумина: характеристика, солюбилизация и катализ", 2015 г.
  4. ^ Heltzel, Джейкоб; Патил, Сушил КР; Лунд, Карл РФ (2016), Шлаф, Марсель; Чжан, З. Конрад (ред.), «Пути образования гумина», Пути реакций и механизмы термокаталитического преобразования биомассы II: гомогенно катализируемые превращения, акриловые кислоты из биомассы, теоретические аспекты, пути валоризации лигнина и пиролиза , зеленая химия и устойчивые технологии, Springer . Сингапур, С. 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. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (00) 94793-2 . ISSN  0040-4039 .
  6. ^ Сумерский, IV; Крутов С.М.; Зарубин, М.Я. (01.02.2010). «Гуминоподобные вещества, образующиеся в условиях промышленного гидролиза древесины». Российский журнал прикладной химии . 83 (2): 320–327. DOI : 10.1134 / S1070427210020266 . ISSN  1608-3296 .
  7. ^ Luijkx, Джерард Калифорния; ван Рантвейк, Фред; ван Беккум, Герман (1993-04-07). «Гидротермальное образование 1,2,4-бензолтриола из 5-гидроксиметил-2-фуральдегида и d-фруктозы». Исследование углеводов . 242 : 131–139. DOI : 10.1016 / 0008-6215 (93) 80027-C . ISSN  0008-6215 .
  8. ^ a b Муралидхара, А., Този, П., Миджа, А., Сбирраццуоли, Н., Лен, К., Энгелен, В., де Йонг, Э., Марлер, Г., ACS Sustainable Chem. Eng., 2018, 6, 16692-16701
  9. ^ Муралидхара, А., Бадо-Нилл, А., Марлер, Г., Энгелен, В., Лен, К., Пандард, П., Биотопливо, биопродукты и биопереработка, 2018, 1-7
  10. ^ Този, Пьерлуиджи; ван Клинк, Джерард ПМ; Селзард, Ален; Фиерро, Ванесса; Винсент, Люк; де Йонг, Эд; Миджа, Алиса (2018). «Самосшитые жесткие пены, полученные из побочных продуктов биопереработки» . ChemSusChem . 11 (16): 2797–2809. DOI : 10.1002 / cssc.201800778 . ISSN  1864-564X . PMC  6392144 . PMID  29956889 .
  11. ^ Filiciotto, Л., Балу, М., Ромеро, А.А., Родригес Кастеллон, Е., вандерВаал, JC, Луке, R., зеленой химии, 2017, 19, 4423-4434
  12. ^ Mija, А. ван дер Ваал, JC, Pin, JM., Гиго, Н., де Йонг, Е., «Гумины как перспективные материалы для производства устойчивых углеводовполученных строительных материалов», Строительство и строительные материалы, 2017, 139, 594 дои : 10.1016 / j.conbuildmat.2016.11.019
  13. ^ Сангрегорио, А., Гиго, Н., ван дер Ваал, Дж. К., Сбирраццуоли, Н., «Все« зеленые »композиты, содержащие льняные волокна и гуминовые смолы», Наука и технология композитов, 2019, 171, 70. doi : 10.1016 / j.compscitech.2018.12.008
  14. ^ Штифт, JM, Гиго, Н., Mija, А., Винсент, Л., Sbirrazzuoli, Н., вандерВаал, JC, де Йонг, Е., АСУ Sustain. Chem. Eng., 2014, 2, 2182-2190
  15. ^ Mija, А. ван дер Ваал, JC, ван Клинка Г., де Йонг, Е., Гумины содержащей пену, 2016, WO2017074183A8
  16. ^ Този, П., ван Клинк, Г.П., Селзард, А., Фиерро В., Винсент, Л., де Йонг, Э., Мия, А., ChemSusChem, 2018, 11, 2797-2809

Смотрите также

Певец, Майкл Дж. И Дональд Н. Маннс (2005). Почвы: Введение (6-е издание). Река Верхнее Седл: Зал Прентис. ISBN  978-0-13-119019-1 .