Humin - Humin
Huminy to wielkocząsteczkowe substancje węglowe, które można znaleźć w chemii gleby lub jako produkt uboczny procesów biorafineryjnych opartych na sacharydach .
Huminy w chemii gleb
Gleba składa się zarówno ze składników mineralnych (nieorganicznych), jak i organicznych. Składniki organiczne można podzielić na frakcje, które są rozpuszczalne, głównie kwasy huminowe i nierozpuszczalne huminy. Huminy stanowią około 50% materii organicznej w glebie.
Substancje humusowe, w tym humina, ze względu na swoją bardzo złożoną strukturę molekularną, nie odpowiadają czystym substancjom, lecz składają się z mieszaniny wielu związków, które pozostają bardzo trudne do scharakteryzowania nawet przy użyciu nowoczesnych technik analitycznych.
Huminy ze źródeł biomasy
Huminy produkowane są również podczas odwadniania cukrów, jak ma to miejsce podczas konwersji biomasy lignocelulozowej do mniejszych, bardziej wartościowych związków organicznych, takich jak 5-hydroksymetylofurfural (HMF). Te huminy mogą mieć postać lepkich cieczy lub ciał stałych, w zależności od zastosowanych warunków procesu.
Struktura i mechanizm powstawania huminu
Zarówno struktura huminów, jak i mechanizm ich syntezy nie są obecnie dobrze zdefiniowane, ponieważ tworzenie i właściwości chemiczne huminów będą się zmieniać w zależności od stosowanych warunków procesu. Ogólnie rzecz biorąc, huminy mają strukturę polimeryczną typu furanowego, z funkcjami hydroksylowymi , aldehydowymi i ketonowymi . Jednak struktura jest zależna od rodzaju surowca (np. ksyloza czy glukoza ) lub stężenia, czasu reakcji, temperatury, katalizatorów i wielu innych parametrów biorących udział w procesie. Te parametry wpływają również na mechanizm powstawania, który jest wciąż przedmiotem dyskusji. Rozważano różne szlaki, w tym hydrolizę z otwarciem pierścienia HMF (uważa się, że jest to kluczowy związek pośredni do tworzenia humin), addycje nukleofilowe lub poprzez tworzenie aromatycznego związku pośredniego. Chociaż nie ma wyraźnych dowodów uzasadniających lub wykluczających mechanizmy, ogólny konsensus dotyczy serii reakcji kondensacji, które zmniejszają wydajność strategii konwersji biomasy .
Aspekty bezpieczeństwa
Huminy nie są uważane za substancje niebezpieczne zgodnie z oficjalnie uznanymi systemami klasyfikacji materiałów niebezpiecznych , opartymi na właściwościach fizykochemicznych, takich jak palność, wybuchowość, podatność na utlenianie, korozyjność lub ekotoksyczność. Ogrzewanie huminów tworzy makroporowaty materiał znany jako piany huminowe, a także te materiały nie wykazywały krytycznego zachowania podczas pożaru pomimo ich wysoce porowatej struktury.
Potencjalne zastosowania huminów
W przeszłości huminy ze źródeł biomasy były głównie uważane za materiały palne do dostarczania ciepła do procesów biorafineryjnych. Jednak zaczęto zwracać większą uwagę na zastosowania o wysokiej wartości, w szczególności wykorzystanie huminów do przygotowania materiałów katalitycznych oraz w zastosowaniach materiałowych (np. zbrojenie z tworzyw sztucznych i materiały budowlane). Huminy można również poddawać obróbce termicznej w celu uzyskania ciekawych materiałów stałych, takich jak lekkie i porowate pianki huminowe. Ogólnie rzecz biorąc, huminy wydają się poprawiać końcowe właściwości materiałów, chociaż badania są głównie na etapie weryfikacji zasad (wcześnie).
Zobacz też
Bibliografia
- ^ Ryż, James A. "Humin" Soil Science 2001, obj. 166(11), s. 848-857. doi : 10.1097/00010694-200111000-00002
- ^ Lehmann, J.; Kleber, M. (2015-12-03), "Kontrowersyjna natura glebowej materii organicznej", Nature , 528 (7580): 60-68, doi : 10.1038/nature16069 , PMID 26595271
- ^ van Zandvoort, I., „W kierunku waloryzacji huminowych produktów ubocznych: charakterystyka, solubilizacja i kataliza”, 2015
- ^ Heltzel Jakub; Patil, Sushil KR; Lund, Carl RF (2016), Schlaf, Marcel; Zhang, Z. Conrad (red.), „Ścieżki powstawania huminu ”, Ścieżki reakcji i mechanizmy w termokatalitycznej konwersji biomasy II: homogenicznie katalizowane przemiany, akryle z biomasy, aspekty teoretyczne, szlaki waloryzacji i pirolizy ligniny , zielona chemia i zrównoważona technologia, Springer Singapur, s. 105-118, doi : 10.1007/978-981-287-769-7_5 , ISBN 9789812877697
- ^ Horvat, Jarosław; Klaić, Branimir; Metelko, Biserka; Šunjić, Vitomir (1985-01-01). „Mechanizm tworzenia kwasu lewulinowego”. Czworościan litery . 26 (17): 2111-2114. doi : 10.1016/S0040-4039(00)94793-2 . ISSN 0040-4039 .
- ^ Sumerski, IV; Krutov SM; Zarubin, M. Ya. (2010-02-01). „Substancje huminowe powstające w warunkach przemysłowej hydrolizy drewna”. Rosyjski Dziennik Chemii Stosowanej . 83 (2): 320–327. doi : 10.1134/S1070427210020266 . ISSN 1608-3296 .
- ^ Luijkx, Gerard CA; van Rantwijk, Fred; van Bekkuma, Hermana (1993-04-07). „Tworzenie hydrotermalne 1,2,4-benzenotriolu z 5-hydroksymetylo-2-furaldehydu i d-fruktozy”. Badania węglowodanów . 242 : 131–139. doi : 10.1016/0008-6215(93)80027-C . ISSN 0008-6215 .
- ^ a b Muralidhara, A., Tosi, P., Mija, A., Sbirrazzuoli, N., Len, C., Engelen, V., de Jong, E., Marlair, G., ACS Sustainable Chem. inż., 2018, 6, 16692-16701
- ^ Muralidhara, A., Bado-Nilles, A., Marlair, G., Engelen, V., Len, C., Pandard, P., Biopaliwa, bioprodukty i biorafinacja, 2018, 1-7
- ^ Tosi Pierluigi; van Klink, Gerard PM; Celzarda, Alaina; Fierro, Vanessa; Vincent, Luc; de Jong, Ed; Mija, Alicja (2018). „Automatycznie usieciowane sztywne pianki pochodzące z produktów ubocznych biorafinerii” . ChemSusChem . 11 (16): 2797–2809. doi : 10.1002/cssc.201800778 . ISSN 1864-564X . PMC 6392144 . PMID 29956889 .
- ^ Filiciotto, L., Balu, AM, Romero, AA, Rodriguez-Castellon, E., van der Waal, JC, Luque, R., Zielona Chemia, 2017, 19, 4423-4434
- ^ Mija, A., van der Waal, JC, Pin, JM., Guigo, N., de Jong, E., „Humins jako obiecujący materiał do produkcji zrównoważonych materiałów budowlanych na bazie węglowodanów”, Construction and Building Materials, 2017, 139, 594 doi : 10.1016/j.conbuildmat.2016.11.019
- ^ Sangregorio, A., Guigo, N., van der Waal, JC, Sbirrazzuoli, N., „Wszystkie „zielone” kompozyty zawierające włókna lniane i żywice huminowe”, Composites Science and Technology, 2019, 171, 70. doi : 10.1016/j.compscitech.2018.12.008
- ^ Pin JM Guigo N., Mija A. Vincent L. Sbirrazzuoli N. van der Waal JC de Jong E. ACS Sustain. Chem. inż., 2014, 2, 2182-2190
- ^ Mija, A., van der Waal, JC, van Klink, G., de Jong, E., pianka zawierająca Huminsa, 2016, WO2017074183A8
- ^ Tosi, P., van Klink, GP, Celzard, A., Fierro V., Vincent, L., de Jong, E., Mija, A., ChemSusChem, 2018, 11, 2797-2809
Zobacz też
Piosenkarz, Michael J. i Donald N. Munns (2005). Gleby: wprowadzenie (wydanie szóste). Upper Saddle River: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-119019-1 .