© 2020 Organic Amino Fertilizantes

НОВЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ И РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ

НА ОСНОВЕ ЦЕОЛИТОВ, ОБОГАЩЁННЫХ АМИНОКИСЛОТАМИ НИЗКОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО ВЕСА (INAGROSA) СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ КАК ЗАМЕНИТЕЛИ ДЛЯ NPK ХИМИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
1. Характеристики и свойства цеолитов
Природные цеолиты - новый, нетрадиционный, чрезвычайно перспективный тип нерудных полезных ископаемых, использование которых в промышленности и сельском хозяйстве началось в 60-е годы прошлого столетия. Цеолит – природный минерал вулканогенноосадочного происхождения, пронизанный тончайшими полостями и каналами, придающими ему свойства молекулярного сита. Эти пустоты заполнены катионами щелочных и щелочноземельных металлов и молекулами воды, имеющими значительную свободу движения, что наделяет цеолит высокой ионообменной способностью, свойствами адсорбента и донора, возможностью впитывать и отдавать влагу, продлевать действие веществ, с которыми он смешан, отдавать почве и живым организмам необходимые им элементы.
Модифицированный цеолит, в отличие от природного, обладает стабильным химическим составом, избавлен от органических примесей и лишней влаги. Определен спрос на применение сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита в качестве носителей для органических и неорганических удобрений для растениеводства. Радиопротекторы являются оптимальными носителями для аминокислот и могут широко применяться при промышленном выращивании овощных культур на малообъемных субстратах. Проведенные эксперименты показали перспективность этого направления.

Цеолиты составляют группу кристаллических и гидратированных алюмосиликатов алюминия, щелочных и щелочноземельных катионов, имеющих трехмерную структуру (тектосиликаты), где преобладает открытая структура тетраэдров, которая дает им большую способность включать и получать воду и катионы без существенных изменений в их физической структуре .

В этом структурном каркасе цеолит Al3+ заменяет Si4+ в центре структурных тетраэдров, а обменные катионы размещаются в разных положениях, компенсируя электрические заряды. Иногда другие катионы могут занимать структурные или обменные позиции.

При дегидратировании в идеальном кристалле они образуют пористую структуру с минимальными диаметрами пор от 3 до 10 ангстрем, в некоторых цеолитах они достигают 18 ºA, которые образуют полости, занятые большими ионами и молекулами воды с большой свободой передвижения, что способствует ионообмену и обратимой дегидратации (Lobo, RF 2003).

Эмпирическая формула цеолита:
M2/nO.Al2О3.xSiO2.yH2O
где:
М: является валентным катионом n;
«x» количество атомов алюминия;
«y»: количество атомов кремния;
- «х» принимает значения от 2 до 10;
- «y» принимает значения от 2 до 8

Все катионы, представленные М называются обменными катионами, а те, которые представлены «х» и «у» называются структурными катионами.

Цеолиты имеют трехмерные сети, в которой все атомы кислорода принадлежат одновременно двум тетраэдрам SiO4. (которые образуют трехмерные сети). Таким образом, образуется каркас кристаллической структуры, до 10 ангстрем.

В открытых пространствах структуры помещаются молекулы воды, которые не участвуют в сплоченности структуры, и известны под названием «цеолитная вода», потому что они при нагревании вспениваются. Благодаря этому свойству и название цеолитов: «кипящий камень» от греческого, zeo: кипит, и литос: камень (Кронштедт, 1757).

Эта вода пропитывает всю кристаллическую структуру минерала, окружающие обменные катионы в открытых пространствах; она не играет никакой роли ни с химической, ни структурной точки зрения на стабильности структуры и может быть устранена без разрушения структуры.

Вода составляет от 10% до 20% массы цеолита и может быть экстрагирована более или менее непрерывно и обратимо при нагревании до 350*С; каналы являются пустыми и способны адсорбировать катионы или радикалы соответствующего размера, которые занимают определенные внутренние положения, очень близкие к структурным тетраэдрам.

Структура имеет каналы и полости с переменными размерами молекул, в которых, помимо молекул воды, абсорбентов и солей, находятся компенсационные катионы. Этот тип микропористой структуры приводит к тому, что цеолиты имеют чрезвычайно большую внутреннюю поверхность по отношению к их внешней поверхности (Bosch, P.y Schifter, I. 1997). Meier, W.M. 1968, предложил структурную классификацию цеолитов на основе кристаллографических исследований, основанную на существовании 8 вторичных строительных блоков.

Тенденция к микропористости и структурные характеристики этих материалов (1) позволяют переносить вещества между внутрикристаллическим пространством и окружающей средой; этот перенос обусловлен диаметром пор, так что те молекулы, размеры которых ниже некоторого критического значения, которое варьируется от одного цеолита к другому (Demuth, Th. et al. 2000).
Цеолиты можно разделить на:
1
Цеолиты с очень большими порами (θ>9)
2
Целый цеолит с большими порами (6<θ<9)
3
Цеолит со средними порами (5<θ<6)
4
Мелкопористый цеолит (3<θ<5)
Факт наличия различных молекулярных диаметров дает цеолитам очень своеобразные свойства, используемые в промышленности, известные как геометрическая избирательность или избирательная форма.

Тетраэдры [AlO4]5- индуцируют отрицательные заряды в структуре, которые нейтрализуются обменными катионами. Эти катионы, вместе с молекулами воды, занимают внутрикристаллическое пространство этих алюмосиликатов.
Общие характеристики цеолитов следующие:
Диаметр пор: от 2 до 12 ангстрем
Диаметр полостей: от 6 до 12 ангстрем (в некоторых достигает 18 ºA)
Внутренняя поверхность: несколько сотен м2
Катионообменная емкость: от 0 до 650 мег/100 г
Адсорбционная способность: <0.35 см3 / г
Термостойкость: от 200 ° до более 1000 ° С
(2) Обмен ионов в цеолитах зависит от нескольких факторов, среди которых можно выделить (Sherry, HS 2003):

- Характер катионных видов, главным образом, их заряд.
- Температура.
- Концентрация катионных частиц в растворе.
- Размер иона и его заряда.
- Вид анионов, связанных с катионом в растворе.
- Растворитель (большинство обменов производится в водном растворе, хотя иногда используются органические растворители).
-Структурные характеристики цеолита в частности.

(3) Селективность цеолита для определенных ионов основана на эндо-экзотермических реакциях при гидратации катионов, участвующих в процессе ионного обмена. Чабазит, клиноптилолит и морденит, которые имеют высокое соотношение Si / Al, могут избирательно обменивать свои катионы на большие катионы, такие как Cs+, Rb+, K+, NH4+, Na+,Ba2+ или Sr2+.

Это явление связано с эндо-экзотермическими реакциями при гидратации катионов (теплота гидратации), то есть: Ha (Cs+) = -280 кДж / моль; Ha (Rb+) = - 312 кДж / моль; HA (NH4+) = -326 кДж / моль; Ha (K+) = -339 кДж / моль; HA (Na+) = -423 кДж / моль; На (Ва2+) = -1339 кДж / моль и На (Sr2+) = -1477 кДж / моль. Эндо-экзотермическая реакция ионного обмена может быть вычислена по формуле:

Q = АХ - DH

где:
-ΔH: это теплота, полученная в цеолите в процессе обмена катионов.
-DH: разница между теплотами гидратации обменных катионов.

Таким образом, в цеолитах с высоким отношением Si / Al теплота ниже теплоты, вырабатываемой в растворе, и поэтому цеолит выборочно обменивает катионы с низкой теплотой гидратации (Olguín, М. 2003).

Характеристики пор цеолитов очень важны при определении их значимости, а закономерность их структуры используется для отсеивания молекул, улавливания соединений и поглощения газов (Pavelic, К. , Hadzija, М., 2003). При ионном обмене можно изменять размер каналов, через которые циркулируют молекулы, и фиксировать металлы со специфическими химическими свойствами в некоторых из этих положений.

Цеолиты, в отличие от других тектосиликатов (d = 2,6-2,7 г / см3), имеют открытые структуры (d = 2,1-2,2 г / см3); объем пустого пространства может достигать 50%. Каждый цеолит имеет характерную структуру и, следовательно, определенные физические и химические свойства.

(4) Очень большие молекулы проходят вокруг частицы и не адсорбируются (эффект молекулярного сита). Адсорбционная поверхность может достигать сотни квадратных метров на грамм; некоторые цеолиты увеличивают до 30% от сухой массы, адсорбируя газы.

(5) В дополнении к адсорбции по размеру происходит адсорбция путем дипольной аффинности из-за распределения зарядов в каналах сухого цеолита; некоторые цеолиты адсорбируют СО2 (полярный), а не CH4 (неполярный), тем самым они могут очищать природный газ и повышать его теплотворную способность.

Селективная адсорбция воды из сухого цеолита больше, чем любая адсорбция газа или жидкости. Для этого свойства некоторые цеолиты используются в качестве адсорбентов в процессах хранения солнечной энергии.

(6) Катионный обмен является одним из основных свойств, присущих цеолитам: обменные катионы слабо связаны с тетраэдрической структурой и могут быть легко удалены путем промывки более сильным катионным раствором.

Обменная емкость многих цеолитов достигает от 2 до 3 мег/г, примерно вдвое больше, чем у бентонитовой глины; это свойство является функцией степени замещения Si4+ Аль3+ в структуре; то есть, чем выше эта скорость, тем больше дефицит положительных зарядов, и тем больше количество щелочных или щелочно-земельных катионов, необходимых для нейтрализации суммарного заряда.

Существуют и другие факторы, которые также вмешиваются: например, некоторые катионы занимают структурные позиции, их нелегко изменить, в других случаях катионы слишком велики для прохождения через каналы и не обмениваются (в анализе Na+ почти полностью обмениваются на Rb+ , ионный радиус 1,49 Å, , но не допускает Cs+, ионный радиус 1,65 Å).

Катионы с высоким энергетическим полем (очень поляризующиеся) гидратируются, поэтому их подход к цеолитовой структуре очень затруднен (в отличие от некристаллических катионитов, таких как органические смолы или алюмосиликатные гели). Поэтому неполяризующие катионы (большие и низкие заряды) обменивается лучше.
2. Механизм действия биологически активных аминокислот (AA) INAGROSA, с низкой молекулярной массой, адсорбированных цеолитами.
Экспериментально исследован механизм действия аминокислот, полученных INAGROSA в процессе клеточного биосинтеза и практические результаты их применений подтверждены 30-ти летним опытом их использования в сельском хозяйстве и животноводстве. С другой стороны, на основе обширных знаний химико-физических свойств цеолитов, полученных в результате исследований, проводимых в последние 35 лет научно-исследовательскими группами по всему миру, дают нам надежную основу для понимания их взаимодействия, когда АА адсорбируются цеолитами и результатов применения этого нового биоудобрения: Цеолиты + АА, особенно в качестве экологических питательных веществ для сельскохозяйственных культур.
Особенно следует отметить то, что остальные аминокислоты, присутствующие на рынке, полученные с помощью любого из следующих процессов: химический синтез, кислотный или ферментативный гидролиз, или путём ферментации с использованием природных или ГМО (генетически модифицированных микроорганизмов), не вступают во взаимодействие с цеолитами, поскольку размер их молекулы больше, чем размер пор кристаллической структуры цеолитов, и они не проникают внутрь этих пор, и единственное, что происходит, это было указано выше - это «молекулярное сито».
Стоит подчеркнуть, что аминокислоты, полученные в соответствии с технологией INAGROSA, и поскольку размер их молекул равен или меньше 10 ангстрем, имеют низкий молекулярный вес и интенсивную биологическую активность (СОО; NH3 +) , они легко проникают в микроскопические поры и активно участвуют в электронно-ионных процессах внутри цеолитов, как это наблюдалось экспериментально в лаборатории.

В настоящее время наиболее важные исследования и испытания проводятся в Российской Федерации, Украине, Польше, Португалии, странах Персидского Залива.

Основные механизмы взаимодействия, возникающие при обогащении цеолитов и аминокислот (AA), производимых INAGROSA , заключаются в следующем:

A) АМИНОКИСЛОТЫ INAGROSA

Биологически активные аминокислоты INAGROSA характеризуются следующим:

  1. Низкий молекулярный вес (полученный методом INAGROSA ,составляет менее 500 DA) и очень маленький размер молекул. В настоящее время, с использованием нанотехнологий «Self Assembly down-top», размер молекулы Nomar уменьшается до 5 ангстрем.
  2. АА растворимы в воде.
  3. Аминокислоты в форме «цвиттерион» в водном растворе, включают в себя широкий диапазон значений рН. Поэтому Н2 группы СООН легко переходят в небольшую гидратированную группу, где молекулы воды являются добавленными и индуцированными последовательностями в H2N-R-COOH<--------> + H3N-R-CO2_
  4. В хроматографе с использованием растворителя бутиловый спирт – вода - уксусная кислота с соотношением в системе 4: 1: 5; коэффициент распределения Rf составляет около 0,45.
  5. В электрофоретическом поле 1500 В, с рН 3,8 , ионной силе 0,1 , и плотностью 1,2 мА / см, эти компоненты движутся по направлению к аноду (+4 см).
  6. Их диализ можно провести через проницаемую мембрану.
Когда мы говорим о свойствах базовых кислот наших аминокислот, обозначаемых термином: Цвиттерион.

Цвиттерион является биполярным ионом , который способен одновременно переносить как положительные, так и отрицательные заряды, лучшим примером которых являются аминокислоты, которые имеют основную группу NH2 и кислотную группу СООН. Обычно происходит, что Н группы СООН (карбоновая кислота) мигрирует в группу NH2, и этот переход известен как биполярный момент.

В) СВОЙСТВА ЦЕОЛИТОВ


Главным образом те, которые указаны в пунктах (2) и (3) стр. 7; (5) стр. 8 и пункт (6) стр. 9 настоящего отчета.

Если объединить свойства А) и В) и их активацию, обусловленную высоким коэффициентом катионного обмена цеолитов, которые индуцируются путем применения комбинации цеолита + AA с почвой, по разности потенциалов, которая существует в ближней зоне, до микроворсинок корневой системы растений, легко выводится последовательность высвобождения, которая образуется из микропор цеолита АА, нагруженного ионами N, P, K и микроэлементов, которые транспортируют AA, являясь отличными носителями этих ионов, вплоть до зоны микроворсинок, обеспечивая таким образом питание растения, когда оно ему необходимо, с максимальной эффективностью.

Кроме того, можно сделать вывод, что эффективность питания максимальна, поскольку потребляется 100% используемых макро- и микроэлементов, в отличие от химических удобрений, когда она используется в пределах лишь 30% -35% от всех применяемых макро- и микроэлементов, в дополнение к хорошо известным отрицательным эффектам химических удобрений в долгосрочной перспективе их применения.

Основываясь на этих выше перечисленных свойствах А и В становится очевидным, почему INАGROSA, среди различных питательных веществ, которые она производит и которые были протестированы, рекомендует именно NATURCARE, как наиболее эффективный продукт в сочетании с цеолитами, состав которого: N (6 %); Р205 (5%); K20 3%, АА и биоактиваторы - является лучшим заменителем используемых в настоящее время химических удобрений.

INAGROSA в сотрудничестве с Центром исследования стран Персидского залива в последние годы производит испытания с диатомами, обогащенными АА, в пустынях с частыми песчаными бурями огромного разрушительного эффекта. Эти испытания направлены на создание условий для выращивания различных культур растений, восстановление лесов, сохранение водных ресурсов и создание условий для их постепенного высвобождения для растений, с целью замены диатомов на цеолиты, поскольку последние более распространены в природе и обладают гораздо лучшими свойствами.

3. Эффект и механизм действия цеолитов, обогащенных АА, в питании растений, обладающих большими преимуществами по сравнению с химическими удобрениями.
Огромные перспективы открывает использование модифицированного природного цеолита, как носителя биостимуляторов. При данном сочетании возникает значительный синергетический эффект, когда уникальные свойства биостимуляторов в сочетании с активными свойствами цеолита, который сам по себе довольно широко используется в сельском хозяйстве, позволяют получить действительно значительный результат. Эффект механизма действия цеолитов + АА , как описано в предыдущих пунктах, при суммировании свойств АА INAGROSA и цеолитов с высоким катионообменным коэффициентом, следующий:

3.1. Значительное увеличение урожая любых культур и на всех типах почв. Это увеличение будет тем выше, чем хуже условия почвы.

3.2. Улучшение в среднесрочной и долгосрочной перспективе плодородия почв (особенно в пустынях), на которых применяется новое удобрение, являющееся результатом комбинации Цеолиты + АА.

3.3. Важная экономия для фермерских хозяйств при использовании этого нового биологического удобрения, его конкурентоспособной цены и эффективности питания почти на 100% по сравнению с используемыми до сих пор дорогостоящими химическими удобрениями, и максимальным их потреблением растениями лишь в пределах 30- 35%.

3.4. Данное удобрение оказывает положительное влияние на физико-химические и агрохимические свойства почвы, оптимизируя их структурное состояние и кислотно основной режим, а также фосфорное и кремниевое питание культурных растений, что в итоге продуктивно сказывается на их урожайности и качестве получаемой продукции.

3.5. Для повышения устойчивости растений к болезням, атакам вредителей, засухе и почвенным патогенам.
4. Преимущества нового биологического удобрения для восстановления и улучшения почв в разных странах с экологически ориентированным сельским хозяйством.
Во многих странах национальным богатством является земля, и которые могут стать мировыми производителями органических сельскохозяйственных продуктов (Зельднер Алексей - доктор экономических наук, профессор) , в приложении его недавняя публикация «Состояние сельскохозяйственных земель ».

Во многих опубликованных докладах излагаются проблемы, решение которых является насущной задачей для сельского хозяйства.

Некоторые из них имеют структурный тип, другие более связаны с дисбалансом в обработке почв, т.к. некоторые едва ли удобряются , в то время как другие, наиболее плодородные, получают химические удобрения в таком избытке за последние 80 лет, что создали экологические проблемы, вызванные их чрезмерным внесением в почву.

A) СТРУКТУРНЫЕ ПРОБЛЕМЫ:

A.1.- Разрушающие факторы, которые предопределили ухудшение использования земельных ресурсов в мире.

Мнения ученых о структурировании деструктивных факторов, которые предопределили ухудшение использования с/х земель во многих странах , как правило, не совпадают.

Приведем наиболее общепринятые:

  • Недостаточная капитализация в сочетании с сокращением количества доступных удобрений с плохой комбинацией NPK и сокращением орошаемых земель.
  • Полная забывчивость со стороны лиц и организаций, участвующих в аграрном производстве, экологического баланса в структуре сельскохозяйственных земель.

А.2) Проблемы обработки почвы, экологичности и низкой урожайности сельскохозяйственного производства.

Однако, с таким предложением земельных и трудовых ресурсов, аграрный сектор в целом является гораздо низко-прибыльным , чем в более развитых странах.

Эта низкая производительность связана с:

i) Сильное ухудшение состояния сельскохозяйственных земель.
ii) Значительное сокращение инвестиций и капитализации.
iii) Отсутствие материально-технической поддержки сельского хозяйства

i) Согласно официальным данным, за последние 25 лет содержание гумуса в почве уменьшилось в среднем на 20%, с потерей 620 кг / га / год гумуса на пахотных землях, в некоторых странах мира, но особенно в плодородных регионах, где кроме того увеличилось использование очень агрессивных химических удобрений для этих экосистем, делая основную ставку на монокультуры и уходя от практики севооборота.

Эти практики приводят к неуклонному снижению доходности, и к этому можно добавить и другие проблемы, такие как неэффективность, связанная со структурой сельскохозяйственного сектора:

  • Мелкие фермеры слишком малы ,а крупные фермы слишком велики.
  • «Наряду с сокращением площади сельскохозяйственных земель, площади орошаемых земель снижаются, отрицательный баланс гумуса на пахотных землях растет, происходит все более значительное загрязнение почв тяжелыми металлами и качество пахотных земель постоянно снижается. Если в 1990 году доля пахотных земель с более высоким уровнем кислотности была 28,2%, то в 2018 году этот показатель уже достиг уровня 38%.» (Проф. Зельднер Алексей)
  • Очень высокий процент мелких фермеров не применяет никаких химических удобрений, а только лишь небольшое количество органических удобрений, компоста из отходов животных, который к счастью, не содержит токсичные отходы химических веществ, но их урожайность очень низкая на уровне самообеспечения. Уместно напомнить, что по европейским нормам допустимо вносить навоз от 2 коров на 1 га угодий, не более. Примитивные системы паводкового орошения все еще используются, направляют воду по канавам и т.д.; без применения современных мелиорационных технологий.

С другой стороны, в крупных хозяйствах происходит противоположное явление, высокие дозы химических удобрений для получения высоких урожаев, но с огромным экологическим ущербом на плодородных землях (черная земля), современные ирригационные технологии и оборудование на самолетах, вертолетах, и даже прецизионное сельское хозяйство .

б) Инвестиции и Капитализация

В июле 2011 года чешско-голландский фонд приобрел компанию RAV Аgro-Pro, которой принадлежит 160 000 га земли в плодородном регионе Черных земель. Его целью было получение прибыли в размере 400% . Чтобы добиться этого, они активизировали использование химических удобрений, уделяя особое внимание производству зерна и зерновых культур по более низкой цене, чем международная, экспортируя практически все производство, отказываясь от севооборота.

В краткосрочной перспективе эта политика может представлять собой валютный доход, но в среднесрочной и долгосрочной перспективе это приведет к потере плодородия и ухудшению плодородных земель.

Избегая этих негативных аспектов в экосистемах и сельскохозяйственных почвах, с такими формами инвестиций в сельскохозяйственный сектор, мы намерены использовать новые биоудобрения на основе цеолитов + АА и которые, в свою очередь, могут быть доступными для мелких фермеров.

Решение части выявленных проблем сельского хозяйства можно было бы решить путем продвижения в аграрном секторе биологического удобрения, полученного из цеолиты + АА, и более конкурентоспособного по стоимости, чем химические удобрения.

5. Описание химико-физического процесса адсорбции аминокислот цеолитами.
5.1.- химико-физический процесс адсорбции АА INAGROSA цеолитами.

Процесс адсорбции АА INAGROSA цеолитами, в основном, основан на свойстве, полученном аминокислотами в водном растворе, благодаря своей особой химической характеристике, присущей амфотерным, ведут себя как дипольный ион («цвиттерион» ), в зависимости от рН раствора и в то же время на большой катионной способности цеолитов.

Аминокислоты в форме «цвиттерион», в водном растворе, включают в себя широкий диапазон значений рН.

Поэтому Н2 одной группы СООН легко переходит в небольшую гидратированную группу, где молекулы воды являются последовательностями, добавленными и индуцированными в H2N-R-COOH<--------> + H3N-R-CO 2.

Процесс адсорбции завершается, как описано в пунктах 1 и 2, путем подбора размера молекулы активного материала NOMAR, основы всех продуктов с AA INAGROSA, совпадающего с размером микропор, существующих между тетраэдрами кристаллической структуры цеолитов.

Совпадение размеров молекул АА <> микропоры, не встречается ни в каком другом коммерчески доступном продукте, содержащем аминокислоты, которые получены другими способами, отличными от INAGROSA.

6. Основные Экономические, Экологические и Агротехнические Преимущества.
Экологические преимущества уже упоминались в предыдущих пунктах.

В качестве основного экологического преимущества можно отметить, что продукты на основе цеолитов, обогащенных АА, представляют по своему природному происхождению специальные биологические удобрения, которые улучшают плодородие почв. К этому свойству добавляются СИНЭРГИЧЕСКИЕ результаты взаимодействия цеолитов и АА .

Экономические преимущества очевидны, потому что производственные издержки гораздо ниже, чем у химических удобрений и более низких доз в кг / га, в различных культурах , что представляет значительную экономию, позволяющую покупать новый продукт мелким фермерам, которым не по карману использование химических типа NPK из-за их высокой стоимости .

Результаты полевых испытаний, проводимых в настоящее время в Польше, Украине, Испании, странах Персидского Залива, России позволят нам узнать все экономические и агрономические преимущества нового продукта.