Термогравиметрическая характеристика гиматомелановых кислот торфов Ханты-Мансийского АО

Гиматомелановые кислоты – это спирторастворимая фракция гуминовых кислот. Элементный состав гиматомелановых кислот (ГМК) достаточно специфичен. Их отличия от гуминовых кислот (ГК) и фульвокислот (ФК) были показаны в работах Г.И. Глебовой и Д.С. Орлова

Термические методы анализа являются достаточно информативными при изучении гумусовых кислот. Очень перспективно с этой целью применение дериватографических методов, на основании данных которых в структуре ГК условно можно выделить центральную («ядро») и периферическую части по способности к деструкции в низко- и высокотемпературных областях. Оценка относительных долей этих частей может служить одним из важнейших показателей их относительной активности в почвообразовании, стабильности структуры почвенного гумуса

Термическая деструкция гумусовых кислот обуславливает ряд экзо- и эндотермических эффектов, свидетельствующих о постепенном разрушении молекулы. В ее составе выделяют две резко различные по термической устойчивости части: ядерная ароматическая (более устойчивая) и боковые алифатические цепи, для которых характерна значительно меньшая термоустойчивость. Высокая интенсивность экзотермических реакций между 500 и 600 оС обусловлена деструкцией ядерной части, эндотермические и экзотермические эффекты в области низких температур (60-400о) связаны с изменениями и постепенным разрушением периферической части

Изучение термической деструкции гуминовых препаратов осуществляется на основе получения кривых потери веса (ТQ), дифференциальной термической (ДТА) и дифференциально весовой (ДТQ) кривой.

Объектами исследования были выбраны гиматомелановые кислоты торфов различного типа и вида, отобранные на территории Ханты-Мансийского АО. Характеристика торфов представлена в таблице 1.

Извлечение гиматомелановых кислот проводилось экстракцией из торфа кипящим спиртом в аппарате Сокслета с целью более полного извлечения

Полученные термограммы гиматомелановых кислот имеют типичный для гумусовых кислот вид (рис. 1).

Рисунок 1 - Дифференциально-сканирующая кривая (ДСК) ГМК образца 1.3 сфагнового верхового торфа

DOI:10.23670/IRJ.2023.134.99.2

Термическая деструкция вызывает ряд экзотермических эффектов, свидетельствующих о постепенном разрушении молекулы гумусовых кислот. В ее составе отчетливо выделяются две резко различные по термической устойчивости части: ароматическая (более устойчивая) и боковые алифатические цепи, для которых характерна значительно меньшая термическая устойчивость.

В низкотемпературной области присутствуют два термоэффекта. Первый экзотермический эффект в области до 150°С, вызванный удалением адсорбционной воды и частичным разложением периферии молекулы, у всех образцов выражен слабо, так как в этой области он подавляется эндотермическими реакциями разрыва химических связей. Второй термоэффект распада ГМК наблюдается в области от 150 до 400 оС и по интенсивности выражен слабо. Он связан с разрушением алифатической периферии.

Наиболее интенсивный термоэффект у гумусовых кислот проявляется в интервале температур от 400-600 оС, который связан с разрушением более устойчивых алифатических цепей, отдельных циклов, бензоидных структур и деструкцией «ядерной» части. Данный термоэффект у исследованных ГМК торфов достигается в диапазоне от 483,0 до 528,3 оС.

Для ГМК характерно иметь в высокотемпературной области несколько термоэффектов, в отличие от ГК, имеющих обычно один термоэффект. Это указывает на различия построения устойчивой части ГК и ГМК. Термодеструкция ГМК в высокотемпературной области идет в несколько реакций

Для исследованных ГМК наименьшее значение максимального термоэффекта наблюдается у образца 4.10 сосново-кустарничкового верхового торфа, наибольшее у образца 4.6 сфагнового верхового торфа. Результаты термического анализа для ГМК исследованных торфов представлены в таблице 2.

Содержание золы в ГМК торфов изменяется от 0 до 10,6%. Наибольшая зольность наблюдается у образца 2,14 травяного переходного торфа. Большинство образцов не имеют золы или её содержание близко к нулю.

Отношение потери массы в низкотемпературной области к потере массы в высокотемпературной области (отношение «периферия»/«ядро» – коэффициент Z) для образцов ГМК исследованных торфов варьирует пределах: от 0,65 до 1,07 (см. рис. 2).

Рисунок 2 - Коэффициенты Z ГМК исследованных торфов

DOI:10.23670/IRJ.2023.134.99.4

Коэффициент Z указывает на структурные особенности ГМК. Чем он больше, тем больше вклад алифатической периферии в построение макромолекул ГМК.

1. Результаты термического анализа образцов гиматомелановых кислот подтвердили существующее представление о двухкомпанентном строении молекулы. Разрушение периферической части происходит в диапазоне температур до 500 С, а центральной части выше 500 оС;

2. Коэффициент Z указывает на структурные особенности ГМК. Таким образом, наибольший вклад алифатической периферии в построение макромолекул ГМК наблюдается у образца 4.10 сосново-кустарничкового верхового торфа, а наименьший у образца 8.2 травяного переходного торфа;

3. Гиматомелановые кислоты в отличие от гуминовых кислот в большей степени состоят из алифатической части, так как разрушение молекул происходило при более низких температурах.