Хумин

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

Гумины в химии почвы

Почва состоит как из минеральных (неорганических), так и из органических компонентов. Органические компоненты можно разделить на растворимые фракции (в основном гуминовые кислоты ) и нерастворимые (гумины). Гумины составляют около 50% органического вещества в почве. ^[1]

Гуминовые вещества, в том числе и гумин, из-за очень сложной молекулярной структуры не соответствуют чистым веществам, а состоят из смеси многих соединений, характеристика которых очень сложна даже с использованием современных аналитических методов. ^[2]

Гумины из источников биомассы

Гумины также образуются при обезвоживании сахаров, что происходит при преобразовании лигноцеллюлозной биомассы в более мелкие и более ценные органические соединения, такие как 5-гидроксиметилфурфурол (ГМФ). Эти гумины могут находиться в форме вязких жидкостей или твердых веществ в зависимости от используемых условий процесса.

Структура и механизм образования гумина

Как структура гуминов, так и механизм их синтеза в настоящее время четко не определены, поскольку образование и химические свойства гуминов будут меняться в зависимости от используемых условий процесса. Обычно гумины имеют полимерную структуру фуранового типа с гидроксильными , альдегидными и кетоновыми функциональными группами. ^[3] Однако структура зависит от типа 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 формирования, который до сих пор является предметом дискуссий. Были рассмотрены различные пути, включая гидролиз с раскрытием цикла HMF (считающийся ключевым промежуточным продуктом для образования гуминов), ^[5] нуклеофильные присоединения , ^[6] или посредством образования ароматического промежуточного продукта. ^[7] Хотя нет четких доказательств, подтверждающих или исключающих эти механизмы, общее мнение заключается в серии реакций конденсации, которые снижают эффективность стратегий преобразования биомассы .

Аспекты безопасности

Гумины не считаются опасными веществами согласно официально признанным системам классификации опасных материалов, основанным на физико-химических свойствах, таких как воспламеняемость, ^[8] взрывоопасность, подверженность окислению, коррозионная активность или экотоксичность. ^[9] При нагревании гумина образуется макропористый материал, известный как пена гумина. ^[10] Кроме того, эти материалы не показали критического поведения при пожаре, несмотря на их высокопористую структуру. ^[8]

Возможное применение гуминов

В прошлом гумины из источников биомассы в основном рассматривались как горючие материалы для обеспечения тепла для процессов биопереработки. Однако больше внимания стали уделять дорогостоящим приложениям, в частности использованию гуминов при приготовлении каталитических материалов. ^[11] и в области применения материалов (например, пластиковая арматура и строительные материалы). ^[12]^[13]^[14] Гумины также можно подвергать термической обработке для образования 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 подтверждения принципа действия (ранняя стадия).

См. также

Ссылки

^ Райс, Джеймс А. «Хумин» Почвоведение 2001, том. 166(11), стр. 848-857. дои : 10.1097/00010694-200111000-00002
^ Леманн, Дж.; Клебер, М. (03 декабря 2015 г.), «Спорная природа органического вещества почвы», Nature , 528 (7580): 60–68, Бибкод : 2015Natur.528...60L , doi : 10.1038/nature16069 , PMID 26595271
^ ван Зандвоорт, И., «На пути к увеличению ценности побочных продуктов гумина: характеристика, солюбилизация и катализ», 2015 г.
^ Хельцель, Джейкоб; Патил, Сушил КР; Лунд, Карл РФ (2016), Шлаф, Марсель; Чжан, З. Конрад (ред.), «Пути образования гумина», Пути реакции и механизмы в термокаталитической конверсии биомассы II: Гомогенно катализируемые превращения, Акрилы из биомассы, Теоретические аспекты, Пути повышения ценности лигнина и пиролиза , Зеленая химия и устойчивые технологии, Springer Сингапур, стр. 105–118, doi : 10.1007/978-981-287-769-7_5 , ISBN. 9789812877697
^ 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 .
^ Шумерский, И.В.; 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. дои : 10.1134/S1070427210020266 . ISSN 1608-3296 . S2CID 84984623 .
^ Луийкс, Джерард, Калифорния; ван Рантвейк, Фред; ван Беккум, Герман (7 апреля 1993 г.). «Гидротермальное образование 1,2,4-бензолтриола из 5-гидроксиметил-2-фуральдегида и d-фруктозы». Исследование углеводов . 242 : 131–139. дои : 10.1016/0008-6215(93)80027-C . ISSN 0008-6215 .
^ Jump up to: ^а ^б Муралидхара А., Тоси П., Миха А., Сбиррацуоли Н., Лен К., Энгелен В., де Йонг Э., Марлэр Г., ACS Sustainable Chem. англ., 2018, 6, 16692-16701
^ Муралидхара А., Бадо-Ниллес А., Марлер Г., Энгелен В., Лен К., Пандар П., Биотопливо, биопродукты и биопереработка, 2018, 1-7
^ Този, Пьерлуиджи; ван Клинк, Джерард П.М.; Селзар, Ален; Фиерро, Ванесса; Винсент, Люк; де Йонг, Эд; Мия, Алиса (2018). «Жесткие пены с автоматической сшивкой, полученные из побочных продуктов биопереработки» . ChemSusChem . 11 (16): 2797–2809. Бибкод : 2018ЧСЧ..11.2797Т . дои : 10.1002/cssc.201800778 . ISSN 1864-564X . ПМК 6392144 . ПМИД 29956889 .
^ Филичиотто Л., Балу А.М., Ромеро А.А., Родригес-Кастельон Э., ван дер Ваал Дж.К., Люке Р., Green Chemistry, 2017, 19, 4423-4434.
^ Миха А., ван дер Ваал Дж. К., Пин Дж. М., Гиго Н., де Йонг Э., «Гумины как многообещающий материал для производства устойчивых строительных материалов на основе углеводов», Construction and Building Materials, 2017, 139, 594 doi : 10.1016/j.conbuildmat.2016.11.019
^ Сангрегорио, А., Гиго, Н., ван дер Ваал, Дж. К., Сбирраццуоли, Н., «Все «зеленые» композиты, содержащие льняные волокна и гуминовые смолы», Composites Science and Technology, 2019, 171, 70. doi : 10.1016/j.compscitech.2018.12.008
^ 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.
^ Миха, А., ван дер Ваал, Дж. К., ван Клинк, Г., де Йонг, Э., Пена, содержащая гумин, 2016, WO2017074183A8
^ 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). Река Аппер-Седл: Прентис-Холл. ISBN 978-0-13-119019-1 .

[1] Райс, Джеймс А. «Хумин» Почвоведение 2001, том. 166(11), стр. 848-857. дои : 10.1097/00010694-200111000-00002

[2] Леманн, Дж.; Клебер, М. (03 декабря 2015 г.), «Спорная природа органического вещества почвы», Nature , 528 (7580): 60–68, Бибкод : 2015Natur.528...60L , doi : 10.1038/nature16069 , PMID 26595271

[3] ван Зандвоорт, И., «На пути к увеличению ценности побочных продуктов гумина: характеристика, солюбилизация и катализ», 2015 г.

[4] Хельцель, Джейкоб; Патил, Сушил КР; Лунд, Карл РФ (2016), Шлаф, Марсель; Чжан, З. Конрад (ред.), «Пути образования гумина», Пути реакции и механизмы в термокаталитической конверсии биомассы II: Гомогенно катализируемые превращения, Акрилы из биомассы, Теоретические аспекты, Пути повышения ценности лигнина и пиролиза , Зеленая химия и устойчивые технологии, Springer Сингапур, 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] Шумерский, И.В.; 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. дои : 10.1134/S1070427210020266 . ISSN 1608-3296 . S2CID 84984623 .

[7] Луийкс, Джерард, Калифорния; ван Рантвейк, Фред; ван Беккум, Герман (7 апреля 1993 г.). «Гидротермальное образование 1,2,4-бензолтриола из 5-гидроксиметил-2-фуральдегида и d-фруктозы». Исследование углеводов . 242 : 131–139. дои : 10.1016/0008-6215(93)80027-C . ISSN 0008-6215 .

[:0-8] Jump up to: ^а ^б Муралидхара А., Тоси П., Миха А., Сбиррацуоли Н., Лен К., Энгелен В., де Йонг Э., Марлэр Г., ACS Sustainable Chem. англ., 2018, 6, 16692-16701

[9] Муралидхара А., Бадо-Ниллес А., Марлер Г., Энгелен В., Лен К., Пандар П., Биотопливо, биопродукты и биопереработка, 2018, 1-7

[10] Този, Пьерлуиджи; ван Клинк, Джерард П.М.; Селзар, Ален; Фиерро, Ванесса; Винсент, Люк; де Йонг, Эд; Мия, Алиса (2018). «Жесткие пены с автоматической сшивкой, полученные из побочных продуктов биопереработки» . ChemSusChem . 11 (16): 2797–2809. Бибкод : 2018ЧСЧ..11.2797Т . дои : 10.1002/cssc.201800778 . ISSN 1864-564X . ПМК 6392144 . ПМИД 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] Миха А., ван дер Ваал Дж. К., Пин Дж. М., Гиго Н., де Йонг Э., «Гумины как многообещающий 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., Гиго, Н., ван дер Ваал, Дж. К., Сбирраццуоли, Н., «Все «зеленые» композиты, содержащие льняные волокна и гуминовые смолы», 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]