Получение и применение биологически доступных соединений железа, стабилизированных гуминовыми веществами (1105651)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТмени М.В. ЛомоносоваХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиСоркина Татьяна АлександровнаПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИДОСТУПНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА,СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ГУМИНОВЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ03.02.08 – Экология в химииДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукМосква 2014ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................................ 511.1ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ..........................................................................................................
9Гуминовые вещества: строение, свойства и области применения ........................... 91.1.1 Общая характеристика гуминовых веществ ......................................... 91.1.2 Функционально-групповой состав гуминовых веществ .................... 121.1.3 Окислительно-восстановительные свойства ГВ................................. 131.1.4 Кислотно-основные свойства ГВ .........................................................
141.1.5 Области применения гуминовых веществ .......................................... 181.2Дефицит железа у растений: причины возникновения и способы коррекции .... 211.2.1 Роль соединений железа в жизни живых организмов ........................ 211.2.2 Способы поглощения железа у высших растений.............................. 221.2.3 Биодоступность соединений железа ....................................................
221.2.4 Дефицит железа у растений .................................................................. 241.2.5 Способы коррекции дефицита железа у растений ............................. 261.3Соединения железа с гуминовыми веществами...........................................................
311.3.1 Соединения железа в почвах ................................................................ 311.3.2 Взаимодействие железа с ГВ в природных водах .............................. 331.3.3 Механизмы взаимодействия железа с ГВ ........................................... 351.3.4 Способы получения соединений Fe-ГВ ............................................... 412ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ .................................................................................. 442.1Оборудование.........................................................................................................................
442.2Техника эксперимента ........................................................................................................ 452.2.1 Получение соединений Fe- ГВ и исследование их свойств .............. 452.2.2 Исследование биологической активности соединений Fe-ГВ .......... 552.3Физико-химические методы анализа .............................................................................. 622ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ...................................................................................... 6833.1Характеристика макролигандных свойств препаратов ГВ .....................................
683.1.1 Элементный состав исследуемых препаратов ГВ .............................. 693.1.2 ИК-спектроскопия исследуемых препаратов ГВ ............................... 733.1.3 Определение содержания кислотных групп в препаратах ГВ .......... 763.2Синтез и характеристика соединений железа, стабилизированных ГВ ................ 793.2.1 Синтез соединений Fe, стабилизированных ГВ ................................. 793.2.2 Исследование соединений Fe-ГВ методами ИК-спектроскопии,ренгенофазового анализа и просвечивающей электронной микроскопии ............ 833.2.3 Исследование соединений Fe-ГВ методами EXAFS/XANES ...........
883.2.4 ИсследованиесоединенийFe-ГВметодоммессбауэровскойспектроскопии .............................................................................................................. 953.2.5 Проведениенаправленногосинтезасоединенийжелеза,стабилизированных ГВ .............................................................................................. 1033.2.6 Синтез и характеристика соединений Fe – ГВ на основе фероксигитаи лепидокрокита ......................................................................................................... 1053.2.7 Исследование влияния ГВ на рост частиц фероксигита методомМессбауэровской спектроскопии замороженных растворов ................................ 1083.3Исследование биологической активности соединений Fe-ГВ по отношению крастениям .......................................................................................................................................
1133.3.1 ИсследованиебиологическойактивностисоединенийFe-ГВметодом водных культур на растениях огурца ....................................................... 1163.3.2 ИсследованиебиологическойактивностисоединенийFe-ГВметодом водных культур на растениях пшеницы................................................... 1233.3.3 ИсследованиебиологическойактивностисоединенийFe-ГВметодом почвенных культур .....................................................................................
1273.3.4 Исследование цитотоксичности соединений Fe - ГВ ...................... 131ВЫВОДЫ ....................................................................................................................................... 140СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ....................................................................................................... 1423СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................. 1434ВведениеАктуальность проблемы.Одним из основных способов минимизации воздействия химических веществна природные и искусственные агроэкосистемы является замена опасных дляокружающей среды реагентов и агрохимикатов на безопасные аналоги на основеприродных соединений.
Перспективным сырьем для получения таких препаратовявляются гуминовые вещества (ГВ) – соединения природного происхождения сширокой ресурсной базой, включающей окисленные бурые угли, торфы,сапропели, лигносодержащие отходы целлюлозно-бумажных и биоэтанольныхпроизводств. ГВ образуются при разложении растительных и животных останков иформируют основной компонент органического вещества почв, природных вод,торфов и углей. При этом они представляют собой природные полиэлектролиты сокислительно-восстановительными и поверхностно-активными свойствами, что всочетании с безопасностью для окружающей среды делает их реальнойальтернативой многим синтетическим реагентам. Особый интерес представляетспособность ГВ стабилизировать высокодисперсные формы соединений железа,описанная на примере почвенных коллоидов, органоминеральных комплексов идругих соединений, встречающихся в почве и природных водах.
Данное свойствоможет быть положено в основу получения широкого спектра гибридныхсоединенийсразличнымифункциональнымисвойствами.Наиболееперспективными областями применения препаратов Fe – ГВ являются сельскоехозяйство и природоохранные технологии.Одной из проблем современного сельского хозяйства является отсутствиебезопасных и эффективных препаратов биологически доступного железа. Придефицитежелезаурастенийвозникаеткомплексноезаболевание,сопровождающееся угнетением роста, которое приводит к снижению урожайностии питательной ценности сельскохозяйственных продуктов. Основным симптомомданного состояния является пожелтение листьев, поэтому оно получило названиежелезодефицитный хлороз. Возникает оно у растений, выращиваемых на почвах свысоким содержанием карбонатов, в жарких и засушливых регионах, а также в5оранжереях и теплицах.
Для коррекции данного заболевания используют либорастворимые соли железа, которые в низких дозах малоэффективны, а в высокихтоксичны, либо синтетические хелаты (Fe-ЭДТА, Fe-ДТПА, Fe-ЭДДГА и другие),которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду. В связи с тем,что такие хелатные комплексы устойчивы в условиях окружающей среды итребуют регулярного внесения, они накапливаются в почве и попадают вприродные водоемы, обладая высокой хелатирующей способностью по отношениюк многозарядным катионам металлов, способствуют повышению подвижноститяжелых металлов и их фитоэкстракции (извлечению из почвы и поступлению врастения). В связи с этим, проблема создания безопасных и эффективныхпрепаратов биодоступного железа стоит очень остро.Другой перспективной областью применения реагентов на основе гуминовыхвеществ и железа является очистка природных вод и загрязненных территорий отразличныхэкотоксикантов,включаятяжелыеметаллы,радионуклидыиполиароматические углеводороды.
Дезактивирующее действие ГВ на соединенияуказанных классов достаточно подробно изучено, а стабилизация в их составенаночастиц оксидов железа позволяет получать новые свойства, такие какрегулируемая растворимость и поверхность заряда при различных pH, а такжемагнитные свойства, что расширяет возможности их практического применения.Кроме того, важным достоинством гуминовых веществ является ихотносительно низкая стоимость и наличие больших запасов сырья в нашей стране,что делает возможным производство и широкомасштабное применение препаратовна их основе в сельскохозяйственных и природоохранных технологиях.При этом систематические исследования по применению гуминовых веществдля стабилизации биологически доступных форм железа, механизмам влияния ихформирование и рост частиц оксидов железа, а также по изучению формсуществования железа в составе таких препаратов на настоящий моментотсутствуют, что затрудняет их практическое использование.
Указанные проблемыопределили постановку целей и задач настоящей работы.Цель работы состояла в получении высокодисперсных соединений железа,стабилизированныхгуминовымивеществами,иоценкевозможностиих6практического применения в качестве безопасных и эффективных источниковбиологически доступного железа.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:•Разработать способы направленного получения соединений железа,стабилизированных ГВ.•Определить формы железа, которые стабилизируются ГВ, и факторы,влияющие на их формирование.•Охарактеризоватьрастворимостьиколлоиднуюустойчивостьполученных препаратов.•Охарактеризоватьполученных препаратовбиологическуюFe-ГВдлядоступностьрастений сжелезавсоставеразличными стратегиямипоглощения железа.•Оценить токсичность соединений Fe, стабилизированных ГВ.Научная новизна. Впервые систематизированы и научно обоснованыспособы получения биологически доступных форм железа, стабилизированныхгуминовыми веществами.
На основании комплексного исследования полученныхпрепаратов Fe-ГВ современными методами анализа впервые показано, чтоосновными формами существования железа в составе гуминовых матриц являютсяне хелатированные ионы, а высокодисперсные частицы гидратированных оксидовжелеза. Впервые показано также, что железо, стабилизированное ГВ, являетсябиологически доступным для растений как в форме железа (II), так и железа (III).Впервые осуществлено получение наночастиц фероксигита δ’ FeOOH в водныхрастворах ГВ, а также продемонстрировано влияние ГВ на формирование и ростчастиц оксидов железа в водных растворах.Практическая значимость работы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
