Тема проекта: РАЗРАБОТКАТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИЯ ОПЫТНОГО ПРОИЗВОДСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХБИОПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ГУМИНОВЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫХ КИСЛОТ ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ УГЛЕЙ КАЗАХСТАНА
ИРН: AP09260096
Руководитель проекта: д.х.н. Ермағамбет Б.Т.
Актуальность:
Современное состояние мировой угольной промышленности и Казахстана показывает о снижении конкурентоспособности угля по сравнению с другими энергоносителями. Как показывает практика, повышение рентабельности угольных предприятий и снижение эколого-экономического ущерба возможно при условии наиболее полного использования потенциала угля, включая надугольные и подугольные составляющие, а также углеотходы при добыче. Особую важность имеют технологии глубокой переработки не только угля, но и вскрышных пород, хвостов обогащения с получением продуктов и полупродуктов с высокой добавленной стоимостью.
Экономическая целесообразность развития углехимииопределяется уровнем цен на сырье и получаемые продукты. Например, 1 т бурого угля Майкубенского месторождения в рыночных условиях стоит 45 — 50 долларов, то стоимость 1 т гуминовых веществ, получаемых из угля в результате механохимического и электрофизического воздействия, может составить на международном рынке от 1500 — 5000 тыс. долларов от чистоты продуктов. Осознавая данные принципы и роль в здоровье населения, органического производства, Европейский Союз недавно обозначил планы до 2030 года сократить использование химических пестицидов на 50%, минеральных удобрений на 25% и увеличить долю органического земледелия вструктуре агропрома Европы до 25%.
В настоящее время органическое производство практикуется в 181 стране на площади 71,5 млн. гектар, а мировой рынок органических продуктов оценивается в 115 млрд. долларов США. В Казахстане в 300 тыс.гектарах земли применяются органическое удобрение, при этом выращенный урожай экспортируется в Германию и России за высокие цены (2 раза больше). Рынок сбыта органических биопрепаратов в Казахстане достаточно огромен.
В последнее время перспективными считают органо-минеральные микроудобрения, содержащие гуматы калия и/или натрия с добавкой Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Co и B в хелатной форме. Надо сказать, что обычно для этих же целей применяют микроудобрения на основе синтетическихлигандов (ЭДТА, ДТПА, ЭДДГА). Они эффективны, но в их промышленном производстве используют и монохлоруксусную кислоту, и этилендиамин, получаемые из хлорированных углеводородов. Конечно, такое производство небезопасно для человека и окружающей среды.
Одним из перспективных путей решения этих проблем является использование гуминовых удобрений (гуматов) на основе полиэлектролитных кислот из бурых углей Казахстана.
В полиэлектролитных кислотах имеются как положительно заряженные функциональные группы: пептидные (-CO —N H -), азогруппы (-N=N-), амины (-NH 2, —N H -, >N-), амиды (-CO—NH2), имины (>C=NH), так и отрицательно заряженные: спиртовые, фенольные и гидроксихинонные гидроксилы (-ОН), альдегидные, кетонные и хинонные карбонилы (>С=0), карбоксилы (-СООН),метоксилы (-О-СН3) и некоторые другие. Иными словами, гумусовые кислоты — полифункциональные полиэлектролиты точнее, полиамфолиты.
В связи выше изложенным предлагаемый проект направлен на разработку высокоэффективной технологии получения многофункциональных новых модифицированных органических биопрепаратов (МОБ) на основе полиэлектролитных гуминовых кислот.
Таким образом, к гуминовым веществам относятся гумусовые кислоты (гуминовые кислоты, включая черные и бурые, фульвокислоты и гиматомелановые кислоты), гумин и меланиновые вещества. В основу классификации ГВ положено их различие, связанное с извлечением этих соединений из природных объектов теми или иными растворителями.
Идея создание новых модифицированных биопрепаратов органического происхождения на основе гуминовых полиэлектролитных кислот, полученных из углей Казахстана являются новым и перспективным направлением в развитии не только в агросекторе, но и в цветной металлургии,охране окружающей для очистки вод от тяжелых металлов и извлечения металлов из водных растворов. Среди заместителей преобладают карбоксильные, гидроксильные, метоксильные и алкильные группы. Помимо каркасной части, у гуминовых веществ есть и периферическая, обогащенная полисахаридными и полипептидными фрагментами. Нами удастся усиливать действия функциональных групп направленно.
Благодаря наличию донорно – акцепторных групп гуминовые полиэлектролитные кислоты могут иметь широкий спектр применения в разных отраслях. Гуминовые молекулы состоят из двух строительных блоков, различающихся по химической природе: ароматического каркаса и углеводно-пептидной периферии. Модификация полиэлектролитных кислот с наночастицами металлов направленного действия повышает активность и растворимость в воде получаемых продуктов.
Получение модифицированныхбиопрепаратов на основе гуминовых полиэлектролитных кислот, не подвергая к разложению гуминового каркаса, и тем самым, усиливая основные положительные свойства.
Цель: разработка технологий и организацияопытного производства модифицированных органических биопрепаратов (МОБ) с различными компонентами на основе хелатных комплексов полученных из угля и применения в растениеводстве для выращивания экологически чистых органических продуктов.
Основная задача проекта – это разработка экологически чистой технологии и организация производства биопрепаратов и проведение испытаний по определению эффективности влияния хелатных комплексных биопрепаратов (NPK, Si, Са, Мn, Co, B, S, Fe). Исследование химического состава, функционального состава полиэлектролитных кислот (гуминовых, фульвовых, гиматомелановых) механизма взаимодействия наночастиц металлов в образований хелатных комплексов, изучение теплофизических, физико-химических, биохимических, биологическихсвойств модифицированных биопрепаратов и механизма воздействия на растения. Апробация и проведение полевых испытаний по определению эффективности полученных хелатных комплексных биопрепаратов на зерновые и овощные культуры на различных почвах РК.
Научная новизна данной работы заключается в получении биопрепарата смикроэлементами в форме хелатного комплекса из полиэлектролитных кислот с применением механоактивации иультрадиспергированием из углеотходов.
Область применения удобрения: крестьянские, тепличные хозяйства; организации и компании, занимающиеся выращиванием различных сельскохозяйственной.
Ожидаемые результаты: Реализация проекта будетспособствовать повышению продовольственной безопасности страны, снижению зависимости казахстанских потребителей от импортных биоудобрений. Использование модифицированных органического удобрения позволит эффективно повысить качество и увеличить урожайность сельскохозяйственной продукции, в любых почвенно-климатических зонах, на обедненных и загрязненных почвах, а также будет способствовать сохранению и повышению плодородия почвы.
Достигнутыерезультаты: Разработана методика модификации углеводо – пептидной периферинной группы и ароматического каркаса полиэлектролитных гуминовых кислот с наночастицами оксидов металлов и минералами.
Основным результатом данного проектаявляется разработка технологического регламента и организация опытно – промышленного завода с полной технологической цепочкой биопрепаратов из полиэлектролитных кислот из угля. Получение сертификата качества и техническое условие на производство опытных партии органических биопрепаратов на базе полиэлектролитных кислот.
Имена и фамилии членовисследовательской группы с их идентификаторами
№ | ФИО членов исследовательской группы | Должность | Идентификаторы (Scopus Author ID, Researcher ID, ORCID) и ссылками на соответствующие профили |
1 | Ермағамбет Б.Т., д.х.н., профессор, академик КазНАЕН | Руководитель проекта, Гланый научныйсотрудник, директор | |
2 | Касенова Ж.М., к.т.н. | Зам.руководителя проекта, Ведущий научныйсотрудник, зам. директора | |
3 | Казанкапова М.К., PhD, асс. профессор, членкорреспондент КазНАЕН | Ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией | AuthorID в Scopus—56195582800, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56195582800 ResearcherID в Web of Science — AAR-2924-2020 https://publons.com/researcher/3716752/maira-kazankapova/ ORCIDID:0000-0001-9016-3062 https://orcid.org/0000-0001-9016-3062 |
4 | Каленова А.М., магистр | Младший научныйсотрудник | ORCID ID:0000-0001-8303-7746 |
5 | Саулебекова М.Е.,магистр | Младший научныйсотрудник | ORCID ID: 0000-0002-7004-242 https://orcid.org/0000-0002-7004-2420 |
6 | Имбаева Д.С.,магистр | Младший научныйсотрудник | ORCID ID: 0000-0002-9365-7612 https://orcid.org/0000-0002-9365-7612 |
7 | Маслов Н.А., специалист | Инженер-энергетик | — |
8 | Сәулегелді И.Т., бакалавр | Химик-технолог | — |
Списокпубликаций и патентов
По данномупроекту за 2021 год выпущены 13 статей итезисов: 2 статьи в зарубежных изданиях,из них 1 с ненулевым импакт-фактором (Web ofScience), 2 статьи в рецензируемых отечественных научных изданиях(КОКСОН) сненулевым импакт-фактором, 9 тезисов доклада в зарубежной международной конференции, получен 1 патент наизобретение.
1 статья взарубежных издании с ненулевыми импакт-фактором в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation IndexExpanded базы данных Web of Science:
Yermagambet B.T., Kasenov B.K., Kazankapova M.K.,Kassenova Zh.M., Kuanyshbekov, E.E., Nauryzbaeva, A.T. Physicochemical andElectrophysical Properties of Carbon Materials Based on Humic Acids // SolidFuel Chemistry, 2021, 55 (1), 41–46. DOI: 10.3103/S036152192101002X (IF-0.937,Q3).
1 статья в зарубежном издании: Kukhar E.V.,
Yermagambet B.T.,
Kassenova Zh.M.,Kazankapova M.K., Baylina G.E. Analysis ofinfluence of feed additives on humate оf potassium on productivity of agriculturalanimals// Journal «Qalam». Academic, Research Journal of Paktia University,221, № 11, Р. 260-268.
2 статьи вотечественных или зарубежных научных изданиях, рекомендованных КОКСОН:
9 тезисов доклада в международных конференциях:
- Yermagambet B.T, Kassenova J.M. The influence of Kazakhstan potassium humate onthe productivity of beef cattle // Sixth International Conference of the CISIHSS on humic innovative technologies «Humic substances and ecoadaptivetechnologies» (HIT-2021) September 25–29, 2021, Moscow, Russia. – P.9.
- M.K., Kassenova Zh.M. Preparation of composite adsorbents based on humic acidand silicon oxide // Sixth International Conference of the CIS IHSS on humicinnovative technologies «Humic substances and ecoadaptivetechnologies» (HIT-2021) September 25–29, 2021, Moscow, Russia. – P.13-14.
- B.T., Konysbayeva D.T., Kazankapova M.K., Kuchekbayeva G.B., Imbayeva D.S.,Saulebekova M.E. Organic fertilizer based on basic potassium humate and theirprospects // Sixth International Conference of the CIS IHSS on humic innovativetechnologies «Humic substances and ecoadaptive technologies»(HIT-2021) September 25–29, 2021, Moscow, Russia. – P.44-45.
- Kazankapova M.K., Kasenova Zh.M., Kuanyshbekov E.E. Electrophysicalcharacteristics of an activated composite based on humic acid and microspheres// Sixth International Conference of the CIS IHSS on humic innovativetechnologies «Humic substances and ecoadaptive technologies»(HIT-2021) September 25–29, 2021, Moscow, Russia. – P.76.
- M.K., Kassenova Zh.M., Baylina G. Obtaining fulvic acid from oxidized coal ofKazakhstan // Sixth International Conference of the CIS IHSS on humicinnovative technologies «Humic substances and ecoadaptivetechnologies» (HIT-2021) September 25–29, 2021, Moscow, Russia. – P.77-78.
- M.K., Kassenova Zh.M., Nauryzbayeva A.T. Synthesis of carbon nanofibers basedon humic acid and polyacrylonitrile by electrospinning method // SixthInternational Conference of the CIS IHSS on humic innovative technologies«Humic substances and ecoadaptive technologies» (HIT-2021) September25–29, 2021, Moscow, Russia. – P.78-79.
- Ермагамбет Б.Т., Касенова Ж.М., Казанкапова М.К, Саулебекова М.Е , ИмбавеваД.С. Перспектива получения модифицированных биоудобрений на основе гуминовыхполиэлектролитных кислот // Х Международный Российско-Казахстанский Симпозиум«Углехимия и экология Кузбасса Кемерово. — 12-13 июля. – 2021.- С.28.
- Ермагамбет Б.Т., Казанкапова М.К, Касенова Ж.М., Байлина Г. Получение фульвовойкислоты из окисленного угля Казахстана // Х МеждународныйРоссийско-Казахстанский Симпозиум «Углехимия и экология Кузбасса Кемерово. —12-13 июля. – 2021.- С.30.
- Казанкапова М.К, Ермағамбет Б.Т., Касенова Ж.М., Байлина Г. Получениекомпозитных адсорбентов на основе гуминовой кислоты и оксида кремния // ХМеждународный Российско-Казахстанский Симпозиум «Углехимия и экология КузбассаКемерово. — 12-13 июля. – 2021.- С.44.
ПатентРеспублики Казахстан на изобретение №35020. Зарегистрирован 23.04.2021 г. «Способ получения гуминовыхвеществ из окисленных выветрелых и бурых углей». Авторы: Ермағамбет Б.Т., Касенова Ж.М, НургалиевН.У, Казанкапова М.К.
