Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в России и во всем мире четко прослеживается тенденция рационального и комплексного использования каустобиолитов. Сапропели давно интересуют ученых и практиков как сырье для химической промышленности, медицины, ветеринарии, сельского хозяйства, промышленности строительных материалов. Наличие в Омской области больших запасов сапропеля (~ 300 млн.м3), которые ранее не исследовались, определило огромный интерес к его переработке и использованию продуктов на его основе.
Существующие методы термической переработки сапропелей не позволяют комплексно извлекать все ценные вещества, так как негативно действуют на термолабильную биологически активную составляющую, которая участвует в образовании сапропеля и включает широкий спектр веществ: углеводы, азотистые вещества, незаменимые аминокислоты, гуминовые кислоты, гормоноподобные вещества и витамины. Для извлечения неустойчивых к высоким температурам органических веществ все чаще стали применять сверхкритические среды, которые привлекательны как экологически чистые заменители жидких органических растворителей. В литературе имеются сведения об использовании подобных технологий для извлечения биологически активньк веществ (БАВ) из растительного сырья и торфа, но не найдены сведения о применении сверхкритических сред для извлечения подобных веществ из сапропелевого сырья. Поэтому разработка оптимальной схемы переработки, где на первом этапе целесообразно провести извлечение БАВ экстракцией жидким (докритическим) или сверхкритическим (СК) диоксидом углерода, и уже далее подвергать термической обработке экстрагированный остаток, весьма актуальна. Данная схема позволит более квалифицированно извлечь все ценные компоненты органической массы сапропелей, а также расширить ассортимент рынка продукции химической переработки сапропелей.
Работа выполнена в рамках Интеграционного проекта № 100 «Сапропелиты и сапропелитовые угли Сибири: создание основ новой экономически эффективной технологии добычи и глубокой переработки с целью введения в хозяйственный оборот новых крупномасштабных источников синтетических углеводородов», 2003-2005 гг; Программы 4.6. «Научные основы ресурсе- и энергосбережения в процессах переработки минерального техногенного и возобновляемого сырья» Отделения химии и наук о материалах РАН, 2003-2005 гг; областной программы «Омский сапропель 2005-2008 гг»
Цели и задачи работы. Разработка нового подхода к комплексной переработке сапропелей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать схему комплексной переработки органического вещества (ОВ) сапропелей;
исследовать химический состав и физико-химические свойства сапропелей различных месторождений Омской области;
изучить взаимосвязь основных технологических параметров экстракции сапропелей жидким и сверхкритическим СОг на выход и состав БАВ;
установить зависимости, связывающие условия термической (полукоксование, термическое растворение в присутствие катализатора и водорода) переработки с выходом, составом и свойствами продуктов для нативных и экстрагированных
сапропелей; - методами инструментально и химического анализа изучить строение, состав и
свойства продуктов переработки.
Научная новизна работы. Получены данные о составе и физико-химических свойствах сапропелей Омской области. Впервые получены данные о выходах, составе продуктов в процессе экстракции сапропелей жидким и сверхкритическим С02, а также влияние технологических параметров процесса на выход и состав БАВ. Установлена взаимосвязь между параметрами процесса и качественным и количественным составом продуктов полукоксования, и терморастворения нативного сапропеля и твердого остатка после экстракции. Предложен новый подход к комплексный переработке сапропелей, включающий экстракцию сапропелей сверхкритическим С02, с последующей термической обработкой.
Практическая ценность работы. Применен новый метод переработки сапропелей - экстракция жидким и сверхкритическим ССЬ, позволяющий извлекать различные БАВ. На основе твердого продукта полукоксования сапропеля разработан и запатентован углерод-минеральный пористый материал, который нашел применение как сорбент для очистки воды от железа и нефтепродуктов, а также в качестве носителя для приготовления гетерогенных биокатализаторов. На основе целевой фракции жидких продуктов полукоксования разработано и запатентовано лекарственное средство «Линимент бальзамический сапропелевый». На основе фракции 25-3 00С, обладающей выраженными бактериостатическими свойствами получен санирующий препарат для обработки помещений высокой микробной загрязненностью. На основе целевой фракции жидких продуктов полукоксования разработан и запатентован новый препарат «Эмульсия дегтярная сапропелевая» для лечения гнойных воспалительных заболеваний репродуктивных органов животных. На основе фракции 140-230С выделяемой из жидких продуктов полукоксования разработан и запатентован препарат «СКИФ», пригодный для внутривенного введения животным для лечения респираторных и желудочно-кишечных заболеваний телят, а мазь приготовленная на основе фракции 140-23 0С рекомендована для лечения открытых механических повреждений, свежих и осложненных гнойной инфекцией. Продукты переработки сапропелей представлены и отмечены грамотами и дипломами на российских и международных выставках.
Личный вклад автора: непосредственное участие в постановке цели и задач исследования, планировании и проведении экспериментальных работ, обработке и обсуждении результатов, формулировании выводов.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, доложены II Российской конференции «Актуальные проблемы нефтехимии» (Уфа, 2005); на IV и V Всероссийских научных конференциях «Химия и технология растительных веществ» (Сыктывкар, 2006; Уфа, 2008); на Международном научном симпозиуме «Изучение и хозяйственное использование торфяных и сапропелевых ресурсов» (Тюмень, 2006); на конференции молодых ученых по нефтехимии (Звенигород, 2006); на Юбилейной научной сессии, посвященной 85-летию ОмГМА «Актуальные проблемы лекарствоведения в Сибирском регионе» (Омск, 2006); на Международной научно-практической конференции «Интеграция науки и образования - решающий фактор устойчивого развития государства» (Семипалатинск, 2006); на международной конференции по химической технологии «ХТ'07» (Москва, 2007); на XI Международной научно-практической конференции «Химия - XXI век: новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2008); на Всероссийской научной
молодежной школе-конференции «Химия по знаком «Сигма» исследования, инновации, технологии» (Омск, 2008, 2010); на IX всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2008); на Международной научно-практической конференции «Сапропель и продукты его переработки» (Омск, 2008); на V Международной научно-практической конференции «Сверхкритические флюиды: фундаментальные основы, технологии, инновации» (Суздаль, 2009); на 1 Всероссийской научной конференции «Методы исследования состава и структуры функциональных материалов, МИССФМ-2009» (Новосибирск, 2009).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 статей, 19 материалов конференций и тезисов докладов, получено 4 патента РФ на изобретения.
Основные положения, выносимые на защиту:
данные о составе и физико-химических свойствах сапропелей различных месторождений Омской области;
взаимосвязь выхода и состава продуктов экстракции сапропеля жидким и сверхкритическим диоксидом углерода с технологическими параметрами (давление, температура, продолжительность процесса) и присутствием модифицирующего агента;
сравнительный анализ реакционной способности нативных и обработанных сверхкритическим СОг сапропелей в процессах полукоксования и термического растворения, а также влияние на состав продуктов;
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора научно-информационной и патентной литературы, трех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 157 страницах, содержит 49 таблиц и 34 рисунка. Список литературы включает 231 источник.
