Введение
Класс почвенных органических соединений, нерастворимых в воде при высоком pH. Гумины – это углеродсодержащие макромолекулярные вещества, которые можно обнаружить в почвенной химии или как побочный продукт процессов биопереработки на основе сахаров.
Humins are carbon based macromolecular substances, that can be found in soil chemistry or as a by product from saccharide based biorefinery processes.
Гумины в химии почв
Почва состоит из минеральных (неорганических) и органических компонентов. Органические компоненты можно разделить на растворимые фракции, преимущественно гуминовые кислоты, и нерастворимые – гумины. Гумины составляют около 50% органического вещества в почве. Ввиду очень сложной молекулярной структуры, гуминовые вещества, включая гумин, не являются чистыми веществами, а представляют собой смесь множества соединений, которые даже с применением современных аналитических методов остается крайне сложно охарактеризовать.
Человеки из источников биомассы
Гумины также образуются в процессе обезвоживания сахаров, например, при переработке лигноцеллюлозной биомассы в более мелкие и ценные органические соединения, такие как 5-гидроксиметилфурфурал (HMF). Эти гумины могут представлять собой как вязкие жидкости, так и твердые вещества, в зависимости от условий процесса.
Структура и механизм образования гумина
Как структура гуминов, так и механизм их синтеза в настоящее время изучены недостаточно, поскольку образование и химические свойства гуминов меняются в зависимости от условий процесса. В общем случае, гумины имеют полимерную фурановую структуру, содержащую гидроксильные, альдегидные и кетонные функциональные группы. Однако структура зависит от типа исходного сырья (например, ксилозы или глюкозы), его концентрации, времени реакции, температуры, катализаторов и многих других параметров процесса. Эти параметры также влияют на механизм образования, который до сих пор остается предметом дискуссий. Рассматриваются различные пути, включая гидролиз HMF с разрывом цикла (считающегося ключевым промежуточным продуктом в образовании гуминов), нуклеофильное присоединение или образование ароматического промежуточного соединения. Несмотря на отсутствие убедительных доказательств, подтверждающих или опровергающих эти механизмы, преобладает мнение о том, что гумины образуются в результате серии реакций конденсации, снижающих эффективность стратегий переработки биомассы.
Аспекты безопасности
Согласно официально признанным системам классификации опасных материалов, гумины не рассматриваются как опасные вещества, исходя из физико-химических свойств, таких как воспламеняемость, взрывоопасность, склонность к окислению, коррозионная активность или экотоксичность. Нагревание гуминов приводит к образованию макропористого материала, известного как гуминовые пены, и эти материалы не демонстрируют критического пожароопасного поведения, несмотря на их высокопористую структуру. Гумины находят применение в материалах, например, в качестве армирующего компонента пластиков и строительных материалов. Гумины также могут подвергаться термической обработке для получения интересных твердых материалов, таких как легкие и пористые гуминовые пены. В целом, гумины, по всей видимости, улучшают конечные свойства материалов, хотя исследования находятся в основном на стадии подтверждения концепции (на ранней стадии).