Способ получения биостимулятора из торфа

 

Назначение: получение биостимулятора из торфа, обладающего общестимулирующим действием. Сущность: способ по изобретению состоит в том, что неокисленную часть торфа, полученную при окислении основной массы торфа в водно-щелочной среде воздухом при повышенных температуре и давлении, подвергают повторно окислению в водно-щелочной среде при 165-175^oС и 11-18 атм в течение 0,5-1 ч и полученный после отделения осадка фильтрат объединяют с фильтратом, полученным при окислении основной массы торфа, с последующим упариванием объединенного фильтрата при 88-90^oС либо его подкислением до рН 1-1,5, и отделением осадка, который судят при 55-60^oС. При этом повышается выход высокомолекулярных кислот и биологическая активность продукта. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к производству биостимулятора из органических веществ, конкретно из торфа, используемых в сельском хозяйстве (животноводстве, растениеводстве), а также в медицине и др.

Известен способ получения органических кислот из торфа. Он заключается в окислении торфа в водно-щелочной среде кислородом воздуха при температуре 175-225^oC и давлении 10-25 атм. в течение 2,5 ч. Перед окислением торф предварительно подвергают щелочному гидролизу. Соотношение торф: сода: вода равно 1:0,4:5. (авт.свид. СССР N 166669, C 05 F 7/00, C 07 C 51/16, 1963).

Данным способом получают смесь только низкомолекулярных моно- и дикарбоновых кислот (муравьиной, уксусной, янтарной, двухосновных кислот ароматического ряда), так как образующиеся на каком-то этапе до низкомолекулярных, которые не обладают свойствами значительной биологической активности и применяются в органическом синтезе и при производстве пластических масс.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения биостимулятора из торфа путем окисления водно-щелочной суспензии кислородом воздуха при нагревании под давлением, причем окисление ведут при температуре 105-160^oC и давлении 5 - 10 атм в течение 0,5 - 2,0 ч. Соотношение торф:щелочь:вода равно 1:0,1-0,4:10. (авт.свид. СССР N 614782, A 01 N 5/00, 1978).

При таких параметрах окисления образуется смесь высоко- и низкомолекулярных кислот, обладающих свойствами достаточно высокой биологической активности. Область их применения - животноводство и растениеводство. Однако при известном способе получения биостимулятора выход высокомолокулярной фракции кислот, обладающих наибольшей биологической активностью, составляет от 29,5 до 37% от исходного торфа. Это ограничивает область их применения, например, в медицине. При данной технологии остается часть неокисленного торфа, составляющего от 15 до 25% от исходного сырья, которая удаляется в отход. Вместе с тем в неокисленном остатке, помимо непрореагировавшей части гуминовых кислот, содержатся (по данным группового химического анализа торфа и неокисленного остатка) такие составляющие, как битумы, трудногидролизуемые углеводы, лигнин. Эти составляющие являются носителями основных ароматических структур торфа, которые при окислении в более "жестких" условиях, по сравнению с исходным торфом, дают дополнительное количество высокомолекулярных кислот с повышенной биологической активностью. Неиспользование неокисленного остатка торфа снижает выход этой наиболее активной части биостимулятора.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей биостимулятора из торфа за счет повышения выхода высокомолекулярных кислот и их биологической активности.

Технический результат достигается тем, что в способе получения биостимулятора из торфа путем окисления его водно-щелочной суспензии кислородом из воздуха при температуре 105-160^oC и давлении 5-10 атм в течение 0,5 - 2,0 ч. с последующим охлаждением реакционной массы и отделением (фильтрацией) неокисленной части торфа от фильтрата, отличающейся тем, что неокисленную часть торфа повторно подвергают окислению при температуре 165-175^oC, давлении 11-13 атм в течение 0,5-1,0 ч с последующим смешиванием фильтратов обеих стадий окисления и выделением целевого продукта. Объединенный фильтрат упаривают и сушат при температуре 80-90^oC до порошкообразного состояния. В таком виде он может быть использован в животноводстве, птицеводстве и растениеводстве.

Для получения более чистого целевого продукта с повышенной биологической активностью, пригодного для использования в медицине и дрожжевом производстве, отдельно выделяют высокомолекулярные кислоты. Выделение продукта производится путем подкисления фильтрата минеральной кислотой до pH 1,0-1,5 (для максимального выделения кислот, нерастворимых в кислой среде), фильтрацией и промывкой водой выпавших в осадок высокомолекулярных кислот и их сушкой (обычными методами) при температуре 55-60^oC. Повторное окисление остатка торфа, не окисленного при первой стадии процесса и именно при температуре 165-175^oC в течение определенного времени, повышает суммарный выход высокомолекулярных кислот.

При таких оптимальных режимах образующиеся высокомолекулярные кислоты (в виде солей) не успевают значительно раскислиться до низкомолекулярных и CO₂. В результате этого они получаются достаточно чистыми, с минимальной примесью низкомолекулярных кислот и повышенной биологической активностью.

Сущность способа заключается в следующем. Торф широкого диапазона влажности и степени разложения, различного ботанического состава, добытый любым из известных способов, предпочтительнее фрезерным, смешивается с водным раствором щелочи (едкий натр, аммиак и др.) в соотношении торф: щелочь: вода = 1:0,1-0,4:10.

Полученную суспензию окисляют в реакторе газлифтного типа воздухом, являющимся одновременно и окислителем, и движителем, в следующих условиях: температура 105-160^oC, давление 5-1 атм, продолжительность 0,5-2,0 ч.

При взаимодействии кислорода воздуха с содержащимися в торфе гуминовыми веществами, углеводами происходит их окислительная деструкция с образованием в щелочной среде солей органических кислот различного молекулярного веса, обладающих свойствами биологической активности.

Реакционной массе дают остыть до температуры 80-20^oC. Выгруженная самотеком из реактора реакционная масса содержит в себе смесь высоко- и низкомолекулярных кислот (в виде солей) и неокисленный торф.

Для их разделения реакционная масса поступает на вакуум- или нутч-фильтр, где происходит ее фильтрация. Фильтрат поступает в накопительный бак, а неокисленный торф - снова в реактор, где повторно окисляется при следующих условиях: температура 165-175^oC, давление 11-13 атм, в течение 0,5-1,0 ч. Соотношение неокисленный остаток торфа (в пересчете на сухое вещество) : едкий натр: вода равно 1:0,3:7,5. При взаимодействии кислорода воздуха с битумами, лигнином, трудногидролизуемыми веществами, содержащимися в неокисленном на первой стадии остатке торфа при повышенной в определенном диапазоне температуре, происходит их окислительная деструкция с образованием в основном высокомолекулярных кислот с незначительной примесью низкомолекулярных.

Реакционная масса второй стадии окисления охлаждается до 80-20^oC отфильтровывается и фильтрат второй стадии окисления смешивается с уже остывшим фильтратом первой стадии окисления. Таким образом данная технология получения биостимулятора из торфа позволяет увеличить выход наиболее биологически активных веществ - высокомолекулярных кислот, а следовательно - их активность. Объединенный фильтрат упаривают и сушат при 80-90^oC до порошкообразного состояния, после чего этот продукт может быть использован в животноводстве, птицеводстве и растениеводстве.

Для выделения высокомолекулярных кислот объединенный фильтрат подкисляют серной или соляной кислотой до сильнокислотной реакции (pH 1,0-1,5). При этом высокомолекулярные кислоты выпадают в осадок, их отфильтровывают на вакуум- или нутч-фильтре, тщательно промывают водой от избытка минеральной кислоты и сушат до порошкообразного состояния при температуре 55-60^oC.

В таком виде продукт может быть использован в различных областях медицины и в дрожжевом производстве. Далее высокомолекулярные кислоты обозначим как БСТ (биостимулятор торфяной). Продукт после упаривания и сушки при 80-90^oC фильтратов представляет собой смесь солей низко- и высокомолекулярных кислот с небольшими примесями смолистых веществ (0,4-0,6%), образующимися за счет неполного окисления битумов торфа. Представляют собой порошок черного цвета влажностью не выше 15% с pH (солевая вытяжка) 10-12, хорошо растворимый в воде. Содержание низкомолекулярных кислот в смеси колеблется от 15 до 20% (от исх. торфа). Низкомолекулярные кислоты в нем представлены одно- и двухосновными кислотами алифатического ряда (уксусная, щавелевая, янтарная, масляная, адипиновая), в отдельных случаях (в зависимости от исходного торфа) - присутствует терефталевая кислота.

Биологическая активность продукта обусловлена наличием в нем высокомолекулярных кислот (характеристика которых приводится ниже) и определяется, после отделения от низкомолекулярных подкислением минеральной кислотой до pH 1,0-1,5, с помощью микробиологического теста.

Конечный продукт БСТ относится к классу высокомолекулярных органических кислот. В зависимости от исходного торфа для окисления молекулярная масса (гель-хроматография) колеблется от 30000 до 52000, элементный состав: C 59,0-61,2%, H 5,0-5,9%. Продукт - порошок черного цвета, влажностью не более 15%, с pH (солевая вытяжка) 6,0-7,5, полидисперстен, полностью растворим в щелочах, на 70-75% - в этиловом спирте, нерастворим в воде, минеральных кислотах.

Пример 1. 100 г тонко измельченного торфа верхового типа степенью разложения 22-25% (месторождение "Пельгорское" Ленинградский области) смешивают с раствором едкого натра при соотношении торф:едкий натр:вода = 1:0,4:10 и в виде суспензии подвергают окислению в реакторе газлифтного типа при температуре 105^oC, давлении 5 атм в течение 0,5 ч. Реакционную массу охлаждают при 80-20^oC и фильтрацией на вакуум- или нутч-фильтре разделяют на фильтрат и неокисленный остаток. Фильтрат направляют в сборник-накопитель, а неокисленный остаток - на повторное окисление в реактор, которое осуществляется при температуре 165^oC, давлении 11 атм в течение 0,5 ч при соотношении неокисленный остаток торфа (в пересчете на сухое вещество): щелочь: вода = 1: 0,3: 7,5. Реакционную массу после окисления неокисленного остатка торфа также охлаждают и фильтруют, как и при первой стадии окисления торфа, и фильтрат второй стадии направляют в тот же сборник-накопитель, что и фильтрат первой.

После смешивания обоих фильтратов их либо упаривают и сушат при 80-90^oC до порошкообразного состояния, либо подкисляют серной кислотой до pH 1,0 - 1,5, выпавшие при этом высокомолекулярные кислоты фильтруют и промывают водой от избытка серной кислоты на вакуум- или нутч-фильтре, а затем сушат при температуре 55-60^oC до порошкообразного состояния. Конечный выход целевого продукта (БСТ) определяют весовым методом и выражают в процентах от исходного торфа. Поскольку БСТ является биостимулятором, его основной характеристикой является биологическая активность, которая определялась нами с помощью микробиологического теста, основанного на увеличении съема биомассы дрожжей за счет стимулирующего действия БСТ и выражалась в процентах к контролю (без стимулятора). Контроль принимался за 100%. Периодически, выборочно (главным образом в том случае, когда поступает на окисление новое торфяное сырье) берут пробы БСТ на определение молекулярного веса методом гель-хроматографии, элементного состава и растворимости в различных растворителях. Все данные по количеству БСТ, полученного как при окислении исходного торфа (I стадия), так и при окислении неокисленного остатка (II стадия), а также по их суммарному выходу (в % от исходного торфа) представлены в таблице. Здесь же приведена биологическая активность БСТ, полученного как при окислении исходного торфа, так и суммарного продукта (возросшая за счет окисления неокисленного остатка).

Если в продуктах окисления исходного торфа выход составляет 29%5%, то за счет окисления неокисленного остатка торфа суммарный выход биостимулятора повышается на 4,3% и составляет 33,8%. Одновременно повышается биологическая активность БСТ - съем биомассы дрожжей повышается от 116 до 128% по отношению к контролю.

Пример 2. Операции повторяют согласно примеру 1 при режимах окисления: исходный торф окисляют при температуре 140^oC; давлении 10 атм; продолжительности 2 ч; соотношение торф: едкий натр: вода = 1 : 0,1 : 10.

Неокисленный остаток I стадии окисляют при температуре 170^oC; давлении 12 атм; продолжительности 0,5 ч; соотношение неокисленный остаток: едкий натр: вода = 1 : 0,3 : 7,5.

Если выход БСТ при окислении исходного торфа составляет 37%, то суммарный выход его - 45,1%. Биологическая активность - съем биомассы дрожжей повышается со 127 до 131% по отношению к контролю.

Пример 3. Операции повторяют согласно примеру 1 при режимах окисления: исходный торф окисляют при температуре 160^oC; давлении 10 атм; продолжительности 2 ч; соотношение торф: едкий натр: вода = 1 : 0,4 : 10 Неокисленный остаток I стадии окисляют при температуре 175^oC; давлении 12-11 атм; продолжительности - 1 ч; соотношение неокисленный остаток: едкий натр: вода = 1 : 0,3 : 7,5.

Если выход БСТ при окислении исходного торфа составляет 18,7%, то суммарный - 25%. Биологическая активность - съем биомассы дрожжей повышается со 110 до 119% по отношению к контролю.

Пример 4. Операции повторяют согласно примеру 1 при режимах окисления: исходный торф окисляют при температуре 160^oC; давлении 10 атм; продолжительности 2 ч; соотношение торф: едкий натр: вода = 1 : 0,4 = 10.

Неокисленный остаток I стадии окисляют при температуре 180^oC; давлении 12 атм; продолжительности 1 ч; соотношение неокисленный остаток: едкий натр: вода = 1 : 0,3 : 7,5.

Если выход БСТ при окислении исходного торфа составляет 18,7%, то суммарный - 22,1%. Биологическая активность - съем биомассы дрожжей повышается со 110 до 116% по отношению к контролю. Данные примеров приведены в табл. 1.

Как видно из таблицы, хорошие результаты по окислению неокисленного остатка торфа и соответственно по суммарному выходу БСТ и его биологической активности получены в интервале температур 165 - 175^oC. Дальнейшее ужесточение температурного режима нецелесообразно, так как выход биостимулятора повышается незначительно вследствие окислительной деструкции высокомолекулярных кислот, образующихся при окислении трудногидролизуемых составляющих торфа (битумы, лигнин и др.). При окислении легкогидролизуемых компонентов исходного торфа этот порог наступает раньше - уже при 160^oC.

В табл. 2 приведены данные по выходу объединенного упаренного фильтрата, содержание в нем низко- высокомолекулярных кислот и биологической активности высокомолекулярной фракции (которая и определяет активность всего продукта) в зависимости от условий окисления исходного торфа и неокисленного остатка. Табличные данные подтверждают высокий выход продукта и его биологическую активность в оптимальных режимах окисления.

Следует отметить, белковые дрожжи отзывчивы на БСТ и, в зависимости от штамма дрожжей, прирост биомассы может быть больше или меньше, но в любом случае БСТ эффективен в качестве стимулятора роста дрожжей.

Другим перспективным направлением является использование БСТ в медицине, которым авторы занимались на протяжении нескольких лет совместно со специализированными медицинскими учреждениями. Первоначально эффективность БСТ определялась на микроскопических живых организмах - некоторых штаммах белковых дрожжей, - затем на лабораторных животных (белых мышах, крысах), птице, домашних и с/х животных и, наконец, на человеке.

Заинтересованность медиков в БСТ обусловлена была еще и тем, что он относится к препаратам, полученным на основе торфа - природного, экологически чистого сырья. НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова изучено влияние БСТ при лечении раковых опухолей, наиболее часто встречающихся у человека: молочной железы, шейки матки и влагалища, легких и желудочно-кишечного тракта. Выявлен у БСТ антиканцерогенный эффект, который проявляется в торможении возникновения и развития опухолей, он рекомендован к применению для профилактики рака и лечении его на ранних стадиях заболевания.

Специалистами этого же учреждения и С.-Петербургского ветеринарного института выявлено положительное влияние БСТ на обмен веществ в живом организме и на его способность тормозить нитратный токсикоз.

Длительные испытания БСТ в стоматологии и пародонтологии выявили эффективность его применения у больных с гингивитами и парадонтозом, при проведении костно-челюстных операций, в хирургии. Показано, что БСТ обладает адаптогенными, противовоспалительными и противоаллергическими свойствами, способствует быстрой регенерации тканей и уплотнению костной структуры заживлению кожных ран. Испытаниями косметологов и дерматологов установлено, что спиртовые и содовые растворы БСТ оказывают положительный эффект при лечении различного рода облысений, выпадения волос. Отмечено улучшение структуры волос и активный их рост. Вышеперечисленное свидетельствует о возможности и целесообразности использования биостимулятора из торфа в различных областях медицины.

Авторами разработаны лекарственные формы БСТ: 1%-ный раствор БСТ в 1%-ном содовом растворе (вовнутрь), 1-5% содовый и 0,5-1,0% спиртовые растворы (наружно), сложные лекарственные композиции на основе природных полимеров, повязки, опыленные порошкообразным БСТ и простерилизованные и т.д.

Заявляемый способ, как видно из описания очень прост в аппаратурном оформлении, его осуществление не требует достаточно больших капитальных затрат, кроме того, это экологически чистое производство, не носящее вреда окружающей среде.

Формула изобретения

1. Способ получения биостимулятора из торфа, включающий окисление водно-щелочной суспензии торфа воздухом при температуре воздуха 105-160^oС, давлении 5-10 атм в течение 0,5-2 ч, отделение неокисленной части торфа фильтрацией и выделение целевого продукта из фильтрата, отличающийся тем, что неокисленную часть торфа повторно подвергают окислению в водно-щелочной среде при 165-175^oС и давлении 11-13 атм в течение 0,5-1 ч с последующим отделением осаддка фильтрацией, объединением полученного при этом фильтрата с фильтратом, полученным при окислении основной массы торфа, упариванием объединенного фильтрата и сушкой его до получения порошкообразного продукта при 80 - 90^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объединенный фильтрат подкисляют до pH 1-1,5 отфильтровывают осадок и сушат его при 55-60^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1