Studentiem un darbiniekiemMecenātiemMedijiemAbsolventiem

Kūdras, to humusvielu īpašības un modificēšanas metodes

Kūdras, to humusvielu īpašības un modificēšanas metodes

Vadītājs: M. Kļaviņš

Kūdra Latvijā veido nozīmīgu vietēju derīgo izrakteņu resursu. Līdz ar to par aktuālu uzskatāma šī resursa krājumu un izmantošanas potenciāla izvērtējums, vienlaikus ņemot vērā nepieciešamību nodrošināt purvu, kā nozīmīga vides elementa, aizsardzību.
Tomēr kūdras ražošana lielākoties saistīta ar zemas pievienotās vērtības produktu izgatavošanu – lauksaimniecības vai kurināmā vajadzībām. Lielā mērā tas saistās ar to, ka kūdras izpēte, it īpaši izmantojot mūsdienīgas analīzes metodes ir uzskatāma par nepilnīgu un nepaver iespējas tās izmantošanas iespēju paplašināšanai, bet no otras puses, izpratnes attīstībai par dzīvās organiskās vielas transformācijas raksturu un mehānismu. Nepieciešams atzīmēt kūdras veidošanās un organiskās vielas transformācijas procesu izpētes nozīmību, lai izprastu oglekļa bioģeoķīmiskās aprites likumsakarības.
Humusvielu izdalīšanai no kūdras izmanto tās apstrādi paaugstinātā temperatūrā sārmainā vidē, taču šāda pieeja ļauj sasniegt visai zemus humusvielu iznākumus, kā arī veidojas liela apjoma nogulumi, kuras nepieciešanas filtrēt. No otras puses, ir zināmi risinājumi organisko vielu izdalīšanai izmantojot intensīvas disperģēšanas pieejas, kuras uzskatāmas par perspektīvām arī kūdras gadījumā.
Humusvielas ir augstmolekulāri polikatjonīti, kas veidojas sadaloties dzīvajai organiskajai vielai un kurus raksturo augsts noturīgums vidē, bet atkarībā no to šķīdības un molekulmasas tās iedala humīnskābēs un fulvoskābēs. Nozīmīgi humusvielu uzbūves struktūrelementi ir augsti kondensētas apoliaromātiskas struktūras, kuras savā starpā saista alifātiskas virknes.
Humusvielu kompleksā uzbūve nosaka to daudzpusīgās funkcijas vidē, bet no otras puses, humusvielu kā produkta plašās izmantošanas iespējas.
Pēdējā pusgadsimta laikā katru dekādi pieteikto patentu skaits, kas saistīti ar humusvielu ieguvi (to skaitā ir arī projekta pieteicēju patents) un izmantošanu, ir divkāršojies, iezīmējot vairākus humusvielu izmantošanas virzienus. Arī humusvielu īpašību izpētei veltītās literatūras apjoma straujais pieaugums apliecina šīs izpētes aktualitāti.
Humīnskābēm, kas ir humusvielu nozīmīgākais ingredients piemīt šādas īpašības:
  1. Spēja ilgstoši akumulēt augšanai nepieciešamās barības vielas un mikroelementus, līdz ar to samazinot barības vielu daudzumu, kas nokļūstot vidē rada tās piesārņojumu;
  2. Spēja uzlabot barības apriti organismā (gan augu, gan dzīvnieku);
  3. Spēja augsnē regulēt augu barības vielu uzņemšanu, katjonu apmaiņu, un skābekļa apmaiņu;
  4. Spēja aizsargāt no ārējās vides faktoriem un stiprināt augu un dzīvnieku organismus pret slimībām;
  5. Dažādu faktoru efekts rezultātā uzlabo fotosintēzes produktivitāti un palielina hlorofila saturu augos, kā rezultātā tas paaugstina ražību un augu izturību.
  6. Spēja efektīvi absorbēt dažādus kaitīgas vielas kā toksiskos smagos metālus, un nodrošināt to izvadīšanu no organisma, tādējādi darbojoties kā bioregulatoriem.
Pēdējās desmitgadē nozīmīga attīstība iezīmējusies arī humusvielu tirgū, kur galvenās šo produktu patērētājvalstis ir tuvo austrumu valstis, Ķīna, Japāna, ASV u.c. Humusvielu izmantošana nodrošina iespējas iegūt lielākas lauksaimniecības produkcijas ražas salīdzinoši neauglīgākos reģionos, kā aiz vien biežāk tiek izmantotas kā barības piedevas intensīvā dzīvnieku audzēšanā, vai, piemēram, kosmētikā.
Humusvielu ieguves galvenokārt tiek veikta izmantojot zemas kvalitātes ogles, bet vairākos literatūras avotos ir atzīmēts, ka no kūdras izdalītām humusvielām to izmantošanas potenciāls var būt augstāks.
Projekta izpildes gaitā izpildīti šādi uzdevumi:
  1. Pētīts kūdras sastāvs (32 paraugi) no Latvijā tipiskiem purviem un raksturotas to īpašības, nosakot kūdras īpašību atkarību no kūdras vecuma, kas noteikts izmantojot 14C datēšanu, tās tipa un veidošanās apstākļiem;
  2. Izstrādāta metode kūdras humifikācijas pakāpes noteikšanai;
  3. Veikta hromatogrāfisko un masspektrometrisko  kūdras ekstraktu analīzes metožu izstrāde un  iegūto datu interpretācija. Veikta kūdras bitumu frakcijas analīzi;
  4. Pētītas kūdras humusvielu īpašības atkarībā no kūdras tipa un īpašībām, nosakot to elementsastāvu, funkcionālo grupu daudzumu, molekulmasu, veicot spektroskopisko analīzi, nosakot kompleksveidošanās īpašības ar metālu joniem;
  5. Izstrādātas humusvielu modificēšanas metodes, iegūstot humusvielu atvasinājumus ar paaugstinātu kompleksveidošanās spēju attiecībā pret metālu joniem un spēju izmainīt virsmas spraigumu;
  6. Pētītas iegūto humusvielu atvasinājumu īpašības: a)to pamatraksturojums; b)noteikts kompleksveidošanās raksturs ar metālu joniem; c)raksturotas spēju pazemināt virsmas spraigumu.
M.Klavins, L.Eglite, A.Zicmanis (2006) Immobilized humic substances as sorbents. Chemosphere, 62(9), 1500-1506
A. Zicmanis, G. Vavilina, S. Drozdova, M. Klavins, P. Mekss. - Ionic liquids – both solvents and reagents. - Latvian J. Chem.,, 2006, N 3, pp. 301-302.
M.Klavins, L.Eglite, J.Kreismanis, A.Zicmanis  (2006) Derivatives of humic substances for their structural studies and application. In: Procedings of the 13th Meeting of the IHSS “Humic substances – linking structure to functions” (Ed. F.H.Frimmel, G. Abbt-Braun), Karlsruhe, Germany, 277-281
O.Purmalis, M.Klavins (2006) Surface activity of humic substances depending on their origin. In: Procedings of the 13th Meeting of the IHSS “Humic substances – linking structure to functions” (Ed. F.H.Frimmel, G. Abbt-Braun), Karlsruhe, Germany, 329 - 332
J.Sire, M.Klavins (2006) Intensive dispersion technologies for extraction of humic substances from peat. In: Procedings of the 13th Meeting of the IHSS “Humic substances – linking structure to functions” (Ed. F.H.Frimmel, G. Abbt-Braun), Karlsruhe, Germany, 377-380
Kļaviņš M., Būmane I., Kreišmanis J., Zicmanis A. (2006) Trihalomethane formation potential depending on preperties of humic substances. Latv. Ķīm. Ž., 3, 279-286
M.Kļaviņš, O.Purmalis, P.Birjukovs (2006) Surface active properties of humic substances depending on their origin. (submitted to Colloids and Surfaces)
M.Kļaviņš, O.Purmalis, A.Zicmanis (2006) Modified humic substances as surfactants (submitted to Chemosphere)
Klavins M., Frisk T. (2006) Moss bags as passive samplers of airborne contaminants. In: Proceedings of the 2nd International passive sampling workshop and symposium, Bratislava,  67
Klavins M., Babre K. (2006) Humic Substances in Transformation of Xenobiotica.. In: Proceedings of the SETAC 16th annual meeting. “Controversies and solutions in environmental sciences”. Hague, 187
M.Kļaviņš, J.Šīre (2006) Humusvielu sililatvasinājumi (patenta pieteikums)