Biodegradowalne kompleksy żelaza, manganu, cynku i miedzi
[ 1 ] Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, Wydział Technologii Chemicznej, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
polish
PL Przedmiotem niniejszej pracy były badania nad otrzymywaniem i właściwościami kompleksów pierwiastków mikroelementowych: żelaza, manganu, cynku i miedzi z solą tetra-sodowej kwasu iminodibursztynowego (IDS). W pierwszym etapie badań przeprowadzono syntezy trudno dostępnych soli żelaza: azotanu(V) żelaza(II) i octanu żelaza(III). Zastosowany sposób syntezy azotanu(V) żelaza(II) pozwolił wyeliminować redukcję kwasu azotowego do tlenków azotu i utlenianie Fe(II) do Fe(III). Reakcję otrzymywania azotanu(V) żelaza(II) przeprowadzono z 100% wydajnością, a octanu żelaza(III) z 98,7%. Na podstawie przeprowadzonych w skali laboratoryjnej prób opracowano i wdrożono technologię produkcji azotanu(V) żelaza(II). Następnie przeprowadzono syntezy chelatów IDS z jonami Fe⁺³, Mn⁺², Zn⁺² i Cu⁺². Reakcje kompleksowania prowadzono w roztworach wodnych, produkty otrzymano w formie roztworów i ciał stałych. Czyste chelaty Fe(III)IDS, Mn(II)IDS, Zn(II)IDS i Cu(II)IDS otrzymano w dwuetapowej reakcji z użyciem żywicy kationowymiennej. Przeprowadzono identyfikację otrzymanych chelatów pierwiastków mikroelementowych. Powstanie nowych związków udowodniono na podstawie oceny stopnia skompleksowania metalu. W otrzymanych roztworach chelatów jony żelaza, manganu, cynku oraz miedzi są bardzo dobrze schelatowane przez IDS. W każdym z produktów stopień skompleksowania metalu jest bardzo wysoki i wynosi od 95 do 100%. Następnie określono własności otrzymanych produktów. Wykonano pomiary pH i przewodności elektrycznej roztworów chelatów, analizy rozpuszczalności, współczynnika podziału n-oktanol:woda, higroskopijności. Wykazano bardzo małą rozpuszczalność otrzymanych związków w rozpuszczalnikach typu: aceton, metanol, chloroform, octan etylu, toluen, heksan a bardzo dużą rozpuszczalność w wodzie. Duże powinowactwo chelatów IDS do wody potwierdzono na podstawie analizy współczynnika podziału n-oktanol:woda. Badania pochłaniania wilgoci przez stałe chelaty wykazały ich higroskopijność. Na podstawie przeprowadzonych miareczkowań potencjometrycznych wyznaczono moc tworzących się kompleksów. Otrzymane wartości stałych trwałości kompleksów jonów: Fe⁺³, Mn⁺², Zn⁺² i Cu⁺² ligandem IDS pozwalają sklasyfikować je w grupie średniej mocy kompleksów. Uzyskane informacje wskazały na możliwość zastosowania chelatów: Fe(III)-IDS, Mn(II)IDS, Zn(II)IDS, Cu(II)IDS w rolnictwie. Na podstawie otrzymanych wartości stałych trwałości kompleksów wykonano obliczenia: dystrybucji różnych form kompleksów, wartości PM i warunkowych stałych trwałości kompleksów. Wyznaczono obszary efektywnego kompleksowania jonów Fe⁺³, Mn⁺², Zn⁺² i Cu⁺² przez ligand IDS. Stwierdzono efektywne działanie IDS jako czynnika kompleksującego pierwiastki mikroelementowe w praktycznie stosowanych w rolnictwie rozcieńczonych roztworach. W następnym etapie badań oceniono atrakcyjność środowiskową badanego czynnika kompleksującego i jego chelatów. Przeprowadzone badania biodegradacji liganda IDS oraz chelatów Fe(III)IDS, Mn(II)IDS, Zn(II)IDS, Cu(II)IDS pozwalają sklasyfikować je (zgodnie z dyrektywami OECD) w grupie związków łatwo biodegradowalnych. Możliwość zastosowania chelatów Fe(III)IDS, Mn(II)IDS, Zn(II)IDS, Cu(II)IDS w rolnictwie potwierdzono przeprowadzonymi analizami. Określono wpływ ilości jonów wapnia, pH gleby i czasu interakcji na ich stabilność. Badane chelaty, w warunkach doglebowego odżywiania, pozwalają wprowadzić mikroelementy w formie przyswajalnej dla roślin. Skuteczność korygowania niedoborów mikroelementów przez chelaty Fe(III)IDS, Mn(II)IDS, Zn(II)IDS, Cu(II)IDS oceniono także na podstawie analiz ich stabilności w różnych roztworach stosowanych do fertygacji. Badania prowadzono zmieniając skład makroelementowy (NPK, Ca i Mg) i mikroelementowy oraz pH pożywek w szerokim zakresie. Szczególną uwagę poświęcono kompleksowi kluczowego mikroelementu - żelaza. Chelat Fe(III)IDS wykazuje dobrą stabilność w roztworach hydroponicznych. W każdym z badanych roztworów fertygacyjnych ilość żelaza pozostałego w roztworze w formie skompleksowanej była wystarczająca, by zapewnić roślinom prawidłowy rozwój. Ligand IDS skutecznie utrzymuje jony pierwiastków mikroelementowych Fe⁺³, Mn⁺², Zn⁺² i Cu⁺² w roztworach stosowanych do fertygacji, pozwala dostarczyć je w formie przyswajalnej dla roślin. Przeprowadzone doświadczenie roślinne potwierdziło skuteczność działania chelatu Fe(III)IDS w aspekcie biologicznym. Stwierdzono dużą zdolność dostarczania roślinom żelaza przez chelat Fe(III)IDS. Nawet w warunkach podwyższonego pH pożywki i małych dawek żelaza, chelat Fe(III)IDS w prawidłowy sposób zaspokaja potrzeby pokarmowe roślin ogórka.
153
DrOIN 1055
no permission to download file
archive
Henryk Górecki
Wrocław, Polska
13.03.2008
polish
no permission to download file
archive
Andrzej Komosa
Poznań, Polska
11.02.2008
polish
no permission to download file
archive
dissertation
Poznań, Polska
06.05.2008