Репозиторій ЧДТУ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________  
          «Допущено до захисту» 
     Завідувач кафедри  д.т.н., 
професор 
    _________Геннадій СТОЛЯРЕНКО 
                                                          «____»  _________________2023р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ КОМПЛЕКСНОЇ ПЕРЕРОБКИ 
ВУГЛЕЦЕВОВМІСНИХ СПОЛУК В БІОПРОДУКТИ, РІДКЕ ТА 
ГАЗОПОДІБНЕ ПАЛИВО. 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
__________ Геннадій СТОЛЯРЕНКО __________ Євгеній ГОНЧАРЕНКО  
  
  
  
  
  
  
      Нормоконтроль                         Наталія ФОМІНА 
  
 
Черкаси 2023 
 
ВСТУП 
  
Мігістерська робота присвячена дослідженню процесів комплексоної 
переробки вуглецевовмісних сполук в біопродукти, рідке та газоподібне 
паливо. 
Спалювання торфу не завжди ефективне і доцільне, оскільки в ньому 
міститься велика кількість сполук, на основі яких можливе одержання 
широкого класу продуктів, що застосовуються в різних галузях.  
Відоме застосування торфу і продуктів його переробки в рослинництві 
як добрива і стимуляторів росту рослин, у тваринництві як кормова добавка, 
так само продукти з торфу застосовують як агенти для детоксикації, які 
зв'язують важкі метали та нафтопродукти.  
Основними носіями біологічної активності в торфі вважають гумінові 
речовини, а целолігнін, що залишився при цьому, практично не піддається 
переробці, що робить проблему його застосування та утилізації актуальною.   
Економічна ефективність переробки торфу можлива тільки за 
комплексного підходу з отриманням широкого асортименту продуктів. 
Комплексний підхід передбачає поділ торфу за фракційно-груповою ознакою 
і використання кожної фракції як сировини при виробництві конкретних 
продуктів. Торф за фракційно-груповим складом, можливо, розділити на 
гумінові речовини, легко- і важкогідролізовані речовини та лігнін.  
 Дослідження, раніше проведені автором, показують можливість 
електрохімічного синтезу хелатних сполук заліза з гуміновими кислотами, 
які доцільно використовувати як кормову добавку.   Одним зі способів 
утилізації целолігніну торфу може бути біотехнологічний спосіб, що 
ґрунтується на одержанні біомаси мікроорганізмів з подальшою її 
переробкою на біопродукти, зокрема мікробний білок та адсорбенти 
мікотоксинів, які використовуються під час годівлі тварин.  
 У зв'язку з цим комплексне перероблення торфу з отриманням 
біопродуктів для годівлі тварин є вельми актуальним.  
Мета даної роботи - розробка технології комплексної переробки торфу 
з отриманням біопродуктів.  
Для досягнення мети вирішувалися такі завдання:  
- розробити спосіб розділення торфу на гумінові речовини та 
целолігнін, придатні для отримання біопродуктів на їх основі;  
- розробити спосіб отримання гумату заліза, придатного для 
застосування як біопродукт;  
- дослідити дисперсний склад і властивості гумату заліза;  
- розробити спосіб біоконверсії целолігніну торфу з отриманням 
біопродуктів;  
- розробити технологію комплексної переробки торфу з 
отриманням біопродуктів: гумату заліза, адсорбенту мікотоксинів і 
кормового білка.  
Наукова новизна: Уперше показано можливість синтезу гумату заліза з 
гумінових речовин торфу електрохімічним способом. Визначено вплив 
густини струму та тривалості електрохімічного синтезу на утворення сполук 
гумінових речовин торфу із залізом. Встановлено технологічні параметри 
електрохімічного синтезу гумату заліза.  
Показано, що електрохімічний спосіб отримання гумату заліза дає 
змогу одержувати агломерати з меншими розмірами частинок і відповідно 
більш розчинні, порівняно з вихідним гуматом натрію.  
Термогравіметричними дослідженнями показано, що структура гумату 
заліза, отриманого електрохімічним способом, аналогічна структурі гумату 
заліза, отриманого хімічним способом, але більш схильна до розкладання, що 
покращує його засвоєння.  
Уперше показано можливість біоконверсії целолігніну торфу 
міцеліальним грибом Trichoderma reesei M18 методом твердофазної 
ферментації. Встановлено, що попередня бісульфітна обробка целолігніну 
торфу сприяє підвищенню целюлазної та ксиланазної активності 
міцеліального гриба Trichoderma reesei M18 і синтезу кормового білка.  
Практична значущість: Розроблено технологію комплексної переробки 
торфу, яка передбачає одержання гумату заліза електрохімічним способом, 
біоадсорбенту мікотоксинів і кормового білка.  
У технології передбачено електрохімічну регенерацію гідроксиду 
натрію, застосовуваного для розділення гумінових речовин і целолігніну 
торфу. Запропоновано електромагнітне перемішування під час екстракції 
гумінових речовин, що дає змогу знизити енерговитрати на розділення 
гумінових речовин і целолігніну торфу.   
Проведено дослідні вироблення гумату заліза, біоадсорбенту 
мікотоксинів і кормового білка. У результаті проведених випробувань гумату 
заліза, отриманого електрохімічним методом, на тваринах, показано, що 
гумат заліза має профілактичну і протианемічну дію за аліментарних 
мікотоксикозів тварин.   
Встановлено, що біоадсорбент мікотоксинів, отриманий із клітинних 
стінок міцеліального гриба Trichoderma reesei M18, вирощеного на 
целолігніні торфу, має виражену адсорбувальну здатність до Т-2 мікотоксину 
та може бути рекомендований для застосування у тваринництві та 
птахівництві як адсорбент для профілактики Т-2 мікотоксикозу.  
Одержуваний кормовий білок мікробіологічного походження 
рекомендований як кормова добавка.  
Апробація роботи: Основні положення дисертаційної роботи 
доповідали й обговорювали на міжнародних конференціях: ХІІІ, ХІV 
Міжнародних конференціях молодих учених "Харчові технології та 
біотехнології" (Казань, 2013, 2014), "Біотехнологія: "State of the ART and 
prospects of Development" (Москва, 2015, 2017),  
Міжнародної науково-практичної конференції "Нова наука: 
теоретичний і практичний погляд" (Стерлітамак, 2016), викладено в тезах 
наукової сесії КДТУ (Казань, 2011, 2012, 2014, 2015).  
Основні положення, що виносяться на захист:   
1. Методи інтенсифікації поділу гумінових речовин і целолігніну 
торфу, що дають змогу знизити матеріальні та енергетичні витрати;  
2. Електрохімічний спосіб отримання гумату заліза для 
застосування в годівлі тварин;  
3. Дисперсний склад і структурні властивості гумату заліза;  
4. Спосіб біоконверсії целолігніну торфу з отриманням 
біопродуктів для годівлі тварин;  
5 Дослідна технологія комплексної переробки торфу з отриманням 
кормової добавки гумату заліза, адсорбенту мікотоксинів і кормового білка 
на основі клітинної стінки міцеліального гриба Trichoderma reesei M18 і 
лігніну.  
  
  
  
  
  
  
  
  
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
  
1 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ 
  
1.1 Торф, запаси торфу, класифікація та склад  
 
Маса світових запасів торфу складе приблизно 500 млрд. тонн. Запаси 
торфу в Україні становлять 2,04 млрд. тонн [5].  
Торф - відкладення органічного походження, що складаються із 
залишків болотних рослин (листяних і хвойних дерев, чагарників, трав, 
мохів), які зазнали неповного розкладання за недостатнього доступу повітря. 
Крім великого розмаїття вельми цінних органічних компонентів, у торфі 
містяться також і різні неорганічні сполуки [1].  
Сприятливі умови для накопичення торфу виникають там, де рельєф, 
геологічна будова і клімат сприяють утворенню озер і боліт.  
Тому найбільше торфовищ у росії, в Канаді та на півночі США, на 
півночі та північному заході Європи. Також великі площі торфу можна 
зустріти у вологих регіонах Південно-східної Азії, в екваторіальних областях 
Африки і Південної Америки. Торф'яні родовища по земній кулі 
розподіляються нерівномірно відповідно до кліматичних і ґрунтово-
ботанічних зон [2].  
Відкладення органічної речовини за рівнем скупчення в природі 
можуть бути мало-, середньо- і висококонцентрованими. Це зумовлено 
відсотковим співвідношенням органічної речовини та мінеральних 
компонентів.  
Хімічний склад рослин різний. У межах одного виду він практично 
залишається незмінним від покоління до покоління. Зміни, пов'язані з 
екологічними факторами, невеликі і, як правило, не впливають на хімічний 
склад торфу, що утворюється [3].   
Розкладання рослинних решток і накопичення торфу в умовах боліт 
відбувається завдяки життєдіяльності мікроорганізмів. Інтенсивність 
розкладання залежить від хімічного складу рослин. Найбільш сприятливим є 
співвідношення макроелементів - C:N:S:P = 100:8:1:1,2, воно визначає 
доступність органічного субстрату для подальших перетворень 
мікроорганізмами [3].  
Під час формування торфу органічні речовини рослин-
торфоутворювачів перетворюються з утворенням речовин, які 
характеризуються складною структурою й об'єднуються під загальною 
назвою гумусових речовин. Гумінові кислоти - компонент цієї групи, 
темнопофарбовані органічні сполуки, які екстрагуються слабкими розчинами 
лугів і випадають в осад при додаванні мінеральних кислот.   
Вміст гумінових кислот у різних видах торфу різний. Найменша їхня 
кількість притаманна слаборозкладеним сфагновим торфам (ступінь 
розкладання 5-25 %), найбільша - добре розкладеним низинним видам торфу 
(70-80 %). Гумінові кислоти, як і інші сполуки гумусових речовин 
(фульвокислоти, гуміни), не містяться в живих рослинних тканинах, але 
завжди присутні в мінеральних ґрунтах, торфах, вугіллі, оскільки є 
продуктами вторинного синтезу з простих органічних сполук, що 
утворюються в результаті мікробіологічного розкладання рослинних тканин 
[4].  
Тверду речовину торфу представлено рослинними залишками, що не 
повністю розклалися, і продуктами їхнього розпаду у вигляді темної 
аморфної речовини, яка втратила клітинну структуру (гумусу), та 
мінеральних речовин. Елементарний склад відображає природу вихідного 
матеріалу [3].  
Вид торфу відображає вихідне угруповання рослинності та умови 
свого утворення, характеризується ботанічним складом, зольністю, вмістом 
гумусу та іншими властивостями [6].  
У прийнятій класифікації торфу виділено 40 видів, розділених на три 
типи: низинний, перехідний і верховий, з характерним мінеральним 
живленням рослин-торфоутворювачів. У кожному типі виділено три підтипи: 
лісовий, лісотоп'яний і топ'яний. У підтипах виокремлено групи: у лісовому - 
деревна, у лісотоп'яному - деревно-трав'яна і деревно-мохова та в багнистому 
- трав'яна, трав'яно-мохова і мохова.  
До назви торфу входять тільки ті торфоутворювачі, кількість яких 
становить не менше 20 %. У разі, коли торф утворений не одним, а кількома 
торфоутворювачами, то всі торфоутворювачі входять до назви торфу, якщо 
їхня кількість становить не менше 20 % [7].  
Встановлено, що основні властивості торфу формуються ним у 
торфогенному шарі й залежать від рослинної складової [8].  
Така видова оцінка торфу збігається з хімічними відмінностями, 
наприклад, за вмістом у рослинах-торфоутворювачах целюлози, що дає змогу 
оцінювати можливість хімічного та агрохімічного використання торфу [9].  
Склад торфу має важливе значення для переробки. Торф за фракційно-
груповим складом можна поділити на гумінові кислоти, фульвокислоти, 
бітуми, легко- і важкогідролізовані речовини, лігнін. На основі компонентів 
торфу можна отримувати широкий клас різноманітних продуктів.   
Торф різних регіонів відрізняється за складом. Показано, що на відміну 
від європейського торфу, західносибірський торф відрізняється за вмістом 
азоту, сірки, водорозчинних, легкогідролізованих і гумінових речовин. Дано 
оцінку властивостей типових видів торфу як хімічної сировини [15].  
До складу торфу входять компоненти, що мають біологічну активність. 
Інішевою Л. І встановлено наявність усіх груп БАР у торфі: фенольних 
сполук, флавоноїдів, фенолкарбонових кислот, дубильних речовин, 
кумаринів і полісахаридів. Рекомендовано використовувати в медичній 
практиці низинний деревно-трав'яний торф [10].   
Одним із важливих критеріїв вибору торфу як сировини для 
виробництва гумінових препаратів є вміст і фракційний склад ГВ, зокрема 
вміст гумінових кислот (ГК). Іншим не менш важливим фактором при виборі 
торфу для виробництва біологічно активних гумінових препаратів є 
біологічна активність. Один і той самий торф може виявляти різні види 
біологічної активності, що різняться як за величиною, так і за спрямованістю 
дії [11-13].   
Вивчено елементний склад у системі: рослини - торфоутворювачі - 
торф'яний поклад - болотні води, і комплексно оцінено торф'яну сировину 
для отримання продуктів на основі її гідролізату.  
У гідролізатах торфу виявлено широкий спектр карбонових кислот, 
амінокислот, гумінових речовин та інших сполук. На основі продуктів 
гідролізу та хімічної ідентифікації отримано цінні препарати для лікування 
шкірних, стоматологічних і гінекологічних захворювань [14].  
  
1.2 Області застосування торфу  
 
Торф має широке застосування в найрізноманітніших сферах 
діяльності. Його широко використовують у рослинництві, тваринництві, 
енергетиці, медицині та біохімії, біотехнології.  
Нині стан сільського господарства України вимагає всіх наявних 
місцевих резервів, зокрема й насамперед торф'яних як найдешевших та 
найефективніших у підвищенні родючості ґрунтів гумідної зони.   
  
1.2.1 Торф як біопаливо  
 
Відомо про зростаючу роль торфу як чинника екологічної безпеки, 
описано екологічні функції торф'яно-болотних комплексів і наслідки 
техногенного впливу на них фрезерного способу видобутку, показано 
екологічну доцільність удосконалення технологій і засобів видобутку торфу 
[15].  
Використання торфу як палива при його спалюванні є більш екологічно 
безпечним, ніж вугілля, мазуту і сланцю. Так, під час спалювання торфу 
відбувається зниження забруднення атмосферного повітря викидами оксидів 
сірки порівняно з вугіллям у 2-4 рази, сланцем - у 9 разів, мазутом - у 6 разів.   
В Україні є об'єктивні ресурсні, соціально-економічні та екологічні 
передумови для широкомасштабного використання торфу, біомаси, енергії 
вітру та інших джерел енергії. На її частку припадає 47 % від усіх світових 
запасів торф'яної сировини [16].  
Застосування торфу як палива зумовлюється його складом. Він містить 
велику кількість вуглецю, незначну кількість шкідливих негорючих опадів і 
домішок. По суті, це молоде вугілля. Основними недоліками цього виду 
палива є нижча, ніж у вугілля, енергетична калорійність і труднощі 
спалювання через високу вологість. Перевагами торфу як палива є його 
низька собівартість та екологічна чистота згоряння.  
Розширення використання малих видів паливно-енергетичних ресурсів, 
включно з торфом, декларуються в розділі "Використання поновлюваних 
джерел енергії та місцевих видів палива" енергетичної стратегії України на 
період до 2030 року [17-19].  
Доступність розробки торфу, наявність промислових технологій, що 
поєднують процес видобутку копалини з її зневодненням, а також дієвість 
систем штучного сушіння з подальшим брикетуванням або палетуванням 
роблять торф'яне паливо конкурентоспроможною альтернативою 
традиційним енергоносіям.  
Нині технологія видобутку торфу пошаровим фрезерним способом 
зазнає значних труднощів через низьку якість продукції, ненадійність 
постачання споживачеві, а також високий рівень пожежонебезпеки, 
природоохоронних та економічних ризиків [20].  
За використання наявних технологій видобутку торфу та виробництва 
торф'яної продукції негативний вплив на довкілля зростає буквально з 
початком проведення осушувальних заходів під час підготовки торф'яних 
покладів до експлуатації за рахунок зміни водно-теплового режиму. Починає 
розвиватися порушення водного балансу прилеглих навколишніх територій, 
яке з часом простягається на відстані від 2 до 10 км. Розвиваються процеси 
підвищеного розкладання органічної речовини торфу, що сприяє виносу 
продуктів розпаду дренажними стоками [21, 22].  
Використання торфу пов'язане з низкою проблем: значно менший об'єм 
одиничних покладів; суттєва розрізненість покладів; необхідність 
попереднього оброблення торфу перед його використанням як палива 
(сушіння, пресування), що потребує додаткових витрат; менша калорійність, 
як порівняти з вугіллям, що підвищує транспортні витрати під час 
доправлення торфу від місця видобутку до місця споживання [23-25].  
З усього вищеописаного можна зробити висновки, що з погляду 
екології, торф є найкращим видом палива, тому що під час його спалювання 
практично не утворюються шкідливі викиди, а зола, яку отримують, 
придатна для використання як добриво. Водночас використання торфу 
пов'язане з певними проблемами, такими як викид золи і сажі в атмосферу 
під час спалювання торфу, а також порушення екосистеми внаслідок 
видобутку торфу в промислових масштабах.   
Таким чином, доцільне використання торфу як палива є складною 
проблемою, пов'язаною з розв'язанням низки суперечливих економічних, 
соціальних, організаційних та екологічних завдань.  
  
1.2.2 Застосування торфу та продуктів його переробки в сільському 
господарстві  
 
 Сільське господарство є найбільш широкою сферою для застосування 
продуктів переробки торфу. У рослинництві продукти переробки торфу 
застосовуються як добрива, вони мають широкий спектр впливу на ґрунт і 
рослини. Основною діючою речовиною в торфі є гумінові речовини, на їхній 
основі виробляють безліч препаратів, які вирішують різні завдання.  
Гумінові речовини виконують цілий набір важливих біосферних 
функцій. До їх числа належать структуроутворювальна роль у ґрунті [26], 
накопичення поживних елементів і мікроелементів у доступній для рослин 
формі [27], регулювання геохімічних потоків металів у водних і ґрунтових 
екосистемах [28].  
Використання торфу в кормові раціони не ґрунтується на забезпеченні 
тварин енергією, але позитивно позначається на їхньому здоров'ї, оскільки 
торф і препарати на його основі мають широкий спектр корисних ефектів на 
організм. Стимулюючий вплив на травлення, зміцнення імунної системи 
тварин, абсорбуючі та детоксикуючі можливості є найбільш 
обговорюваними. Ці позитивні ефекти пов'язані з високим вмістом у торфі 
гумінових кислот та інших органічних і неорганічних речовин. Виражена 
гетерогенність різних типів торфу спричинена різними біологічними, 
хімічними, фізичними та геологічними умовами в процесі формування 
торфу. Біологічна активність різних препаратів торфу зумовлена не тільки 
хімічним складом і фізико-хімічними властивостями торфу, але також і 
способами застосування [29].  
  
1.2.2.1 Застосування в рослинництві  
 
У науковій літературі описано такі можливі механізми впливу 
гумусових кислот на ріст і розвиток рослин [30]:  
 збільшення кількості доступного заліза за рахунок утворення залізо-
гумусових комплексів;  
 зміна поглинання 2-х і 3-х валентних катіонів (Ca2+ , Mg2+ , Fe3+ , Al ); 3+ 
 полегшення іонного обміну між протоплазмою і ґрунтовим розчином;  
 вплив на в'язкість і колоїдну структуру протоплазми;  
 вплив  на проникність клітинної  мембрани:  у  високих 
концентраціях гумусові кислоти можуть пошкоджувати клітинну 
мембрану;  
 безпосереднє поглинання гумусових кислот клітинами; ФК можуть 
поглинатися більшою мірою, ніж ГК;  
 взаємодія з ферментами: ферменти можуть вбудовуватися в молекули 
гумусу, надаючи їм ферментативної активності; ФК у цьому 
відношенні активніший, ніж ГК.  
Внесення гумінових добрив поліпшує фізичні, фізико-хімічні 
властивості ґрунтів, їхній повітряний, водний і тепловий режим. Гумінові 
речовини, обволікаючи, склеюють між собою мінеральні частинки ґрунту, 
чим сприяють створенню водотривкої грудкувато-зернистої структури, що 
поліпшує водопропускну, водоутримувальну та повітропроникну здатність 
ґрунтів [31].  
Молекули гуматів входять у ґрунтову структуру, адсорбовані форми 
поживних речовин не зв'язуються з ґрунтом, не вимиваються водою і 
перебувають у доступному для використання рослинами стані. Рослини 
використовують ці адсорбовані речовини інтенсивніше, ніж із ґрунтового 
розчину. Гумінові речовини, внесені в ґрунт, сприяють закріпленню в ньому 
поживних елементів і більш раціональному їх споживанню.  
Описано різні властивості гумінових речовин та їхні можливості для 
застосування в сільському господарстві.  
Багатофункціональний біопрепарат "Гуллівер", що являє собою 
комплекс біопестицид-гідрогумат торфу, має фітозахисну та 
фітостимулювальну активність [32].   
До комплексу біопестицид-гідрогумат входить культура P. 
aureofaciens, що зумовлює здатність біопрепарату стримувати розвиток 
захворювань овочевих культур. Було продемонстровано його високу 
біологічну ефективність (68-89 %). Застосування препарату "Гулівер" дало 
змогу знизити поширеність захворювання на 60-80 % і зменшити ступінь 
розвитку хвороби в середньому на 50 %.   
Максимальну біологічну ефективність препарату (89 %) було 
відзначено в разі ураження огірків сірою гниллю. При обробці томатів, 
інфікованих P. сorrugata, біологічна ефективність препарату становила 80 %, 
а ступінь розвитку захворювання знизився з 69 до 5 %, тобто на 64 %.  
Описано захисну дію препаратів на основі продуктів переробки торфу 
на рослини, додавання яких дає змогу підвищити термін зберігання 
рослинної сировини [33].  
Торф'яні препарати, отримані лужним гідролізом сфагнового торфу 
низького ступеня розкладання, використовують як індуктори стійкості 
рослин до грибних інфекцій.   
Застосування препаратів у польових умовах за вирощування пшениці 
позитивно позначається на підвищенні врожайності, поліпшенні якості зерна, 
зниженні ураженості грибними інфекціями. Отримані дані свідчать про 
поліфункціональну дію препаратів, як стимуляторів росту рослин, так і як 
індукторів стійкості рослин від фітопатогенів.  
У роботі Сисоєвої Л.М. та ін. представлено результати випробувань 
гумінових препаратів, отриманих із верхового сфагнового торфу з низьким 
ступенем розкладання, у ролі індукторів стійкості ярої пшениці до кореневих 
гнилей. Їх застосування для обробки насіння та вегетуючих рослин знизило 
ураженість пшениці кореневими гнилями, виключило пригнічення 
протікання мікробіологічних процесів у ризосфері рослин, сприяло 
підвищенню врожайності та збільшенню вмісту клейковини в зерні [34].  
Високі іонообмінні властивості торфу дали змогу створити на його 
основі ефективні органічні та органомінеральні добрива пролонгованої дії 
[35].  
Показано біостимулювальні властивості гумінових кислот та їхній 
вплив на збільшення врожайності та захист рослин [36-41].  
Комплексне органомінеральне добриво гумат калію рідкий торф'яний 
(ГКЖТ) являє собою комплексне органомінеральне добриво у вигляді 
рідкого водорозчинного концентрату темно-коричневого кольору. Основна 
діюча речовина препарату - фізіологічно активні форми калієвих солей 
гумінових кислот (гумати калію). До складу препарату входять також 
амінокислоти, вуглеводи, водорозчинні карбонові кислоти, елементи 
мінерального живлення (азот, фосфор, калій) і мікроелементи [42].  
Сорокіним І.Б. та ін. досліджено багаторічний вплив торфу, внесеного 
в 1988 р. у сірий опідзолений ґрунт, на врожайність сільськогосподарських 
культур та агрономічні властивості ґрунту. Отримано достовірно високі 
прирости врожайності, порівняно з контролем, як за окремими роками, так і 
за даними статистичного опрацювання багаторічних даних [43].  
 Широкого поширення набувають препарати на основі торфу та його 
компонентів у поєднанні з джерелами органічних речовин, що сприяє 
збільшенню біологічної активності ґрунту [44-47].  
  
1.2.2.2 Застосування у тваринництві  
 
Тваринництво є однією з найбільш широких областей для застосування 
продуктів переробки торфу. Додавання торфу в кормові раціони не 
ґрунтується на забезпеченні тварин енергією, але позитивно позначається на 
здоров'ї, оскільки торф має широкий спектр корисного впливу на організм. У 
тваринництві торф використовується як джерело гумінових речовин, що 
мають високу біологічну активність і протизапальну дію [48-50].  
 Показано можливість отримання гумінових препаратів різного 
призначення з низинного деревно-трав'яного, перехідного осокового та 
верхового сосново-ялинового торфу родовища Томської області, які 
володіють певними фармакологічними властивостями [51].  
Здатність гумінових препаратів інтенсифікувати обмінні процеси 
рослинної клітини проявляється не менш ефективно на тваринах. Крім того, 
гумінові кислоти пригнічують ріст патогенних бактерій і плісняви, знижуючи 
рівень мікотоксинів, покращують перетравлення білка і засвоєння кальцію, 
мікроелементів і поживних речовин. Результатом стають висока вгодованість 
та імунітет до хвороб. Покращуючи травлення і засвоєння їжі, гумінові 
кислоти оптимізують стан шлунково-кишкового тракту тварин. Це дає не 
тільки корисний фізичний та економічний ефект, а й також позитивно 
впливає на навколишнє середовище за рахунок зменшення забруднення його 
екскрементами.   
Торф має низькі поживні властивості, проте його використання як 
кормової добавки можливе після попередньої ферментативної або 
механохімічної обробки.   
Важливою властивістю торфу, з точки зору його застосування у 
тваринництві, є антигрибкова активність [52].   
Антигрибкові властивості виділених із торфу гумату натрію 
очищеного, гумату натрію пірофосфату та комплексу гумінових речовин 
досліджували в умовах in vitro. Як тест-культури використовували основні 
збудники грибкових захворювань, що найчастіше зустрічаються: 
Trychophyton rubrum, Trychophyton mentag-rophytes, Microsporium canis, 
Candida albicans, Aspergillus niger. Вивчення антигрибкових властивостей 
гумату натрію очищеного засвідчило відсутність антигрибкової активності 
відносно Aspergillus niger, Candida albicans, але відносно патогенних 
мікроорганізмів, що спричиняють шкірні захворювання, гумат натрію 
виявляв стримування їхнього росту. Водночас виділений комплекс гумінових 
речовин виявляв антигрибкові властивості щодо Trychophyton rubrum. Однак 
щодо Trychophyton mentagrophytes і Microsporium canis його активність 
значно поступається аналогам. Це вказує на вибірковий ефект різних 
препаратів на основі гумінових кислот. До того ж забруднення торфу 
потенційно патогенними мікроорганізмами являє собою потенційну 
небезпеку для здоров'я тварин [53-56]. Так, вивчення застосування торфу як 
доповнення до раціону поросят у віці від 5 до 23 днів показало, що торф 
істотно не впливає на їхній ріст, а в разі зараження призводить до 
мікобактеріальних інфекцій.   
Застосування торфу як кормової може бути пов'язане з ризиком 
мікробіологічної обсіменіння виготовлених продуктів. Не рекомендується 
годівля торфом без обробки іонізуючим випромінюванням або оцтовою 
кислотою [57-60]. Внесення сечовини до складу кормової добавки знизить 
ризик отруєння тварин. Відома технологія приготування 
вуглеводнопротеїнового корму з верхового торфу, що полягає в хімічній 
обробці торфу сечовиною (4 % у перерахунку на сухий торф) у поєднанні з 
тепловою обробкою - обігрівом гострою парою [61-63].  
Дослідження антиоксидантної активності торфу показує, що він 
здатний нейтралізувати форми активного кисню та інші вільні радикали, що 
утворюються в процесі метаболізму, і є перспективним природним джерелом 
для одержання лікарських засобів, які мають антиоксидантну активність. Ця 
властивість зумовлена присутністю гумінових кислот у торфі. Досліджено 
антиоксидантну активність кормових добавок із торфу [64-65]. Оцінка 
антиоксидантних властивостей препаратів, одержуваних на основі рослинної 
сировини та торфу, засвідчила, що препарати, які містять гумінові кислоти, 
мають підвищену активність порівняно з відомими антиоксидантами, такими 
як аскорбінова кислота та кверцетин. В іншому дослідженні вивчення 
антиоксидантної активності лужного гумату торфу проводили методом 
катодної вольтамперометрії, зокрема, електровідновленням кисню.   
Препарат "Ферростим" призначений для профілактики 
залізодефіцитної анемії (ЗДА), що характеризується нестачею заліза в 
організмі тварин. Залізодефіцитна анемія є однією з основних проблем у 
тваринництві і, особливо, у свинарстві. Захворювання виникає в перші 2-3 
місяці життя поросят, охоплюючи до 100 % поголів'я. Падіж від анемії та її 
наслідків сягає 70 % [66].   
Розроблено спосіб отримання сполук гумінових речовин із залізом [67, 
68]. Отриманий препарат досліджено як кормову добавку для профілактики 
аліментарного мікотоксикозу та анемії у тварин [69].  
У медичній практиці використовують препарат Гумівіт, який являє 
собою високоочищену гумінову сполуку, виготовлену з бурого окисленого 
вугілля, з високим вмістом гумінових кислот [70].  
Препарат "Біоефект-ДВ-1", одержуваний із "Гумівіту" та екстракту 
елеутерококу, чинить виражену ранозагоювальну дію під час лікування 
шкірних ран у кроликів і свиней [71].   
Досліджувалося застосування препарату на основі гумінових кислот 
торфу "Гумітон" як кормової добавки з метою підвищення ефективності 
молочного тваринництва. "Гумітон" є композицією біологічно активних 
речовин і джерелом хелатоутворювальних сполук гумінових кислот з макро- 
і мікроелементами, а також амінокислотами [72]. Препарат сприяє 
підвищенню неспецифічної резистентності організму корів. Наслідком цього 
ефекту препарату є зниження частоти ускладнених і патологічних отелень, а 
також підвищення продуктивності тварин. Препарат також скорочує терміни 
реабілітації слабонароджених телят, підвищує їхній приріст. Застосування 
"Гумітону" доцільне для профілактики маститів та ендометритів.   
Вивчено вплив препарату з торфу ТС1 на показники пантової 
продуктивності у маралів-первісток. Препарат ТС1 отримано лужною 
екстракцією з торфу, рН екстракту - 8-9 [73].   
Встановлено, що при введенні в раціон маралів препарату ТС1 
отримано позитивні результати впливу їх на пантову продуктивність. У 
період інтенсивного росту пантів у молодих маралів (березень-квітень) 
збільшилася потреба тварин у якісних кормах із високим вмістом поживних 
речовин. Відхилень від фізіологічних показників у тварин не спостерігали. У 
результаті виконаних фармакологічних досліджень із визначення гострої 
токсичності встановлено, що за внутрішньочеревного введення подібні 
препарати належать до IV класу малотоксичних речовин і характеризуються 
як продукти з низькою токсичністю, а за введення внутрішньошлунково вони 
належать до нетоксичних речовин.  
Активований енергопротеїновий концентрат "БіоГумМікс" є 
дрібнодисперсним рідким пастоподібним продуктом, отриманим на 
резонансній гідроквантовій установці "Аргус" методом подвійної 
гідроударної дії кормових компонентів (жита, торфу, макро- та 
мікроелементів і карбаміду), яка руйнує матеріали високої міцності та 
розриває іонні зв'язки між органічними сполуками. Енергія зв'язків, що 
звільняється при цьому, витрачається для підвищення температури води і 
прискорення гідролізу вуглеводів [74].  
Введення активованого ЕПК "БіоГумМікс" у корм телятам дає змогу 
збалансувати раціони за вмістом вітамінів, мінеральних та інших біологічно 
активних речовин на науково-обґрунтованому рівні, що є незамінним 
аспектом у підвищенні продуктивних якостей тварин.   
Встановлено, що використання в раціонах телят активованого ЕПК 
"БіоГумМікс" у дозі 0,3 та 0,6 кг на групу збільшує продуктивність тварин, 
що призводить до зниження затрат обмінної енергії та сирого протеїну і дає 
змогу отримати економічний ефект.  
 Вивчалося застосування цього препарату і при годівлі корів. 
Використання кормової добавки ЕПК "БіоГумМікс" у годівлі дійних корів є 
науково обґрунтованим і перспективним способом підвищення 
продуктивності тварин.  
Вивчено застосування кормової добавки "Чорний бальзам" на основі 
торфу та жита [75]. Введення в раціони лактуючих корів кормової добавки 
"Чорний бальзам" чинить позитивний вплив на морфологічний склад крові, 
що свідчить про підвищення обмінних процесів в організмі.  
Вивчено дію багатокомпонентного хелатвмісного препарату 
ГідроЛактіВ на відтворювальну здатність самок норок породи пастель. До 
складу добавки поряд із хелатними сполуками - лактатами мінеральних 
елементів (Ca, Na, K, Mg, P, Со, Cu, Fe, Zn, Mn, Cr, Ni, Se) входять вітаміни 
(С, Е, В1-В7, В9-В12), провітаміни (бета-каротин, ергостерин), олігопептиди, 
вільні амінокислоти, полісахариди, різні органічні кислоти та інші біологічно 
активні речовини, а також жива пробіотична культура лактобактерій. При 
введенні в раціон самок норок хелатовмісної біологічно активної добавки 
ГідроЛактіВ у дозі 1 г/гол./добу, починаючи з періоду гону до відсаджування 
цуценят (з березня по червень), відмічено зменшення кількості 
мертвонароджених тварин на 77,78 % (Р≥0,95) і відходу молодняка до 
реєстрації - у 2 рази, збільшення виходу цуценят на основну самку на 10,37 % 
[76].  
Досліджували вплив біологічно активних кормових добавок "МіБАС-
КД", "Гуміфіт" і пероксиду кальцію на м'ясну продуктивність кроликів. 
Добавка являє собою рідину темно-коричневого кольору, до складу якої 
входять мінеральні речовини (мідь, марганець, фосфор, залізо, кобальт, цинк 
та ін.), вуглеводи (D-галактоза, ксилоза, маноза та ін.), амінокислоти (гліцин, 
лізин, валін, метіонін та ін.), водорозчинні карбонові кислоти (щавлева, 
бурштинова, глутарова та ін.) [77, 78].  
З отриманих даних випливає, що біологічно активні кормові добавки 
здатні чинити стимулюючий вплив на приріст живої маси кроликів. 
Стимуляція росту проявилася через місяць після початку експерименту. 
Наприкінці досліду (через 3 місяці після початку експерименту) збільшення 
маси кроликів контрольної групи становило 1,84 кг, у той час як за 
включення кормових добавок "МіБАС-КД", "Гуміфіт" і пероксиду кальцію - 
2,36; 2,44 і 2,21 кг відповідно. Збільшення маси порівняно з контрольними 
групами становило 16,4; 19,7 і 10,3 %. Найвищі результати отримано за 
використання препарату "Гуміфіт" [79].  
Продукти на основі торфу як кормову добавку застосовують не тільки 
під час годівлі великої рогатої худоби, свиней і птиці, так само їх можна 
використовувати за дефіциту кормової бази для рибництва, нестачі якісного 
калорійного корму, як компонент комбінованого корму. У вихідному стані 
поживні властивості торфу низькі. Для підвищення його поживних 
властивостей застосовують різні способи обробки, найефективнішим із яких 
є ферментативний [80, 81]. Збільшення поживності відбувається за рахунок 
зростання біомаси мікроорганізмів, що знаходяться в середовищі [82]. Для 
успішного протікання процесу необхідно створити певні умови, до яких 
відносяться: наявність вихідної кількості мікроорганізмів і живильне 
середовище комбінованого корму. У торфі спочатку присутні певні популяції 
мікроорганізмів, але для більш інтенсивного протікання процесу в суміш 
вводиться частина готового продукту для інтенсифікації ферментування. Для 
успішного розвитку мікрофлори необхідно також забезпечити певну 
вологість торфу [83].  
Крім виготовлення на основі торфу і продуктів його перероблення 
кормових добавок, у тваринництві торф використовують як підстилки і 
покриття для підлоги.  
У сучасному промисловому птахівництві при підлоговому 
вирощуванні бройлерів висуваються підвищені вимоги до якості 
підстилкового матеріалу. Основними його критеріями є оптимальна 
вологопоглинаюча здатність, сухість, низька теплопровідність у разі 
використання в пташниках із необігріваючими підлогами, здатність 
зв'язувати й видаляти з повітряного середовища токсичні забруднювальні 
речовини, пригнічувати розвиток хвороботворної мікрофлори, а також 
забезпечувати відсутність додаткового запилення [84, 85].  
Розроблено продукт, який оптимально підходить для застосування в 
підстилці птахофабрик. Це гранульований торф верхової групи з низьким і 
середнім ступенем розкладання, фракцією 3-10 мм у діаметрі, з вологістю 23-
27 % [86].  
  
1.3 Застосування торфу та продуктів його переробки в техніці та 
технологіях  
 
1.3.1 Адсорбція мінеральних речовин торфом  
 
Адсорбційні властивості торфу пов'язані з присутністю в структурі 
таких ковалентно-зв'язаних із матрицею функціональних груп, як амінні, 
амідні, спиртові, альдегідні, карбоксильні, карбоксилатні, кетонні, фенольні, 
хінонні, пептидні та метоксильні. Також адсорбційні властивості торфу 
зумовлені присутністю полімолекулярних асоціатів, що характеризуються 
більш-менш визначеною організацією на макрорівні, зокрема гумінових 
речовин (здебільшого гумінових і фульвокислот) та лігніну [87-89].   
Наявність у структурі гумінових кислот карбоксильних, фенольних, 
карбонільних і аміногруп дає їм змогу утворювати міцні комплекси з іонами 
важких металів, що може використовуватися для їх виділення зі стічних вод 
металургійних виробництв, а також для рекультивації територій, 
забруднених важкими металами [90].   
Висока обмінна ємність гумінових кислот, здатність до акумуляції та 
вплив на міграцію іонів металів у ґрунтах і наземних ландшафтах відкриває 
широкі можливості для виробництва на їх основі іонообмінних адсорбційних 
матеріалів [91]. Слід зазначити, що і лігнін торфу має розвинену поверхню, 
високі адсорбційні властивості щодо речовин різної природи [92-95].  
Фактори, що впливають на адсорбцію іонів металів торфом і його 
похідними, включають рН, тривалість контакту адсорбату з адсорбентом, а 
також наявність конкуруючих металів. Оптимальний діапазон рН для 
адсорбції іонів металів, як правило, 3,5-6,5. Присутність більше одного 
металу в розчині створює конкуренцію за адсорбційні центри в гумінових 
кислотах і лігніні [96, 97].   
Торф має високу сорбційну здатність щодо металів [98-100]. Здатність 
торфу до адсорбції важких металів використовується при очищенні стічних 
вод. Вивчено характеристику адсорбційних властивостей верхового торфу по 
відношенню до іонів Cd2+ і Pb2+ у статичних умовах і показано вплив 
основних факторів (тривалість контакту фаз, концентрація розчинів, 
температура) на процес адсорбції [101].  
Досліджено адсорбцію хлоридів із розчинів хлоридів Na, K, Ca різної 
концентрації піском і торфом Велижанської торфорозробки в сухому вигляді 
[102]. Показано, що адсорбція хлоридів із розчину більш активна при 
фільтрації рідини через торф, оскільки питома поверхня торфу більша за 
питому поверхню піску.   
 Досліджено іммобілізаційну здатність гумінових кислот, виділених із 
торфу, до іонів Cu2+  [103]. Серед важких металів мідь найбільш широко 
представлена в дослідженнях як полютант ґрунтів.   
Показано, що розчинність гумінових кислот у водному середовищі за 
рН = 3,5-4,0 залишається низькою, але різко зростає за рН ≥ 5,0, що сприяє 
мобільності іонів Cu2+ . Для зниження розчинності гумінових кислот при рН 
≥ 5,0 запропоновано обробляти їх іонами Fe3+ у кількості 0,1 ммоль/г 
гумінових кислот. Аналіз ізотерм адсорбції іонів Cu2+ гуміновими кислотами 
показав, що при підвищенні рН від 3,5 до 5,0 відбувається збільшення їх 
адсорбційної ємності від 0,68 до 1,12 ммоль/г, посилення зв'язку іонів Cu2+ з 
іонами -СОО-, зменшення значення молярного коефіцієнта обміну Н+ /Cu2+ з 
1,8 до 1,2.  
Досліджено кінетику адсорбції з водних розчинів іонів міді та кобальту 
верховим торфом. Ефективність адсорбції розраховували з використанням 
кінетичного рівняння ізотерми Ленгмюра з урахуванням існування в торфі 
двох центрів адсорбції [104].   
Ефективність природного іонообмінника з торфу по відношенню до 
досліджуваних іонів наближається до 100 % від вихідної концентрації міді.   
Встановлено, що тривалість досягнення рівноваги в системі адсорбент-
розчин становить 30 хв. Важливу роль під час адсорбції несиметричного 
диметилгідразину (НДМГ) торфом відіграє кислотність середовища, що 
визначає стан і реакційну здатність функціональних груп адсорбенту. Від 
кислотності середовища також залежить форма існування адсорбованої 
речовини (іонна, молекулярна, колоїдна), змінюючи яку можна керувати 
адсорбцією. Найбільша адсорбційна здатність торфу щодо НДМГ 
спостерігається за рН=6. Встановлено, що торф має підвищену адсорбційну 
здатність до несиметричного диметилгідразину [105].  
 
1.3.2 Застосування торфу для очищення стічних вод  
 
Гумінові кислоти є більш ефективними реагентами порівняно з 
відомими лужними реагентами для вилучення зі стічних вод важких металів, 
зокрема ртуті та ванадію [106].   
Розроблено спосіб отримання гумінового концентрату для очищення 
стічних вод [107]. Спосіб отримання гумінового концентрату заснований на 
електролізі водних розчинів солей гумінових кислот.  
Використовуваний у цьому способі гуміновий концентрат, узятий у 
кількості від приблизно 0,1 до приблизно 10,0 мас %, утворює з присутніми в 
осадах стічних вод іонами важких металів водонерозчинні сполуки.  
Утворення водонерозчинних сполук катіонів важких металів з 
гуміновим концентратом унеможливлює їхню міграцію і запобігає 
надходженню важких металів у підземні води і в рослини. Маючи високу 
вологоємність, гуміновий концентрат утримує воду у вигляді фізично 
зв'язаної та іммобілізованої води, забезпечуючи тим самим додаткову 
взаємодію частинок осаду електростатичними і капілярними силами зв'язку.  
Отримана сполука гумінових кислот та іонів важких металів є 
матеріалом, який можливо складувати на полігонах для захоронення 
побутових і промислових відходів (на звалищах міських і промислових 
відходів), використовуючи як ізолювальний матеріал.  
Низинний торф може виступати як ефективний адсорбент для 
поглинання іонів UO 2+
2  . У роботі Наумова та ін. [108] представлено 
результати вивчення кінетики поглинання катіона природними адсорбентами 
цеолітами та торфом методом обмеженого об'єму. Виявлено вплив зерніння 
адсорбентів, температури та концентрації досліджуваних розчинів на 
швидкість адсорбції. Показано, що механізм поглинання UO 2+ 
2  природними 
адсорбентами є змішано-дифузійним.   
Розроблено адсорбент на основі гумінових кислот, нанесених на 
силікагель, попередньо вкритий полігексаметиленгуанідином, і вивчено його 
адсорбційні властивості щодо основних органічних забруднень стічних вод 
[109]. Як джерело гумінових кислот використовували низинний торф зі 
ступенем розкладання 22 %.   
Досліджено адсорбційно-структурні характеристики поверхнево-
активних матеріалів, синтезованих із торфу та алюмосилікату родовищ 
Липецької області [110]. Об'єктом дослідження були композиційні 
адсорбенти, отримані нагріванням вихідної суміші (у співвідношенні: торф 
70 %, алюмосилікат 10 %, сполучна речовина (вугілля марки Ж) 20 %) за 
температури 700 °С протягом 15 хвилин. Вихідні компоненти належать до 
мінералів Липецької області. Низинний торф Дворіченського родовища має 
елементний склад: С - 58,05 %, Н - 6,1 %, N2 - 0,5 %, S - 0,3 %, О2  - 35,05 %. 
Каолініт Лукошкінського родовища мав такий хімічний склад: SiO2  - 73,01 
%, CaO - 5,61 %, Fe O23  - 4,097 %, MgO - 1,70, Σ(K,Na)2 О - 1,06 %, Н2 О - 
2,90 %.  
Отримані дані свідчать про можливість використання синтезованих 
адсорбентів для вилучення широкого діапазону речовин зі стічних вод.  
У харчовій промисловості існує, також як і в інших галузях, проблема 
очищення та утилізації промислових стічних вод, зокрема відходів 
м'ясопереробної та молочної промисловості [111]. Відходи м'ясокомбінатів і 
молокопереробних заводів містять цінний комплекс розчинених речовин, що 
становлять кормову цінність для тварин, зокрема, протеїн, який є дефіцитом 
у годівлі тварин. Аналіз щільності промислових стоків свідчить про те, що їх 
фільтрація через верховий торф дає змогу отримати високий ступінь 
очищення промислових стоків, близький до рівня водопровідної води. 
Результати досліджень засвідчили, що верховий торф має високу 
адсорбційну характеристику і його можна розглядати як субстрат, здатний 
утримувати органічні та мінеральні сполуки м'ясопереробної та молочної 
промисловості. Можливе використання торфу, після використання як 
адсорбенту, для виробництва кормової добавки.  
Запропоновано технологію очищення господарсько-побутових стічних 
вод малих населених пунктів і нафтогазових об'єктів у мілководних 
біологічних ставках із торф'яним субстратом і болотною рослинністю. 
Розглянуті полютанти адсорбуються на частинках торфу, потім засвоюються 
рослинністю. Мікробіологічна мінералізація органічної речовини 
супроводжується утворенням осаду, який як органічне добриво може 
використовуватися під час рекультивації відновлюваних земель. [112].  
1.3.3 Застосування торфу для очищення ґрунтів від нафти  
  
В умовах зростання обсягів видобутку нафти та кількості транспортних 
засобів, що працюють на рідкому паливі, очищення стічних вод від 
нафтоолійних продуктів (НОМП) стає однією з важливих проблем охорони 
довкілля. Дослідження показують, що адсорбенти з торфу можуть поглинати 
до 8-12 кг нафти на 1 кг своєї маси [113, 114]. Аналіз складу і властивостей 
розглянутих об'єктів показав, що під час адсорбції торфом НМП з води на 
ефективність поглинання впливають енергія взаємодії молекул води і 
вуглеводнів з різними компонентами торфу, а також загальна пористість і 
розміри пор сорбенту. Всебічний розгляд приводить до висновку про 
залежність ємності поглинання торфом від його групового складу, 
дисперсності, вихідної вологості та способу модифікації [115].   
Досліджувалася біологічна рекультивація нафтозабруднених ґрунтів з 
використанням активації мікробіологічної деструкції нафти в ґрунті. Торф, 
внаслідок своєї структури та наявності вуглеводневодокислювальної 
мікрофлори (ВОМ), може використовуватися як адсорбент нафтових 
вуглеводнів, так і як їхній біодеструктор. Чисельність ВОМ у торфі в 4-5 
разів перевищує аналогічний показник для ґрунтів. Крім того, 
мікроорганізми торфу не є антагоністами ґрунтових мікроорганізмів.  
У роботі Ліштвана досліджено торфи різного видового складу, ступеня 
розкладання, вологості, дисперсності. Використання торфу для деструкції 
нафтових вуглеводнів потребує його активації шляхом внесення азотно-
фосфорних добрив з подальшою інкубацією в мезофільному режимі 
протягом 3-7 діб. Активований торф при внесенні його в нафтове середовище 
забезпечує зростання загальної чисельності СОМ порівняно з їхньою 
чисельністю в нативному торфі. На початку досліду, після внесення 
торф'яного меліоранту, і наприкінці, за 3,5 міс., з ґрунтового горизонту 
глибиною 20 см узято проби на аналіз. Ефективність торф'яного меліоранту 
оцінювалася ступенем деструкції нафтових вуглеводнів. З досліджених 
зразків торфу різного видового складу найбільшою адсорбційною здатністю 
щодо нафти володіє верховий малорозкладений торф мохової і трав'яної 
групи з губчастою і волокнистою структурою. Адсорбційна ємність торфу 
щодо нафти залежить від ступеня розкладання і для верхового торфу 
становить 8-10 г нафти/г торфу, для низинних - 2-4 г нафти/г торфу [116, 
117].  
Встановлено, що використання препаратів на основі гумінових кислот 
дає змогу, зокрема, знижувати надходження радіонуклідів у рослини [118, 
119].  
Досліджено біостимулювальні та детоксикуючі властивості гумінових 
кислот різного походження в умовах нафтозабрудненого ґрунту [120]. 
Показано, що досліджені ГК виявляють біостимулюючі та детоксикуючі 
властивості в умовах нафтозабрудненого ґрунту. Найбільший ефект при 
цьому надали ГК бурого вугілля компанії Aldrich (США) і ГК торфу, 
механоактивованого в присутності лугу. Наявність ароматичного каркаса 
забезпечує здатність ГК до зв'язування органічних сполук, тому в міру 
зростання внеску ароматичного каркаса в структуру ГК збільшується їхня 
спорідненість до гідрофобних органічних сполук. Максимальний вміст 
ароматичних речовин характерний для ГК Aldrich, що визначає їхню високу 
зв'язувальну та детоксикуючу здатність щодо нафти.  
 Вивчення дії гумінових препаратів торфу щодо нафти становить 
великий практичний інтерес для пошуку нових детоксикаційних агентів 
рослинного походження, використання яких не пов'язане з небезпекою 
вторинного забруднення [121].  
Досліджено ефективність торф'яних меліорантів різних складів, 
отриманих із торфу родовища "Сінгапай", під час рекультивації 
нафтозабруднених ґрунтів Нафтоюганського району ХМАО. Ефективність 
торф'яних меліорантів оцінювали ступенем деструкції нафтових вуглеводнів, 
а також змінами, що відбулися всередині групи парафінонафтенових 
вуглеводнів нафти.  
Використання торф'яних меліорантів дає змогу в короткі терміни 
провести рекультивацію нафтозабруднених ґрунтів і повернути їх у 
господарський обіг [122]. Виробничий досвід із перевірки ефективності 
торф'яних меліорантів був закладений на території Усть-Баликського 
нафтового родовища Нафтоюганського району. Ефективність торф'яних 
меліорантів оцінювали ступенем деструкції нафтових вуглеводнів, а також 
змінами, що відбулися всередині групи парафінонафтенових вуглеводнів 
нафти.  
 Вплив торф'яних меліорантів на біологічну активність 
нафтозабрудненого ґрунту оцінювали за динамікою чисельності 
вуглеводневодоокислювальних мікроорганізмів.  
 Як показують результати, ступінь очищення визначається вихідним 
рівнем забруднення. Чим нижчий вихідний рівень забруднення, тим вищий 
ступінь очищення ґрунту, який становив від 55 до 88 % залежно від 
вихідного рівня забруднення. При цьому на контрольному варіанті без 
внесення торф'яного меліоранту ступінь очищення ґрунту становив 4 %.  
  
1.4 Біохімічна переробка рослинної маси  
  
Крім гумінових кислот, у торфі міститься значна кількість 
нерозкладених залишків рослин-торфоутворювачів зі збереженою клітинною 
будовою. Рослини-торфоутворювачі мають у своєму складі: протеїн (1-30 %), 
жири, воски, олії (1-30 %), целюлозу та інкрустувальні речовини (10-50 %), 
лігнін (10-30 %) [123].   
Вивчення процесів трансформації органічних речовин рослин під час 
торфоутворення показує, що швидкість деструкції окремих органічних 
сполук визначається їхньою здатністю вступати в реакції та бути доступними 
для засвоєння ґрунтовими мікроорганізмами. Вуглеводи є переважним 
компонентом рослин і становлять 40-80 % їхньої органічної маси. У 
результаті торфоутворення деструкції насамперед піддаються 
легкогідролізовані речовини геміцелюлози.   
Целюлоза торфу належить до важкогідролізованих речовин, її вміст 
змінюється від 0,2 до 20 %. Негідролізовані речовини торфу складаються зі 
складної суміші речовин, переважно лігніну. Кількість негідролізованого 
залишку може доходити до 26 %.   
 У торфі, як сировині для біохімічного перероблення, містяться, в 
основному, сполуки, що важко гідролізуються, з великим вмістом лігніну, що 
робить скрутним його використання як сировини. Для цього торф необхідно 
піддати активації, фізичному або хімічному впливу, що призводить до 
гідролізу.   
 Пропонується використовувати для активації торфу 
низькоентальпійну електронно-пучкову плазму (ЕПП). Генератор ЕПП 
переводить електричну енергію в хімічну енергію іонів і радикалів плазми з 
ККД понад 90 % [124]. Встановлено, що обробка ЕПП призводить до 
збільшення кількості речовин, що екстрагуються гарячою водою, з 6,7 % до 
36,7 % за рахунок деструкції легкогідролізованих, важкогідролізованих 
речовин і лігніну. Обробка ЕПП призводить до збільшення кількості 
карбоксильних (з 5,0 до 8,1 %) і карбонільних (з 5,2 до 12,1 %) груп. На 
основі технології обробки торфу розроблено технологічну схему 
виробництва кормових дріжджів. Обробка торфу ЕПП дала змогу підвищити 
частку видобутих із торфу та асимільованих мікроорганізмами органічних 
речовин і значно збільшити вихід дріжджів.   
 Розроблено установку для отримання збагаченої білком кормової 
добавки на основі верхового торфу [125]. Експериментальна установка являє 
собою запарник-кормозмішувач для попередньої обробки верхового торфу та 
растильну камеру кюветного типу для здійснення твердофазної біоконверсії. 
Торф обробляли в запарнику-кормозмішувачі. Верховий торф із 
невідсортованою пухівкою з вологістю близько 50 % завантажували в 
запарник-кормозмішувач об'ємом 3 м3  і пропарювали за постійного 
перемішування впродовж 60 хв за температури 100 °С для підвищення 
перетравлюваності полісахаридів та їх реакційної здатності під час 
подальшої ферментації. У результаті попереднього пропарювання в торфі 
спостерігається підвищений вміст легкогідролізованих полісахаридів, він 
збільшується з 19-21 % до 26-28 %.   
 Способом збільшення перетравлюваності верхового торфу з низьким 
ступенем розкладання та збагачення його протеїном є його обробка гострою 
парою в присутності азотовмісних реагентів, зокрема, сечовини за 
температури 115 °С протягом 1,5-2,0 год за постійного перемішування [126].  
Вивчено вплив на ефективність виділення компонентів верхового торфу 
поєднання механообробки з лужним і ферментативним впливом на торф. 
Проведення механообробки в присутності лугу призводить до проходження 
хімічних реакцій з кислотними компонентами з утворенням водорозчинних 
(ВР) сполук. Механічну обробку торфу проводили в млинах-активаторах, у 
проточному віброцентробіжному млині ВЦМ-10 і планетарному млині АПФ-
4. Ферментативний гідроліз здійснювали целюлозолітичним ферментом 
целовіридином (ЦВ). Встановлено, що за лужного та ферментативного 
гідролізу у віброцентробежному млині підвищується вихід водорозчинних 
фракцій торфу - полісахаридів і поліфенолів; змінюючи умови 
механообробки, можна впливати на кількісний і якісний склад 
водорозчинних полісахаридних фракцій торфу [127].  
 Залишковий целолігнін торфу перспективний як біоадсорбент 
мікотоксинів [128, 129].   
 Розроблено спосіб біоконверсії целолігніну торфу міцеліальним 
грибом T. reesei M18 з отриманням з біомаси адсорбенту мікотоксинів [130].  
2 МЕТОДИЧНА ЧАСТИНА 
 
2.1 Характеристика використовуваних матеріалів  
 
2.1.1 Визначення групового складу торфу  
 
Підготовка проб торфу для аналізу. Торф очищали від домішок у 
вигляді нерозкладеної деревини та каміння і подрібнювали в ступці. Після 
подрібнення торф просіювали через сито (розмір отворів - 0,80 мм).  
За основу визначення групового складу торфу взято методику Н.Н. 
Бамбалова, згідно з якою компоненти торфу за фракційно-груповим складом 
розділяють на: гумінові речовини, речовини, які легкогідролізуються, 
речовини, які важкогідролізуються, лігнін [131].   
Визначення вмісту гумінових речовин. Подрібнювали і зважували 
повітряно-сухий торф для визначення фракційно-групового складу торфу - 10 
г, і 5 г для визначення вологості. Гумінові речовини виділяли з торфу за 
лужної екстракції у формі солей (гуматів). Екстракцію торфу здійснювали 1 
% розчином NaOH протягом 60 хв. за постійного перемішування лопатевою 
мішалкою. Гідромодуль екстракції становив 1:100. Проекстраговану суспезію 
розділяли центрифугуванням за 8 000 об/хв. протягом 10 хв. Отриманий осад 
складається з легко- і важкогідролізованих речовин (целюлози) і лігніну 
торфу, надосадова рідина містить розчинені гумінові кислоти у формі солей 
натрію (гуматів натрію) і фульвокислоти у формі фульватів натрію. 
Отриманий осад висушували та визначали його вологість.  
Визначення вмісту водорозчинних легкогідролізованих речовин. Торф, 
звільнений від гумінових речовин, переносили в колбу Ерленмейєра на 250 
мл, додавали 5 % розчин сірчаної кислоти з розрахунку 20 мл кислоти на 1 г 
наважки. Останньою порцією кислоти змивали торф зі стінок колби. Колбу 
з'єднували зі зворотним холодильником і поміщали у водяну баню. У 
холодильник подавали холодну воду. Гідроліз тривав 60 хв. за температури 
96-97о С. Для повноти гідролізу вміст колби час від часу струшували. Після 
чого надосадову рідину зливали. Залишок у колбі повторно заливали тією 
самою кількістю кислоти, і гідроліз продовжували ще 60 хв. за тих самих 
умов. Потім вміст колби відфільтровували через зважений подвійний 
паперовий фільтр. Торф на фільтрі промивали гарячою дистильованою 
водою до нейтральної реакції за індикаторним папером. Фільтр із торфом у 
розгорнутому вигляді висушували до постійної маси, зважували і за різницею 
визначають вміст легкогідролізованих компонентів.  
Визначення вмісту важкогідролізованих речовин (целюлози) і лігніну. 
Залишок торфу, після відокремлення легкогідролізованих речовин, знімали з 
фільтра і підсушували до повітряно-сухого стану. Підсушений до гарної 
стираності залишок зважували.  
У колбі Ерленмейера ємністю 250 мл поміщали наважку 0,5-1,0 г на 
гідроліз і одночасно відбирали наважку для визначення вологості. Наважку в 
колбі заливали 72 %-вою сірчаною кислотою з розрахунку 10 мл кислоти на 1 
г наважки, витримували за кімнатної температури 2,5 години, періодично 
помішуючи вміст. Потім у колбу приливали дистильовану воду з розрахунку 
розбавлення розчину в 15 разів, ставили на киплячу водяну баню на 6-
годинний гідроліз за температури 96-97о С, до колби приєднували 
холодильник Дімрота.  
Після закінчення гідролізу вміст колби фільтрували через абсолютно-
сухий зважений беззольний фільтр. Залишок на фільтрі та краї фільтра 
ретельно промивали гарячою водою до нейтральної реакції за індикаторним 
папером. На фільтрі залишалася негідролізована частина торфу, яку 
приймали за лігнін. Негідролізований залишок висушували до постійної маси 
разом із фільтром за температури 105о С.  
  
  
2.1.2 Визначення зольності  
 
Визначали зольність дослідженого торфу за ГОСТ 11306-83 "Торф і 
продукти його переробки. Методи визначення зольності" [132].   
Сутність методу полягає в озоленні наважок торфу на тиглях у 
муфельній печі та прожарюванні зольного залишку в тиглях за температури 
(800±25) °С - для основного методу, у сталевих чашках за температури 
(700±25) °С - для прискореного методу.   
  
2.1.3 Визначення елементного складу   
 
Елементний склад торфу вихідного, целолігніну і лігніну торфу 
визначали двома методами рентгенофлуоресцентної спектроскопії (РСФА) на 
приладі марки XRF-1800 і методом елементарного аналізу ЕА3000.   
Метод РФСА ґрунтується на зборі та подальшому аналізі спектра, 
отриманого шляхом впливу на зразок високоенергетичного рентгенівського 
випромінювання. Частина випромінювання проходить через зразок, частина 
розсіюється, а частина поглинається речовиною зразка. Під час опромінення 
атом переходить у збуджений стан, що полягає в переході електронів на вищі 
енергетичні рівні. У збудженому стані атом перебуває вкрай малий час, 
близько однієї мікросекунди, після чого повертається в спокійне положення 
(основний стан). При цьому електрони із зовнішніх оболонок або 
заповнюють вакантні місця, що утворилися, а надлишок енергії випускається 
у вигляді фотона, або енергія передається іншому електрону із зовнішніх 
оболонок. При цьому кожен атом випускає фотоелектрон з енергією строго 
певного значення. Далі відповідно за енергією і кількістю квантів судять про 
будову речовини. Поглинання рентгенівського випромінювання речовиною 
призводить до прояву одразу кількох ефектів, одним з яких є рентгенівська 
флуоресценція - випускання речовиною вторинного рентгенівського 
випромінювання.   
Аналіз торфу здійснювався на апараті XRF-1800. Спектрометр 
XRF1800 складається з блоку генератора рентгенівського випромінювання, 
блоку спектрометра, контролера і робочої станції XRF. Блок генератора 
рентгенівського випромінювання являє собою ланцюг для утворення 
первинного рентгенівського випромінювання.  
Наважку торфу масою 2 г завантажували в кювету спектрометра, де 
відбувається опромінення зразка первинним рентгенівським 
випромінюванням, і реєстрували рентгенівську флуоресценцію. Параметри 
вимірювання: напруга на рентгенівській трубці 40 кВ, струм 95 мА, 
експозиція 40 с, вимірювання фонових точок по 20 с.  
Елементний аналіз здійснювали на приладі ЕА3000. Принцип роботи 
приладу ґрунтується на спалюванні проби з подальшим розділенням у 
насадочній газохроматографічній колонці та детектуванням продуктів 
згоряння за допомогою високочутливого катарометричного детектора.   
Наважку торфу близько 1 мг поміщали в елементний аналізатор і 
спалювали при температурі 1000-1100 °С в окислювальному середовищі 
(оксидно-каталітичні композиції, добавка газоподібного кисню) в атмосфері 
гелію. Одержувані продукти - СО2 , Н2 О, N2 (що утворюється після 
відновлення оксидів азоту відновленою міддю) або СО2 , Н2 О, N2 , SO2 - 
розділяються на газохроматографічній колонці (порапак Q-S), детектуються 
катарометром (детектором за теплопровідністю). Розрахунок - за висотою 
піку інтегратором, далі комп'ютерна програма видає відсотковий вміст 
елемента в речовині. Тривалість аналізу - 10 хв.  
  
2.1.4 Визначення ступеня розкладання торфу  
 
Ступінь розкладання торфу визначається за ГОСТ 10650-2013 - "Торф. 
Методи визначення ступеня розкладання". Визначення здійснювалося 
методом мікроскопування. Сутність методу полягає у визначенні відносної 
площі , зайнятої безструктурною частиною при розгляді тонкого 
розрідженого шару торфу на предметному склі через мікроскоп.  
 
2.1.5 Визначення вуглеводного складу торфу та целолігніну  
 
Методика заснована на методі Класона. 1 г торфу гідролізували у 2 
ступені за методом Класона [133]. Наважку в колбі заливали 72 %-вою 
сірчаною кислотою з розрахунку 10 мл кислоти на 1 г наважки, за 24-25 °С 
протягом 2 годин проводили гідроліз, потім після додавання 277 мл 
дистильованої води проводили остаточний гідроліз розбавленою сірчаною 
кислотою при кип'ятінні в установці зі зворотним холодильником протягом 1 
години. Фільтрат відокремлювали від нерозчиненого залишку. Вимірювали 
об'єм фільтрату (180 мл). Аліквоту фільтрату (50 мл) нейтралізували за 
допомогою кристалічного бікарбонату натрію до рН 5. Потім визначили 
глюкозу на приладі Ензискан ультра за допомогою глюкозооксидазного 
методу. Робота аналізатора глюкози "Ензискан Ультра" заснована на 
вимірюванні амперометричним способом концентрації пероксиду водню, що 
утворюється в результаті розщеплення глюкози ферментом 
глюкозооксидазою. Кількість пероксиду водню пропорційна вмісту глюкози 
в досліджуваній пробі.  
  
2.1.6 Визначення розчинності торфу  
 
Подрібнений, повітряно-сухий торф масою 1 г розчиняли з 
використанням як розчинників воду, етанол, 1М NaOH, діоксан, ацетон, воду 
- діоксан (1:1 за об'ємом). Гідромодуль становив 1:100.  
  
 
 
2.2 Визначення концентрації гумінових речовин в екстракті  
  
Визначення концентрації гумінових кислот засноване на 
фотоколориметричному методі. Метод полягає в кількісному визначенні 
речовин на підставі вимірювань оптичної густини або коефіцієнта 
пропускання забарвлених сполук у видимій ділянці спектра відповідно до 
оптичного закону Бугера - Ламберта - Бера.  
За отриманими даними за допомогою калібрувальних графіків, що 
відображають залежність значень коефіцієнта пропускання і густини від 
концентрації гумінових речовин, визначали їхній вміст у зразку.   
Для побудови калібрувального графіка визначення концентрації 
гумінових речовин використовували розчин суміші NaOH і гумінової 
кислоти.  
Хід визначення загального вмісту гумінових кислот. Аналізований 
розчин містить 0,5 г NaОН, 0,5 г гумінової кислоти, розведених 50 мл води. 
Після перемішування вимірюють оптичну густину та коефіцієнт 
пропускання. Колориметрування здійснювали за довжини хвилі λ= 590 нм у 
кюветах товщиною 30 мм. Як контрольний зразок використовували кювету з 
дистильованою водою.   
На основі отриманих даних побудовано калібрувальний графік для 
визначення концентрації гумінових кислот за показаннями оптичної густини; 
дані подано на рисунку 2.1.   
 
  
2   
y = 0,4475x + 
D   1 ,8      
0,012 
1 ,6    
1,  4   
1 , 2   
1   
0, 8    
0, 6    
0 ,4    
0, 2    
0   
0   0 , 5   1   1 , 5   2   2,  5   3   3 ,5    4   4, 5    
Концентрація гумінових речовин, г/л   
  
 
Рисунок 2.1 - Калібрувальний графік визначення концентрації 
гумінових кислот у розчині за даними оптичної густини.  
  
2.3 Визначення оптимальних параметрів екстракції гумінових кислот 
  
Подрібнений торф просівали через сито. Отриманий після просіювання 
торф екстрагували 1 %-вим розчином лугу. Параметри процесу екстракції: 
температура навколишнього середовища, гідромодуль 1:100, тривалість 
екстракції 60 хвилин. Екстракцію проводили за постійного перемішування.  
Після закінчення екстракції отриману суспензію центрифугували за 8 
000 об/хв. протягом 10 хв. Надосадова рідина містила розчинені гумінові 
кислоти, в осаді залишався нерозчинний осад, зокрема, целолігнін торфу. 
Вміст гумінових речовин в екстракті визначали колориметричним методом. 
Як екстрагенти використовували розчини гідрокарбонату натрію (NаHCO3 ), 
натрію вуглекислого (Nа2 CO3 ), натрію гідроксиду (NаOH), концентрація 
розчинів 10 г/л. рН розчинів NaOH - 12,2; NаHCO3 - 8,53; Nа2 CO3  - 8,8.  
Екстракцію гумінових речовин проводили за температури середовища 
20, 40 і 60 °С. Тривалість екстракції 20 хв.   
  
2.3.1 Екстракція гумінових кислот при електромагнітному 
перемішуванні  
 
Для екстракції гумінових кислот при електромагнітному 
перемішуванні зібрано лабораторну установку [134]. Установка складається з 
блока живлення, яким здійснюється регулювання напруги та сили струму, 
комірки з занурюваними електродами та кільцевого магніту, розташованого 
на дні (рисунок 2.2).  
У комірку засипався подрібнений торф масою 2 г, який заливався 200 
мл розчину екстрагента, в отриману суспензію занурювалися електроди, на 
які подавалася напруга. У результаті в розчині утворювалося електричне 
поле, під впливом якого заряджені частинки рухаються залежно від свого 
заряду в бік анода або катода.   
  
 
Рисунок 2.2 - Осередок для екстракції торфу електромагнітним 
перемішуванням. 
 
Під дном комірки розташований кільцевий магніт, який повідомляє 
зарядженим частинкам, що рухаються до електродів, круговий рух [135].  
 Після екстракції концентрацію гумінових речовин визначали 
колориметричним методом.  
 2.4 Електрохімічний синтез гумату заліза  
  
Електрохімічний синтез гуматів заліза проводили на лабораторній 
установці. Установка для електрохімічного синтезу складається з блока 
живлення та комірки для електрохімічного синтезу [67, 68].  
Використовувалися електрохімічні комірки двох конструкцій. Схеми 
представлені на малюнку 2.3.  
  
 а)    
б )   
Рисунок 2.3 - Схема електрохімічної комірки, а) з вертикальним 
розташуванням електродів, б) з горизонтальним розташуванням електродів.  
 
Електрохімічна комірка з вертикальним розташуванням електродів 
являє собою ємність об'ємом 500 мл, яку заповнювали екстрактом торфу, що 
містить гумінові речовини. Електроди виготовлені з конструкційної сталі 
марки Ст 3, площа електродів 3317 мм2 , відстань між електродами 15 мм.  
Електрохімічна комірка з горизонтальним розташуванням електродів 
являє собою ємність об'ємом 750 мл, площа електродів 5671 мм2  електроди 
виготовлені зі сталі 08кп.   
Електроди, з'єднані з блоком живлення, занурюються в екстракт 
гумінових кислот паралельно один одному.  
Електричну схему блока живлення представлено на малюнку 2.4.  
 
 
Рисунок 2.4 - Електрична схема блока живлення.  
 
Блок живлення забезпечений здвоєним вимикачем, на лінії введення 
встановлений плавкий запобіжник, замкненість ланцюга визначали за 
встановленим світлодіодом, послідовно з яким знаходився резистор для 
зниження напруги струму, що живить світлодіод. Також у блоці живлення 
розташований лабораторний автотрансформатор для регулювання напруги, 
що подається на електроди, від 0 до 250 В. ЛАТР з'єднаний з діодним 
двопівперіодним мостом для випрямлення змінного струму.  
Послідовно з мостом з'єднаний амперметр для вимірювання сили 
струму. Перед перемикачем полярності паралельно встановлено вольтметр 
для вимірювання напруги в мережі на виході.  
Під час подавання напруги на електроди в екстракті створюється 
електричне поле, під дією якого з катода дифундують вільні іони заліза в 
екстракт гумінових кислот, що володіють високою реакційною здатністю і 
утворюють з іонами заліза хелатні сполуки.  
  
2.5 Хімічний синтез гуматів заліза  
  
Хімічний синтез гуматів заліза здійснювали шляхом розчинення 
залізовмісних речовин у рідкому гуматі натрію. Як залізовмісні розчинні 
сполуки було обрано: хлорид заліза (III), сульфат заліза (III), сіль Мора 
(сульфат заліза (II), амоній). Наважку розчинених речовин розраховували для 
отримання 3 %-ої концентрації заліза в розчині. В отриманих гуматах заліза 
визначали елементний склад і вміст заліза методом мокрого озолення.  
  
2.6 Визначення концентрації заліза  
  
За основу методу визначення вмісту заліза обрано метод з мокрим 
озоленням досліджуваного зразка і подальшим фотоколориметричним 
визначенням заліза [136]. Попередньо уточнено методику мокрого озолення. 
У реакційну колбу місткістю 50 мл вносили 10 мл досліджуваного зразка. 
Потім у колбу додавали 10 мл 30 % розчину перекису водню та 1 мл 
концентрованої сірчаної кислоти. Далі зразок у колбі нагрівали до 
температури кипіння. У цих умовах озолення відбувається протягом 5-6 
хвилин. Повноту озолення оцінюють за кольором реакційної суміші. При 
кипінні реакційної суміші неповне озолення проявляється забарвленням піни. 
У цьому випадку необхідно додати 3-5 мл пероксиду водню. Після 
закінчення мокрого озолення вміст колби охолоджують і кількісно 
переносять у мірну колбу.  
Концентрацію заліза в розчині визначали фотоколориметричним 
методом із застосуванням сульфосаліцилової кислоти [137]. Для визначення 
вмісту заліза фотоколориметричним методом побудовано калібрувальний 
графік (рис. 2.5). Калібрувальний графік побудовано на основі даних 
колориметрування розчинів FeCl3 різної концентрації. Коефіцієнт кореляції 
становив - 0,95.  
 
 
Рисунок 2.5 - Калібрувальний графік визначення концентрації 
загального заліза в розчині оптичної густини.  
  
Застосування методу визначення загального заліза із 
сульфосаліциловою кислотою можливе за нейтрального або слабокислого рН 
досліджуваного зразка. Зразки, що мають після мокрого озолення кислу 
реакцію, доводили до необхідного рН розчином лугу КОН. Після 
нейтралізації обсяг досліджуваного зразка доводили до 50 мл у мірній колбі. 
Після відбирали по 10 мл розчину, до якого додавали 5 мл 10 % розчину 
сульфосаліцилової та 5 мл розчину аміаку розбавленого (2 : 3), потім розчин 
перемішували і через 10 хвилин вимірювали оптичну густину при довжині 
хвилі 490 нм.  
  
2.7 Електрохімічна нейтралізація лужного екстракту гумінових кислот  
  
Електродіаліз проводили на установці у двокамерному 
електродіалізному апараті, оснащеному катіонообмінною мембраною RELEX 
CH(H)-PP (рис. 2.6).  
Електродами слугували пластини з нержавіючої сталі. Лужний 
екстракт гумінових кислот подавали в анодну камеру апарата.  
 
Рисунок 2.6 - Схема електродіалізної комірки для регенерації лугу.  
  
Нейтралізацію здійснювали за величини струму 1,1 А і напруги 40 В, 
густина струму 362 А/м2 , площа електрода 30,4-10-4 м2 , до отримання в 
катодній камері католіту рН=11,8 та видалення його з анодної камери 
(значення рН в комірці досягало 5,75).  
Іоноселективна мембрана вибірково пропускає позитивно заряджені 
іони, які рухаються до катода.   
 Для проведення електрохімічної нейтралізації зібрано установку, що 
складається з блока живлення і комірки. Блок живлення аналогічний 
використовуваному раніше для електрохімічного синтезу хелатних сполук.   
  
2.8 Проведення термогравіметричних досліджень  
  
Термогравіметрію досліджуваних зразків здійснювали в інтервалі 
температур 25-800 °С на приладі "Nerzsch STA 449F3" з реєстрацією 
теплового потоку, лінійна швидкість нагріву 5 °С/хв.  
 
  
2.9 Дослідження дисперсності частинок  
 
Визначення дисперсності частинок гумінових речовин та їхніх сполук 
із натрієм і залізом визначали методом динамічного світлорозсіювання на 
приладі NanoParticaSZ-100Z (Horiba, Japan).  
  
2.9.1 Методика отримання гумату натрію  
  
Гумінові кислоти виділяли з торфу за лужної екстракції у формі солей 
(гуматів). Екстракцію торфу здійснювали 1 % розчином NaOH протягом 60 
хв. за постійного перемішування лопатевою мішалкою. Гідромодуль 
екстракції становить 1:100. Проекстраговану суспезію розділяли 
центрифугуванням за 8000 об./хв протягом 10 хв. Отриманий осад 
складається з нерозчинних компонентів торфу (целюлози та лігніну), 
надосадова рідина містить розчинені гумінові кислоти у формі солей натрію 
(гуматів натрію) та фульвокислоти у формі фульватів натрію. В отриманій 
надосадовій рідині визначали розмір частинок методом динамічного 
світлорозсіювання.  
  
2.9.2 Методика виділення гумінових речовин  
  
Гумінові речовини, що виділяються з торфу під час лужної екстракції, 
розділяли на гумінові кислоти і фульвокислоти. Гумінові кислоти випадають 
в осад із розчину в разі підкислення екстракту до рН ≤ 2. Доведення до 
необхідного рН здійснюється додаванням в екстракт розчину НСІ. Поле 
коагуляції гумінові кислоти відокремлювали шляхом центрифугування за 
8000 об/хв протягом 15 хвилин. В отриманому осаді визначали розмір часток.   
  
 
2.9.3 Методика виділення фульвокислот  
  
Після відокремлення гумінових кислот у надосадовій рідині містяться 
фульвокислоти, які не випадають в осад при підкисленні. Виділення 
фульвокислот відбувалося при висушуванні розчину. Сухий залишок 
використовували для визначення розміру часток.  
  
2.9.4 Електрохімічний синтез хелатних сполук гумінових кислот   
  
Електрохімічний синтез здійснювали на лабораторній установці, 
конструкція та принцип дії якої описані в пункті 2.4.  
Параметри електрохімічного синтезу: тривалість - 4 год, напруга - 60 В, 
сила струму - 2,5 А.  
Після електрохімічного синтезу визначали розмір частинок гумату 
заліза, що міститься в екстракті торфу.  
 
2.9.5 Методика виділення фракцій гумінових речовин торфу   
  
Висалювання гумінових кислот здійснювалося з екстракту торфу за 
допомогою сульфату амонію, розчинність якого у воді становить 75,4 г/100 
мл.  
Експериментально отримано три зразки гумінових речовин. Першу 
фракцію гумінових кислот виділяли при розчиненні 150 г сульфату амонію в 
500 мл екстракту торфу. Через 24 год осад відокремлювали 
центрифугуванням і висушували. Після відділення першої фракції гумінових 
кислот у фугаті додатково розчиняли 200 г сульфату амонію для отримання 
другої фракції гумінових кислот. Через 24 год осад відокремлювали 
центрифугуванням і сушили на повітрі.  
Третій зразок гумінових кислот був виділений за допомогою наважки 
сульфату амонію, що дорівнювала сумі наважок, використаних при виділенні 
перших двох зразків.   
Для очищення гумінові речовини розчиняли в дистильованій воді, 
потім за допомогою HCl отриманий розчин підкислювали соляною кислотою 
до рН менше 2. Осад гумінових кислот, що виділилися, відокремлювали 
центрифугуванням і висушували.  
  
2.9.6 Методика визначення розмірів частинок гумату заліза в розчині 
методом динамічного світлорозсіювання  
  
Дослідження розміру частинок проведено за допомогою приладу 
HORIBA LB550 (Dinamic light scattering particle size analyzer). Вимірювання 
та запис результатів здійснювали в режимі "scattering light intensity".  
Зразки розчинів вихідної концентрації та після розбавлення 
безпосередньо перед вимірюванням (часовий інтервал між фільтрацією та 
початком вимірювання не більше ніж 20 с, окрім вимірювань із витримкою 
впродовж 2 хв.).  
Фільтрування розчинів проводили за допомогою мембранного фільтра 
з діаметром пор 0,45 мкм. Кожне вимірювання проводили в 3-х 
послідовностях. Досліджено розчини вихідної концентрації (1 г/л) і після 
розведення у 200 разів.   
  
2.10 Дослідження гумату заліза для профілактики мікотоксикозу  
  
Для експериментів використовували самців нелінійних білих щурів 
масою тіла 180-200 г. Сформували 4 групи тварин по 10 щурів у кожній. 
Першій групі тварин згодовували досхочу природно контамінований 
мікотоксинами корм, що містив Т-2 токсин у концентрації 178,3 мкг/кг, НТ-2 
токсин у концентрації 23,8 мкг/кг корму. Другій групі щурів давали цей 
самий корм, і з 5 по 15 добу досліду вводили внутрішньошлунково хімічно 
чистий гумат заліза, отриманий електрохімічним способом у дозі 0,1 мл на 
тварину. Третій групі щурів давали цей самий корм, і з 5 по 15 добу досліду 
вводили внутрішньом'язово гумат заліза в дозі 0,1 мл на тварину. Четвертій 
групі - чистий корм без токсинів (група біологічного контролю). Годування 
тварин і спостереження за ними вели протягом 20 діб. Кожні 5 діб проводили 
зважування, наприкінці досліду провели відбір крові для гематологічних і 
біохімічних досліджень, діагностичний розтин і визначення вмісту заліза в 
печінці.  
  
2.11 Біоконверсія целолігніну торфу  
 
У дослідженнях  використовували міцеліальний гриб T. reesei M18, 
наданий кафедрою біохімії та біотехнології Казанського федерального 
університету. Культуру гриба вирощували в чашці Петрі на 
картопляноглюкозному агарі, що має такий склад, г/л: відвар картоплі - 200, 
агар - 2, стрептоміцин - 1. Інокулювання культури гриба в живильне 
середовище проводили петлею з чашки Петрі.  
Для культивування гриба застосовували целолігнін торфу після 
виділення гумінових речовин, які витягували методом лужної екстракції 1 %-
м розчином NaOH (гідромодуль 1:100) протягом 60 хв. Після чого екстракт 
відокремлювали центрифугуванням, решту целолігніну торфу промивали 
дистильованою водою.  
Живильне середовище містило целолігнін торфу у твердому стані (10 
г/л у перерахунку на суху речовину) та мінеральні речовини, г/л: (KH2 PO4 - 
15,0, CaCl2 - 0,3; (NH )42 SO4 - 4,9; МgSO4 -7H2 O - 0,3). рН поживного 
середовища варіювався від 4 до 8 додаванням слабких розчинів NaOH і HCl.  
Для підвищення ферментативної активності міцеліального гриба в 
живильне середовище вводили мультіензимний комплекс (МЕК), що містить 
целюлазні та ксиланазні ферменти і редукуючі речовини.  
МЕК отримано культивуванням штаму гриба T. reesei M18 на 
живильному середовищі з фугату післяспиртової барди за методикою, 
представленою в роботі [138]. Ксиланазна активність у МЕК - 37,3 IU/мл, 
целюлазна - 0,29 FPU/мл. МЕК вводили в живильне середовище у вигляді 
культуральної рідини в кількості 10-30 % від загального об'єму живильного 
середовища, яке містило 2,6 г/л редукуючих речовин. Вважалося, що 
присутність у живильному середовищі целюлази і ксиланази при 
ферментативному гідролізі целюлози сприятиме утворенню олігомерних 
вуглеводів, які є індукторами додаткового синтезу грибами целюлази і 
ксиланази [139].  
Для підвищення фізіологічної активності міцеліального гриба T. reesei 
M18, целолігнін торфу також обробляли бісульфітом натрію, під час обробки 
яким лігнін розчиняється, а клітковина торфу стає більш доступною для 
асиміляції грибом. Бісульфітну обробку здійснювали за температури 170о С, 
тривалість - 3 год, витрата сульфіту натрію (за Na2 О) 15 % до абс. сухої 
речовини, гідромодуль 1:8, рН 6,5. Вміст редукуючих речовин у 
бісульфітному лузі становив 1,3 г/л, що вказувало на часткову деструкцію 
целюлози. Вміст редукуючих речовин у поживних середовищах, зумовлений 
необхідністю росту гриба, варіювали в частині дослідів розведенням 
дистильованою водою 1:1.   
Культивування на поживних середовищах із целолігніну торфу 
проводили періодичним глибинним способом при температурі (28+1)о C від 6 
до 15 діб за безперервного перемішування (частота обертання 130 об./хв.) у 
темряві на шейкері-інкубаторі Innova 43R (США) у колбах місткістю 250 мл. 
Об'єм живильного середовища - 50 мл.  
Визначення ксиланазної активності проводили в трьох повторностях за 
методом König [140], целюлазної активності - у трьох повторностях за 
методом IUPAC [138].  
Для визначення редукуючих цукрів до 120 мкл досліджуваної проби 
додавали 1200 мкл дистильованої води та 600 мкл DNSA (3,5 
динітросаліцилова кислота). Проби спочатку витримували протягом 10 
хв. при температурі 100 °С, потім - 5 хв. при 0 °С. Після цього додавали в усі 
проби по 6 мл дистильованої води і вимірювали оптичну густину проби за 
довжини хвилі 540 нм. Як контроль використовували дистильовану воду.  
Частку негідролізованої целюлози в целолігніні визначали в трьох 
повторностях за методом [141].  
Білок у твердій фазі культуральної рідини визначали методом 
елементного аналізу на аналізаторі EuroEA-3000 (EuroVector, Італія). 
Стандарт - стрептоцид (C H O6822 S N).   
Для статистичного опрацювання результатів використовували 
програму Excel. Для порівняння застосовували інтервальні оцінки. Рівень 
значущості р < 0,05.  
  
2.12 Визначення адсорбційних властивостей клітинної стінки гриба 
Trichoderma reesei M18 щодо Т-2 мікотоксину  
  
Застосовували клітинну стінку, отриману з біомаси гриба T. reesei M18 
протеолізом ферментним препаратом Protex 6L (виробник Genencor  
International, США), що містить лужну серинову протеазу субтилізин 
(К.Ф. 3.4.21.62). Вихід клітинної стінки становив 19,95±0,75 %, вміст білка в 
клітинній стінці (визначався методом Барнштейна) - 10,80 %. Питома 
поверхня клітинної стінки, визначена за методом БЕТ (Брунауера-
ЕмметаТеллера). У роботі застосовували державні стандартні зразки Т-2 
токсину. Адсорбцію мікотоксинів проводили в 5 мл води (рН 5,5), або 
етилового спирту (патулін, дезоксиніваленол) у співвідношенні 
мікотоксин:адсорбент 1:1000. Кількісне визначення мікотоксинів проводили 
методом тонкошарової хроматографії з підтримкою програми денситометрії 
Sorbfil TLC Videodensitometer (програма для кількісної оцінки та розрахунку 
параметрів у тонкошаровій хроматографії). Для експериментів in vivo 
використовували самців нелінійних білих щурів масою 180-200 г. Щурам 
натщесерце внутрішньошлунково за допомогою зонда вводили болюси, які 
містять Т-2 токсин у дозі 3,2 мг/кг маси тіла - першій групі, а також болюси, 
які містять токсин у тій самій дозі та додатково досліджуваний адсорбент у 
співвідношенні мікотоксин:адсорбент 1:1000 - другій групі щурів. За 
тваринами вели спостереження протягом 72 год.  
  
  
  
  
  
  
  
 
3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА  
 
3.1 Вивчення складу та властивості торфів  
 
Торф завдяки складності свого складу і будови, наявності широкого 
класу хімічних сполук, використовується як сировина в багатьох галузях 
промисловості, а також потребує розроблення способу його комплексної 
переробки. Сфери використання торфу мають бути зумовлені  його 
властивостями і складом, які варіюються в широких межах і залежать від 
виду торфу. Особливо важливим і визначальним напрям переробки торфу є 
його груповий склад.   
  
3.1.1 Визначення елементного складу торфу  
  
Елементний склад торфу визначає напрямок його використання, його 
перспективу переробки. Проведено дослідження елементного складу зразків 
торфу, результати представлені в таблиці 3.1.   
  
Таблиця 3.1 - Елементний склад торфу  
Вміст, %  
Елемент Верховий Верховий Верховий 
(Чуваська (Ленінградська (республіка 
республіка) обл.) Марій Ел) 
Залізо (Fe) 0,45±0,14 0,52±0,06 1,04±0,16 
Калій (К) 0,23±0,08 0,18±0,08 0,42±0,22 
Натрій (Na) ≤0,1 ≤0,1 0,2±0,03 
Азот (N) 1,15±0,11 0,84±0,21 2,83±0,34 
Вуглець (С) 48,9±4,52 60,5±3,32 53,6±3,46 
Водень (H) 6,02±1,32 7,01±1,86 5,23±0,42 
Невстановлені 
43,15±6,17 30,85±5,53 36,68±4,63 
компоненти 
Важливим фактором є вміст азоту. У різних видах торфу валова 
кількість азоту коливається від 0,7 у верховому до 4 % у низинному. Вміст 
заліза в низинному торфі зазвичай не перевищує 3 %, у верховому і 
перехідному вміст заліза становить 0,5 - 1 % [143].   
Як видно з наведених даних, у досліджуваних зразках торфу 
спостерігається підвищений для верхового типу торфу вміст азоту. Вміст 
заліза перебуває в межах норми для верхового торфу. Також у зразках 
присутній калій і натрій.   
  
3.1.2 Дослідження групового складу торфу, визначення зольності та 
ступеня розкладання  
  
Дослідження групового складу органічної речовини торфу дає змогу 
отримати його характеристику як природного джерела біологічно активних 
речовин.   
Для верхового торфу характерний менший вміст гумінових кислот і 
підвищений вміст вуглеводів (суми гідролізованих фракцій) порівняно з 
низинним торфом [144]. Вміст лігніну залежить від ботанічного складу 
торфу.  
Основним джерелом неорганічних сполук торфу є водна міграція 
мінеральних компонентів, що надходять із паводками та ґрунтовими водами, 
поряд із цим існує повітряний і біогенний шлях надходження. У результаті 
цих явищ відбувається накопичення і перерозподіл неорганічних сполук. 
Неорганічна частина торфу при спалюванні утворює золу. Низинні торфи, що 
утворюються в умовах живлення стічними та ґрунтовими водами, 
характеризуються підвищеним вмістом золи. Зі збільшенням ступеня 
розкладання, а отже, і ступеня мінералізації торфу, зольність торфу 
підвищується.  
Підвищення зольності знижує тепловий ефект спалювання палив, 
здорожує (як баласт) вартість їхнього транспортування, негативно впливає на 
технологію процесів перероблення і якість одержуваних продуктів.  
Ступінь розкладання визначає відсоткове співвідношення в торфі 
аморфної безструктурної маси, що містить гумінові речовини та дрібні 
частинки тканин рослин. Результати дослідження фракційно-групового 
складу досліджуваних торфів представлені в таблиці 3.2.  
  
Таблиця 3.2 - Фракційно-групові характеристики торфів  
 Вміст, % 
Група Верховий Верховий Верховий 
(Чуваська (Ленінградська (республіка 
республіка) обл.) Марій Ел) 
Гумінові речовини 28,5 ± 4,3 22,5 ±4,6 25,5 ±5,1 
Легкогідролізовані 
43,5 ± 9,2 49,0 ±7,4 28,5 ±4,9 
речовини 
Речовини, що важко 
9,0 ± 2,5 12,5 ±3,1 21,0 ±5,0 
гідролізуються 
Лігнін 19,0 ± 3,3 16,0 ±3,8 24,0 ± 4,8 
Ступінь розкладання 40,0 - 45 30 - 35 45 - 50,0 
Зольність 17,3 ± 4,1 12,4 ±3,6 19,0 ±3,6 
  
У торфах, що вивчаються, встановлено високий вміст речовин, що 
гідролізуються, і середній вміст гумінових кислот.   
Верховий торф, як правило, має низьку зольність, оскільки 
утворюється в умовах бідного мінерального живлення, частіше атмосферного 
або за рахунок поверхневих вод. Зазвичай зольність верхового торфу не 
повинна перевищувати 10 - 15 %. У результаті дослідження визначено 
зольність торфів, яка становить від 12,4 до 19 %. Отримані дані свідчать про 
підвищену мінералізацію торфу з Чуваської республіки та Марій Ел, що дає 
змогу віднести досліджувані зразки торфу до перехідного виду між верховим 
і низовим.  
Розкладання торфу відбувається переважно у верхньому торфогенному 
шарі. Ступінь розкладання понад 40 % вважається високим. Досліджувані 
зразки мають високий ступінь розкладання, але й високий вміст речовин, що 
гідролізуються. Ці показники свідчать про можливість використання даних 
видів торфу для інтенсивної промислової переробки.  
Спосіб переробки торфу залежить від його характеристик. При 
комплексній переробці торфу з отриманням біопродуктів, торф як сировина 
повинен володіти певними характеристиками, для того щоб технологія 
переробки була економічно обґрунтованою. У торфі має бути присутнім 
високий вміст гумінових речовин (близько 30 %) для отримання на його 
основі препарату для профілактики мікотоксикозів у тварин, при цьому в 
ньому також має залишатися целолігнін для переробки з використанням 
міцеліальних грибів.  
На основі отриманих даних про елементний і груповий склад торфу для 
розроблення технології комплексного перероблення торфу обрано верховий 
торф із Чуваської республіки, оскільки в ньому міститься велика кількість 
гумінових речовин, речовин, що гідролізуються, і лігніну.  
  
3.1.3 Визначення розчинності торфу  
  
Попередню органолептичну оцінку розчинності торфу представлено в 
таблиці 3.3.  
 
 
 
 
 
 
 
    
Таблиця 3.3 - Дослідження розчинності  
Розчинник Розчинність торфу без нагрівання 
Вода не розчиняється 
Етанол не розчиняється 
1М NaOH частково, світло-коричневий розчин через 2-3 дні 
Діоксан не розчиняється 
Ацетон не розчиняється 
Вода - діоксан 
частково 
(1:1 за обсягом) 
 
 Як видно з представлених даних, торф частково розчиняється в 
розчині лугу. Відомо, що в лужному середовищі відбувається екстракція 
гумінових речовин. І цей розчинник є оптимальним для досліджуваного 
торфу при виділенні гумінових кислот.  
  
3.2 Дослідження властивостей целолігніну та лігніну торфу  
  
Целолігнін торфу являє собою залишок, одержуваний після екстракції 
гумінових кислот, і складається із залишкової целюлози і лігніну рослинного 
походження. Целюлоза належить до речовин, які важко гідролізуються, але 
за застосування штамів мікроорганізмів із вираженою целюлолітичною 
активністю або за застосування спеціальних методів обробки, її можна 
використовувати як джерело вуглеводів для створення на її основі поживних 
середовищ. Лігнін являє собою нерозчинний залишок торфу після гідролізу 
легко- і важкогідролізованих речовин, він має розвинену поверхню і 
порівняно високі адсорбційні властивості щодо речовин різних класів, а 
також не перетравлюється в організмі тварин. На його основі можливе 
виробництво біоадсорбентів.  
  
3.2.1 Визначення елементного складу лігніну та целолігніну торфу  
  
 Встановлено елементний склад целолігніну і лігніну верхового торфу 
Чуваської республіки, визначено вміст азоту, вуглецю, водню, результати 
наведено в таблиці 3.4.  
Таблиця 3.4 - Елементний склад целолігніну та лігніну, виділених із 
верхового торфу Чуваської республіки  
Зміст, % 
Речовина 
Лігнін Целолігнін 
Азот (N) 2,7 ± 0,9 1,9 ± 0,8 
Вуглець (C) 45,4 ± 8,6 46,5 ± 9,1 
Водень (H) 5,2 ± 1,1 5,9 ± 1,1 
  
Як видно з наведених даних, відсотковий вміст азоту в залишковому 
лігніні та целолігніні більший, ніж у вихідному торфі, в якому він становив 
1,15 %.   
  
3.2.2 Визначення зольності лігніну та целолігніну  
 
Результати визначення зольності представлені в таблиці 3.5.   
  
Таблиця 3.5 - Зольність целолігніну та лігніну торфу  
Група Зольність, % 
Лігнін 40,80 ± 5,6 
Целолігнін 34,05 ± 4,9 
  
Отримані дані свідчать про високу мінералізацію, що є наслідком 
попереднього відокремлення значної органічної частини під час екстракції 
гумінових кислот і гідролізу целюлози з целолігніну.   
  
3.2.3 Визначення вуглеводного складу торфу та целолігніну торфу  
  
Встановлено  вуглеводний  склад  целолігніну  методом   
хроматографічного аналізу, результати представлені в таблиці 3.6. 
 
Таблиця 3.6 - Вуглеводний склад целолігніну   
Речовина Вміст, г/кг 
Глюкоза 173,0 ± 13,2 
Ксилоза+галактоза 67,0 ± 9,5 
  
З отриманих результатів можна зробити висновок, що целолігнін після 
відокремлення гумінових речовин може слугувати джерелом цукрів при 
створенні поживних середовищ для культивування мікроорганізмів.  
 3.3 Способи виділення гумінових кислот із торфу  
  
Гумінові речовини мають високу фізіологічну активність і знаходять 
застосування при розробці кормових добавок для тварин і добрив для рослин. 
Наявність великої кількості функціональних груп у гумінових речовинах 
зумовлює їхню можливість вступати у взаємодію з широким колом речовин 
різної природи, що дає змогу створювати на їхній основі речовини, які 
детоксикують та адсорбують.  
Як екстрагенти для виділення гумінових кислот із торфу можуть бути 
використані різні речовини. На ефективність розділення також впливають 
тривалість розділення і температура процесу.   
  
3.4 Визначення ефективності екстракції гумінових речовин із торфу  
  
 На ефективність екстракції гумінових речовин впливає вибір 
екстрагента, тривалість і температура екстракції. Для визначення 
оптимальних параметрів виділення ГВ із торфу проведено серію 
експериментів із варіюванням екстрагентів, тривалості екстракції та 
температури; результати представлено на рисунку 3.1.  
 
а) 
 
б) 
 
в) 
Рисунок 3.1 - Вихід гумінових речовин із торфу за температури 
процесу  
а) 20 °С, б) 40 °С, в) 60 °С  
 
Як видно з наведених даних, максимальний вихід гумінових кислот 
досягається за тривалості поділу 60 хв. і температури 60 °С з використанням 
як екстрагента гідроксиду натрію. Ефективність виділення гумінових кислот 
із застосуванням NaOH вища, ніж при використанні інших екстрагентів. 
Вміст гумінових кислот за тривалості поділу 60 хв. незначно збільшується 
порівняно зі значеннями за 40 хв., що може свідчити про настання насичення 
розчину за цих умов. За температури середовища 60 °С насичення настає 
швидше. Ефективність використання розчину гідроксиду натрію пов'язана з 
тим, що за рівної масової частки в розчині pH розчину гідроксиду натрію 
вищий, як порівняти з іншими екстрагентами.   
  
3.4.1 Екстракція гумінових речовин із торфу  
  
Альтернативним способом перемішування під час екстракції є 
електромагнітне перемішування [135]. При застосуванні електромагнітного 
перемішування відбувається саморозігрівання торф'яної суспензії. З 
підвищенням температури екстрагованої суспензії слід очікувати підвищення 
виходу гумінових речовин за рахунок гідролізу лігніну.   
Вплив параметрів електромагнітного перемішування на температуру 
торф'яної суспензії показано в таблиці 3.7.   
  
Таблиця 3.7 - Вплив параметрів електромагнітного перемішування на 
температуру торф'яної суспензії  
Напруга, В Сила струму, А Температура торф'яної суспензії, °С 
5 0,5 40 
8 0,7 50 
10 1,1 60 
  
 Проведено порівняння виходу гумінових речовин із торфу за 
механічного та електромагнітного перемішування, з використанням розчинів 
екстрагентів і за різних температур процесу. Результати дослідження 
представлено на рисунку 3.2.   
 
 
Рисунок 3.2 - Вплив виду екстрагента, способу перемішування та 
температури на ефективність виділення гумінових речовин із торфу, де: 1 -  
NaOH механічне перемішування, 2 - NaOH електромагнітне перемішування, 
3 - NaHCO3 механічне перемішування, 4 - Na2 CO3 механічне перемішування.  
  
Як видно з наведених даних, спосіб перемішування не впливає на вихід 
гумінових речовин. Ефективність екстракції гумінових речовин при 
електромагнітному перемішуванні можна порівняти з результатами, 
отриманими при механічному перемішуванні.   
Встановлено, що електромагнітне перемішування торф'яної суспензії в 
екстракторі викликає підвищення температури середовища, що сприяє 
підвищенню ефективності екстракції гумінових речовин.  
Порівняння енергетичних витрат для обох способів екстракції в 
лабораторних умовах показало, що для проведення екстракції з 
використанням електромагнітного перемішування суспензії торфу в реакторі 
потрібно втричі менше потужності порівняно з механічним перемішуванням 
(таблиця 3.8).  
  
 
 
Таблиця 3.8 - Порівняння енергетичних витрат при екстрагуванні 
торфу*.  
Вихід гумінових Енергетичні витрати, Спосіб виділення 
речовин, г/л Вт-год гумінових речовин 
NaOH, механічне 
30,4 ± 5,5 30 Вт-год 
перемішування 
NaOH, електромагнітне 
30,2 ± 5,5 10,1 Вт-год 
перемішування 
 * - Представлено результати за температури торф'яної суспензії 60 °С.  
  
3.5 Отримання гумату заліза хімічним способом  
  
Як показано в огляді літератури, найпоширенішим способом 
отримання гуматів є хімічний метод. Властивості гуматів залежать від 
властивостей вихідного торфу. Для оцінки ефективності способів отримання 
гуматів, у представленій роботі синтезували гумат заліза хімічним методом.   
Проаналізовано їхній елементний склад, дані якого подано в таблиці 
3.9.  
  
 
 
 
 
 
Таблиця 3.9 - Елементний склад гуматів заліза, отриманих хімічним 
способом  
Залізовмісна сполука  
Речовина, % Сіль Мора 
Хлорид заліза Сульфат заліза (Сульфат заліза 
(II), амоній) 
Азот 0,60 0,58 1,43 
Вуглець 20,2 20,10 19,8 
Водень 2,60 2,62 3,45 
Залізо 3,06 3,12 2,85 
Натрій 39,7 39,2 39,00 
Хлор 4,8 Менше 0,1 Менше 0,1 
Сірка Менше 0,1 1,75 1,68 
Калій Менше 0,1 Менше 0,1 Менше 0,1 
 
Як видно з наведених результатів, у зразку гумату заліза, отриманого із 
застосуванням хлориду заліза, міститься значна кількість хлору - 4 %, у 
зразках із застосуванням сульфату заліза та солі Мора присутня сірка - 1,75 % 
і 1,68 %. Присутність цих елементів небажана при виробництві кормових 
добавок. Це підтверджується даними з наукових джерел, де синтезовані 
гумати заліза застосовують переважно як добрива [33-35, 145, 146].  
  
3.5.1 Електрохімічний синтез гумату заліза  
 
Електрохімічний синтез є альтернативним способом отримання гумату 
заліза. За допомогою нього можливе отримання більш безпечних 
безбаластних сполук, що розширить сферу їх застосування. Сутність способу 
полягає в дифузії з електродів іонів заліза в екстракт гумінових речовин під 
впливом електричного поля та утворенні розчинних сполук гумінових 
речовин із залізом. За концентрацією заліза в розчині робили висновок про 
синтез гумату заліза.   
Вплив на синтез гуматів заліза має густина струму, тривалість процесу, 
початкова концентрація гумінових речовин. Проведено дослідження для 
визначення впливу густини струму на синтез гумату заліза [67, 68]. 
Тривалість електрохімічного синтезу 180 хв, концентрація гумінових 
речовин - 1 г/л. Результати представлено на рисунку 3.3.  
Як видно з представлених даних, існує тенденція до збільшення виходу 
гумату заліза в розчині залежно від збільшення густини струму. При цьому зі 
збільшенням густини струму падає ефективність енерговитрат і в області 
значень від 250 mA/м2 , при густині струму 450 A/м2 концентрація заліза 
близька до насичення. Ці параметри застосовано для подальших досліджень.  
  
 
Рисунок 3.3 - Вплив густини струму на вміст заліза в розчині гумінових 
речовин 
  
Проведено дослідження впливу тривалості електрохімічного синтезу на 
вихід гумату заліза. Отримані результати досліджень представлені на 
рисунку 3.4.  
 
 
Рисунок 3.4 - Вплив тривалості електрохімічного синтезу на вміст 
заліза в розчині гумінових речовин  
 
Як видно з представлених даних, вміст заліза в екстракті збільшується 
зі збільшенням тривалості електрохімічного синтезу. Далі графік набуває 
пологу форму, що може свідчити про насичення розчину гумінових речовин 
залізом. Припинення підвищення концентрації заліза в розчині 
спостерігається після 450 хвилин синтезу.  
Оптимальною тривалість процесу є 350 хвилин.  
У проведених експериментах спостерігається тенденція до збільшення 
вмісту сполук заліза зі збільшенням досліджуваних параметрів із подальшим 
етапом насичення.  
Визначено вплив початкової концентрації гумінових речовин в 
екстракті при синтезі гумату заліза. Результати дослідження представлено на 
рисунку 3.5.  
 
 
Рисунок 3.5 - Вплив концентрації гумінових речовин у розчині на вміс заліза 
в розчині гумінових речовин під час електрохімічного синтезу 
  
Аналіз отриманих даних показує, що існує залежність між 
концентрацією заліза в розчині та початковою концентрацією гумінових 
речовин. З підвищенням концентрації гумінових речовин збільшується вихід 
синтезованого гумату заліза.  
На основі проведених досліджень можна зробити висновок, що на 
синтез гуматів заліза впливає густина струму, тривалість процесу та 
концентрація гумінових кислот в екстракті, зі збільшенням цих параметрів 
зростає концентрація заліза в розчині.  
Ефективними параметрами для електрохімічного синтезу є: щільність 
струму 250 mA/м2 , тривалість процесу 350 хвилин, початкова концентрація 
гумінових речовин 2,75 г/л.  
  
3.6 Термогравіметричне дослідження  
  
Проведено дослідження торфу, його компонентів і продуктів його 
переробки термогравіметричними методами. На основі отриманих даних 
можна зробити висновки про швидкість та етапи термічного розкладання 
досліджуваних зразків.  
  
3.6.1 Дослідження торфу методами термічного аналізу  
  
 Методами термічного аналізу досліджено торф, обраний для 
комплексної переробки. Результати дослідження представлено на малюнку 
3.6.  
На термограмі вихідного торфу процесу початку розкладання 
відповідає початок випаровування вільної вологи, яке спостерігається в 
діапазоні температур 60-140 °С. Торф вирізняється складним складом, до 
його складу крім важкогідролізованої целюлози і лігніну входять залишки 
рослин зі збереженою клітинною будовою, геміцелюлози. Це відображається 
на кривій диференціальної термогравіметрії, де область термічного 
розкладання компонентів має широкі межі. Залишкова маса у торфу 27,3 %, 
оскільки він містить велику кількість сполук, що повністю розкладаються під 
час нагрівання з утворенням газоподібних продуктів.  
  
 
Рисунок 3.6 - Термогравіметричне дослідження торфу  
  
Екзотермічна реакція, що відповідає піку на графіку диференційно-
сканувальної калориметрії за 629,4 °С, свідчить про окислення залишків 
гумінових кислот і руйнування найстійкіших структур окисленням вуглецю, 
що виділився.   
  
3.6.2 Дослідження целолігніну та лігніну торфу методами термічного 
аналізу  
  
Методами термічного аналізу досліджено целолігнін і лігнін торфу. 
Результати дослідження представлено на малюнку 3.7.  
Під час термічного впливу на целолігнін першій температурній 
деструкції піддається целюлоза за температури 240-350 °С, потім лігнін - 
280-500 °С, що зумовлено його ароматичною природою [144].  
Під час аналізу термограм целолігніну видно, що процесу 
випаровування вологи зі зразка (80-120 °С), відповідає ендотермічний ефект 
на кривій диференціальної термогравіметрії. Початок термодеструкції 
целолігніну торфу визначено за кривою термогравіметрії, він відповідає 
температурі 240 °С. На цьому етапі відбувається розкладання целюлози та 
найменш термостійких фрагментів лігніну. Відбувається інтенсивна втрата 
маси 3,13 %/хв. Подальшому розкладанню лігніну відповідає ендотермічний 
ефект (380 - 500 °С) з подальшим формуванням структури вугілля, якому 
відповідає екзотермічна реакція, відображена на ДСК діаграмі у вигляді 
плато. Залишкова маса склала 34,05 %, що більше, ніж у вихідного торфу.  
 
 
Рисунок 3.7 - Термогравіметричне дослідження целолігніну  
 
Методами термічного аналізу досліджено целолігнін і лігнін торфу. 
Результати дослідження представлено на малюнку 3.8.  
  
 
Рисунок 3.8 - Термогравіметричне дослідження лігніну 
 Термічне розкладання лігніну починається при 120 °С. Пік втрати маси 
припадає на значення 121,4 °С, що свідчить про інтенсивне випаровування 
зв'язаної води. Оскільки в досліджуваному зразку відсутня целюлоза, 
видалена гідролізом, піку, що відповідає її розкладанню, на термограмі не 
спостерігається. Розкладання лігніну відбувається плавно, в діапазоні від 200 
до 500 °С. Залишкова маса становить 40,82 % від початкової.  
  
3.6.3. Дослідження гуматів заліза методами термічного аналізу  
  
Методами термічного аналізу досліджено гумат натрію та гумат заліза, 
отриманий хімічним та електрохімічним способом.  
Результати дослідження гумату натрію представлено на рисунку 3.9.  
  
 
Рисунок 3.9 - Термогравіметричне дослідження гумату натрію  
  
Гумат натрію отримано шляхом екстракції торфу розчином гідроксиду 
натрію. На його ДТГ термограмі на початку термічного впливу помітний пік, 
який пов'язаний із процесом випаровування вологи. Наступний пік, який 
свідчить про втрату маси, спостерігається в діапазоні температур 200-400 °С, 
що може свідчити про руйнування молекулярної периферії гумінових кислот 
торфу. На ДСК термограмі в цьому діапазоні температур спостерігається 
невелика екзотермічна реакція, яка також свідчить про руйнування 
аліфатичної частини гумінових кислот.  
Другий екзотермічний ефект, що паралельно супроводжується зміною 
маси, свідчить про подальше руйнуванням найбільш термічно стійких 
фенольних структур. З аналізу термограм і за порівняння їх із термограмами 
гумінових кислот, наведених в інших дослідженнях [148], можна зробити 
висновок, що присутність у гумінових кислотах сполук з натрієм сильно 
впливає на їхню поведінку під час термічного розкладання і робить 
характерні піки, які свідчать про термічне розкладання аліфатичної, а згодом 
і ароматичної структури, більш плавними. Це свідчить про зміни в структурі 
гумінових кислот у сполуках з натрієм.   
Методами термічного аналізу досліджено гумат заліза, отриманий 
хімічним та електрохімічним способом. Результати представлені на малюнку 
3.10.  
  
 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.10 - Термогравіметричне дослідження: а) гумату заліза, 
отриманого електрохімічним синтезом; б) гумату заліза, отриманого 
хімічним способом. 
 
На термограмі гуматів заліза, отриманих хімічним способом, помітна 
невелика ендотермічна реакція, що супроводжується втратою маси за 100 °С, 
що свідчить про випаровування слабко зв'язаної води. Значна втрата маси 
зразка (5,02 %/хв) відбувається за 169 °С, що також може свідчити про 
руйнування сполуки гумінових кислот із водою. У цьому діапазоні 
температур починає відбуватися термічна деструкція їхньої периферії. Також 
наявність цього ендотермічного ефекту може бути пояснена присутністю 
сполук із залізом. Іони заліза вступають у реакцію й утворюють сполуки на 
периферії гумінових кислот із функціональними групами, а піки свідчать про 
їхнє руйнування. За високої концентрації іонів у розчині залізо утворює з 
гуміновими кислотами багатоядерні комплекси [149]. У роботі Корнелла 
показано, що тип сполук заліза з органічними речовинами ґрунтів залежить 
від співвідношення органічної та мінеральної частини, де за низьких 
концентрацій заліза утворюються комплекси, а за високих - оксиди та 
гідроксиди, стабілізовані в органічній матриці [150]. Екзотермічний ефект, 
пов'язаний із розщепленням центральних ядерних структур гумінових 
кислот, спостерігається після 600 °С. Кінцева маса зразка становила 61,99 %.   
Форма термограми гумату заліза, отриманого електрохімічним 
способом, схожа з вищеописаною термограмою. Тут також присутня яскраво 
виражена реакція тієї ж природи з втратою маси (5,03 %/хв) при 163,2 °С. 
Відмінність спостерігається в змішуванні піку екзотермічної реакції, 
максимум якої проходить при 441,7 °С. Кінцева маса зразка становить 61,18 
%, як і у випадку з гуматом заліза, отриманим хімічним способом, що значно 
більше за кінцеву масу гумату натрію, (33,38 %). Це свідчить про значну 
присутність заліза, що впливає на мінералізацію.  
  
3.7 Дослідження дисперсності частинок  
  
3.7.1 Визначення впливу розчинення на дисперсний склад гумінових 
речовин і гумату натрію  
  
 Вивчено дисперсність частинок гумату натрію, отриманого методом 
лужної екстракції, у стандартних умовах вимірювання. Результати 
дослідження представлено на рисунку 3.11.  
 
 
Рисунок 3.11 - Розподіл частинок гумату натрію. Розмір частинок - від 
38,7 нм до 877,3 нм. Середнє значення - 160,5 нм. Стандартне відхилення - 
1,5 нм. Частка фракції - 99,97 %.  
 
Гумат натрію являє собою монодисперсну суміш частинок. Вивчено 
дисперсність системи при розведенні. Результати представлені на малюнку 
3.12.   
Як видно з наведених результатів, під час розведення суспензії гумату 
натрію відбувається розчинення великих агрегованих частинок на дві фракції 
менш агрегованих за розміром частинок.  
 
 
Рисунок 3.12 - Розподіл частинок гумату натрію (розведення 200).  
 
1-ша фракція: 2-а фракція:  
Розмір частинок - від 1,5 до 7,6 
Розмір частинок - від 296,2 до 1004,8 нм. 
нм. 
Середнє значення - 4,4 нм. Середнє значення - 443,2 нм. 
Стандартне відхилення - 1,9 нм. Стандартне відхилення - 364,2 нм. 
Частка фракції - 51 %. Частка фракції - 49 %. 
  
Вивчено дисперсний склад гумінових кислот. Результати представлені 
на малюнку 3.13.  
 
 
Рисунок 3.13 - Розподіл часток гумінових речовин. Розмір частинок - 
від 58,1 до 445,1 нм. Середнє значення - 166,7 нм. Стандартне відхилення - 
1,4 нм. 
 Як видно з наведених даних, гумінові речовини є сумішшю 
агрегованих частинок із меншим розміром, ніж у гумату натрію, що свідчить 
про слабший ступінь агрегування гуматів заліза.  
Результати розподілу при розведенні представлені на малюнку 3.14.  
 
 
Рисунок 3.14 - Розподіл розмірів частинок гумінових речовин 
(розведення 200).  
1-ша фракція:  2-а фракція:  
Розмір частинок - від 2,6 до 19,6 
Розмір частинок - від 58,2 до 388,1 нм. 
нм. 
Середнє значення - 5,8 нм. Середнє значення - 259,2 нм. 
Стандартне відхилення - 2,1 нм. Стандартне відхилення - 56,2 нм. 
Частка фракції - 69 %.  
 
Як видно з отриманих даних, при розведенні відбувається схоже з 
попереднім експериментом утворення двох фракцій.  
Вивчено дисперсний склад фульвокислот після виділення гумінових 
речовин. Результати представлені на малюнку 3.15.  
 
 
 
Рисунок 3.15 – Розподіл часток фульвокислот. Розмір частинок - від 
44,3 до 668,7 нм. Середнє значення - 170,3 нм. Стандартне відхилення - 3,4 
нм. 
 
Як видно з наведених даних, фульвокислоти також є монодисперсною 
сумішшю частинок із порівнянним діапазоном розмірів частинок виділених 
гумінових кислот. Слід зазначити, що через високу розчинність і малі 
розміри асоціація молекул фульвокислот можлива за рахунок утворення 
міжмолекулярних водневих зв'язків. Результати розподілу при розведенні 
представлені на рисунку 3.16.  
 
 
Рисунок 3.16 - Розподіл розмірів частинок фульвокислот (розведення 
200). 
 
1-ша фракція: 2-а фракція:  
Розмір частинок - від 3,4 до 19,6 
Розмір частинок - від 225,8 до 668,7 нм. 
нм. 
Середнє значення - 10,2 нм. Середнє значення - 445,1 нм. 
Стандартне відхилення - 1,2 нм. Стандартне відхилення - 256,8 нм. 
Частка фракції - 56 %. Частка фракції - 44 %. 
Фульвокислоти не осідають при підвищенні кислотності [3]. Отримані 
дані свідчать про те, що при розведенні фізико-хімічні властивості 
фульвокислот аналогічні гуміновим кислотам.  
Як видно з наведених даних, у всіх трьох зразках спостерігаються 
зіставні тенденції під час вимірювання розміру частинок методом 
динамічного світлорозсіювання. Під час першого вимірювання 
спостерігається один пік, що свідчить про найбільшу кількість присутніх 
частинок із цим розміром. Після розведення відбувається перерозподіл з 
утворенням двох фракцій з різними розмірами частинок. Це свідчить про те, 
що частинки спочатку сильно агреговані в розчині й утворюють 
надмолекулярні структури, які руйнуються при зниженні концентрації 
(підвищенні ступеня розведення) з утворенням нових надмолекулярних 
структур. З опублікованих наукових даних відомо, що гумінові кислоти є 
природним колоїдом, що утворює асоціації молекул у розчині.   
Можна зробити висновок про те, що перша фракція може являти собою 
окремі частинки, а друга фракція - агломерати, що утворюються під дією 
заряду частинок.  
 
3.7.2 Визначення дисперсного складу гумату заліза  
 
Як показано вище, гумінові речовини, тобто гумінові кислоти і 
фульвокислоти, є полідисперсною агрегованою сумішшю молекул, які, 
природно, різняться за структурою і хімічним складом. Основною 
характеристикою гумінових речовин, що визначає їхні властивості, є розмір 
молекул. Для фракціонування гумінових речовин використовували метод 
висалювання сульфатом амонію. Отримано дві фракції гумінових речовин, 
що випадають в осад послідовно при збільшенні концентрації сульфату 
амонію.   
Методом електрохімічного синтезу з фракцій гумінових речовин 
отримано гумати заліза. Нижче наведено результати визначення розмірів 
частинок гуматів заліза з двох фракцій гумінових речовин. Перша фракція 
випадала в осад за концентрації сульфату амонію 150 г/л, друга - за 
концентрації 200 г/л, після відділення першої фракції (див. методичну 
частину).  
  
3.7.2.1 Визначення дисперсного складу гумату заліза, отриманого з 
першої фракції гумінових речовин  
 
Результати дослідження зразків гумату заліза методом DLS 
представлено на рисунку 3.17.  
а)  
б)  
в)  
Рисунок 3.17 - Визначення дисперсного складу гумату заліза з першої 
фракції гумінових речовин, де: а) зразок № 1, б) зразок № 2, в) зразок № 3. 
 Як видно з отриманих даних під час дослідження зразків, гумат заліза 
являє собою бідисперсну систему. Значення вимірювань представлені в 
таблиці 3.10.  
  
Таблиця 3.10 - Розподіл розміру часток першої фракції гумату заліза  
1-ша фракція 
Показник 2-а фракція частинок 
частинок 
Розмір частинок, нм від 81,2 до 122,3 від 194,2 до 850,1 
Середнє значення, нм 93,2 559,7 
Стандартне відхилення, нм 37,2 444,0 
Частка фракції, % 57,0 43,0 
Коефіцієнт варіації 40 79,3 
  
Розмір частинок у фракціях більший, ніж у початкових гумінових 
речовин, але менший, ніж у частинок гумату натрію. З отриманих даних 
можна зробити висновок, що додаткова присутність металів у структурі 
гумінових речовин збільшує їхню здатність до агломерації.   
 
3.7.2.2 Визначення дисперсного складу гумату, отриманого з другої 
фракції гумінових речовин  
 
Визначено дисперсний склад гумату заліза другої фракції гумінових 
речовин. Результати представлено на рисунку 3.18.  
  
а)  
б)  
в)  
Рисунок 3.18 - Визначення дисперсного складу гумату заліза другої 
фракції гумінових речовин, де: а) зразок № 1, б) зразок № 2, в) зразок № 3.  
  
 Як видно з отриманих даних, дисперсний склад гумату заліза, 
отриманого електрохімічним методом, складається з трьох фракцій частинок.   
Слід зазначити, що електрохімічний синтез гумату заліза з 
низькомолекулярних гумінових речовин призводить до утворення більших 
агрегованих частинок гуматів заліза.   
Результати досліджуваних зразків представлені в таблиці 3.11.  
  
Таблиця 3.11 - Розподіл часток гумату заліза другої фракції гумінових 
речовин  
1-ша  фракція 2-а  фракція 3-тя  фракція 
Показник 
частинок частинок частинок 
від 50,2 до від 1200,0 до 
Розмір частинок, нм від 160,2 до 320 
120,3 5766,0 
Середнє  значення, 
82,4 938,4 3666,0 
нм 
Стандартне 
106,5 1037,1 1128,9 
відхилення, нм 
Частка фракції, % 43,0 38,0 19,0 
Коефіцієнт варіації 129,2 110,5 30,8 
  
3.7.2.3 Визначення дисперсного складу гумату заліза, отриманого з 
нефракціонованих гумінових речовин  
  
Способом висалювання, що застосовується під час фракціонування 
гумінових речовин, виділено загальні гумінові речовини, на основі яких 
електрохімічним синтезом отримано гумат заліза, дисперсний склад якого 
досліджено методом DLS. Результати дослідження зразків гумату заліза 
представлено на рисунку 3.19.  
  
а)  
б)  
в)  
Рисунок 3.19 - Визначення розмірів частинок гумату заліза (а, б, в).  
 
Встановлено, що в гуматі заліза, отриманому з нефракціонованих 
гумінових речовин, містяться дві фракції частинок, які різняться розмірами.  
Результати досліджуваних зразків представлені в таблиці 3.12.  
Таблиця 3.12 - Розподіл часток гумату заліза другої фракції гумінових 
речовин  
1-ша фракція 
Зразок 2-а фракція частинок 
частинок 
Розмір частинок, нм від 50,2 до 120,3 від 160,2 до 320 
Середнє значення, нм 62,6 229,5 
Стандартне відхилення, нм 9,8 9,5 
Частка фракції, % 59,3 40,7 % 
Коефіцієнт варіації 15,6 4,1 
 
Відповідно, слід зробити висновок, що розмір частинок гумату заліза, 
отриманого з нефракціонованих гумінових речовин, менший, ніж у гуматів 
заліза, отриманих із фракціонованих гумінових речовин.  
 Порівняння розмірів частинок гумату натрію та гумату заліза, 
визначених методом DLS, показало, що гумат заліза містить більш 
високодисперсні частинки порівняно з гуматом натрію. Результати 
дослідження представлені на рисунку 3.20.  
 
 
 
 
 
Рисунок 3.20 - Вплив електрохімічного синтезу на дисперсний склад 
гумату заліза: 1- Розподіл розміру часток гумату натрію; 2- Розподіл розміру 
частинок гумату заліза.  
  
Як видно з отриманих даних, під час електрохімічного синтезу 
відбувається перерозподіл частинок на нанорівні. Система залишається 
бідисперсною, але склад середовища стає більш однорідним, гумінові 
речовини піддаються впливу, внаслідок якого одержувані сполуки з 
металами мають менший розмір агломератів, тож мають краще засвоюватися 
організмом.  
  
3.8 Електрохімічна нейтралізація лужного екстракту гумінових 
речовин  
  
Отриманий після екстракції торфу екстракт має лужну реакцію рН. 
Оскільки синтезований на основі гумінових кислот гумат заліза планують 
застосовувати як кормову добавку, а також для економії використовуваного 
під час екстракції лугу, доцільно застосувати спосіб зниження рН екстракту з 
регенерацією лугу. Для зниження рН застосовано спосіб електрохімічної 
нейтралізації. Зниження рН Спосіб полягає в застосуванні іоноселективної 
мембрани. Електродіаліз проводили на установці у двокамерному 
електродіалізному апараті.  
У результаті експерименту було отримано дані про зміну рН в анодній і 
катодній камерах, які представлено на рисунку 3.21 у вигляді графіка 
залежності.  
  
 
Рисунок 3.21 - Електрохімічна нейтралізація лужного екстракту 
гумінових кислот.  
 З представлених результатів видно, що в комірці з екстрактом 
гумінових кислот відбувається поступове зниження рН від лужного до 
нейтрального.  
 У комірці, в якій була дистильована вода, спостерігається зворотний 
процес. У результаті міграції позитивно заряджених іонів через мембрану 
значення рН у комірці підвищується. По суті, в комірці відбувається 
регенерація використовуваного для екстракції гумінових кислот лугу.   
Застосування електродіалізу для переробки цих розчинів дає змогу 
витягти луг і повернути його в технологічний процес як регенераційні 
розчини, що призводить до економії ресурсів.   
При збільшенні тривалості нейтралізації (понад 250 хв) рН у катодній 
камері знижувався до значень 1,8.   
Поряд із можливістю регенерації лугу цей процес можна розглядати як 
спосіб отримання гумінових кислот шляхом їхнього осадження з лужного 
екстракту в результаті подальшого зниження рН.   
  
3.9 Дослідження гумату заліза на тваринах  
  
Рослинні субстрати, обсіменілі токсигенними грибами, не можуть бути 
використані на корм без відповідної санітарної обробки, тому що великі дози 
мікотоксинів у тварин викликають яскраво виражені ознаки отруєння, 
призводять часто до загибелі. Мікотоксини навіть у малих дозах 
спричиняють зниження продуктивності, приросту маси тіла, ослаблення 
резистентності організму, при цьому створюються сприятливі умови для 
виникнення багатьох інфекційних хвороб.  
Мета експерименту: визначити ефективність хімічно чистого гумату 
заліза, отриманого електрохімічним способом за мікотоксикозу.  
Визначено ефективність гумату заліза, отриманого електрохімічним 
способом, за мікотоксикозу тварин [147]. Методи проведення експерименту 
описано в методичній частині 3.9.  
Результати представлені в таблиці 3.13.  
 
Таблиця 3.13 - Ефективність застосування гумату заліза  
 Група тварин  
Показник 
1 2 3 4 
12 
Еритроцити, х10 4,5 ± 0,3 6,1 ± 0,3 5,7 ± 0,4 6,3 ± 0,2 
/л 
9 
Лейкоцити, х10 5,2 ± 0,5 6,6 ± 0,6 5,8 ± 0,4 7,1 ± 0,6 
/л 
Гемоглобін, г/л 126,3 ± 3,2 171,2 ± 4,4 162,8 ± 5,1 144,6 ± 4,2 
Загальний білок, 
52,5 ± 4,5 56,8 ± 2,7 64,8 ± 3,2 69,8 ± 4,6 
г/л 
Вміст заліза 
53,6 ± 4,8 174,0 ± 11,9 81,5 ± 8,4 75,0 ± 6,3 
у печінці, мг/кг 
Виживання 
60 90 90 100 
тварин, % 
 
Тварини першої групи в другу половину досліду були малорухливі, 
погано поїдали корм або відмовлялися від нього, спостерігалося утруднене 
дихання, 4 щури з 10 впали, під час розтину полеглих тварин відмічалися: 
крововиливи та катаральногеморагічне запалення шлунково-кишкового 
тракту, токсична дистрофія печінки, нирки бліді, на розтині кірковий і 
мозковий шари згладжені, селезінка зморщена, набряк легень і головного 
мозку. Тварини, що залишилися, були пригнічені, малорухливі, 
спостерігалися блювота, діарея, відмова від корму і води. Вплив гумату 
заліза на перебіг мікотоксикозу наведено в таблиці 3.12. У крові відзначалося 
достовірне зниження кількості лейкоцитів на 26,8 %, еритроцитів - на 28,6 %, 
загального білка сироватки крові - на 24,8 %, зниження вмісту заліза в 
печінці на 28,5 %, як порівняти з групою біологічного контролю, що свідчить 
про негативну дію мікотоксинів на організм тварин.   
У групі тварин, які отримували гумат заліза внутрішньошлунково, за 
цей самий час спостерігали загибель 1 щура з 10, тварини були пригноблені, 
але активніші порівняно з тваринами першої групи, рухливіші, ознаки діареї 
виражені слабко, апетит збережений. У крові відмічалося достовірне 
зниження кількості лейкоцитів на 7,0 %, еритроцитів - на 3,2 %, загального 
білка сироватки крові - на 18,6 %, збільшення вмісту заліза в печінці на 132 
% відповідно порівняно з групою біологічного контролю, що свідчить про 
негативну дію мікотоксинів на організм тварин, проте ці зміни були менш 
вираженими порівняно з показниками групи тварин, які споживали 
токсичний корм.   
У групі тварин, які отримували гумат заліза внутрішньом'язово, за цей 
самий час спостерігали загибель 1 щура з 10, тварини були пригніченими, але 
більш активними, як порівняти з тваринами першої групи. У крові 
відзначалося достовірне зниження кількості лейкоцитів на 18,3 %, 
еритроцитів - на 9,5 %, загального білка сироватки крові - на 7,2 %, 
збільшення вмісту заліза в печінці на 8,6 % відповідно порівняно з групою 
біологічного контролю, що свідчить про негативну дію мікотоксинів на 
організм тварин. При цьому ці зміни були менш виражені порівняно з 
показниками групи тварин, які споживали токсичний корм.   
 На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що гумат 
заліза має певну профілактичну та протианемічну дію за аліментарних 
мікотоксикозів тварин.   
  
3.10 Біоконверсія целолігніну торфу за твердофазної ферментації гриба 
T. reesei M18 з отриманням біоадсорбенту  
  
Під час виділення гумінових кислот із торфу утворюється целолігнін, 
розробка технології переробки якого має практичну значущість. Одним зі 
способів утилізації целолігніну торфу може бути біотехнологічний, зокрема, 
з використанням міцеліальних грибів і подальшим отриманням біопродуктів 
з біомаси.  
Аналіз результатів, отриманих під час культивування штаму гриба T. 
reesei M18 на поживному середовищі з целолігніну торфу в твердій фазі, 
показує, що дана культура в умовах, що розглядаються, не проявляє істотної 
фізіологічної активності [129]. Для підвищення ферментативної активності 
міцеліального гриба в живильне середовище вводили мультіензимний 
комплекс (МЕК), що містить целюлазні та ксиланазні ферменти і 
редукувальні речовини.   
Результати досліджень, отриманих під час культивування штаму гриба 
T. reesei M18 на поживному середовищі з целолігніну торфу з додаванням 
мультиензимного комплексу у твердій фазі подано в таблиці 3.14  
Зміну ферментативної активності та вмісту редукуючих речовин 
представлено на рисунках 3.21-3.23.  
  
 
 
Таблиця 3.14 - Вплив pH і додавання МЕК біоконверсії на 
біоконверсію целолігніну торфу міцеліальним грибом T. reesei M18   
 
1 4 0,1 10 6 0,29/0,8 3,73/3,5 0,03/0,102 19,67 1,1 
2 4 0,1 30 6 0,86/2,3 11,2/35,1 0,09/0,189 9,52 6,2 
3 8 0,1 10 6 0,29/0,3 3,73/4,45 0,03/0,075 18,19 1,1 
4 8 0,1 30 6 0,86/4,44 11,2/52,9 0,09/0,287 10,69 16,5 
5 4 9,9 10 6 0,29/0,1 3,73/0,58 0,03/0,100 19,24 1,3 
6 4 9,9 30 6 0,86/3,02 11,2/35,2 0,09/0,26 10,76 12,1 
7 8 9,9 10 6 0,29/1,1 3,73/24 0,03/0,12 14,83 10,3 
8 8 9,9 30 6 0,86/4,26 11,3/42,2 0,09/0,32 11,01 15,2 
 
Позаклітинні ксиланазні та целюлазні ферменти, які продукує гриб, 
гідролізують целюлозу, зумовлюючи по закінченню періоду культивування 
збільшення вмісту речовин, що редукують, у культуральній рідині. 
Розглянута закономірність підтверджується зниженням вмісту целюлози в 
целолігніні. Як видно з наведених даних, зменшенню частки негідролізованої 
целюлози відповідає підвищення ферментативної активності, оскільки в 
результаті життєдіяльності клітин гриба відбувається біоконверсія целюлози.   
Внесені в живильне середовище МЕК сприяють зростанню культури, 
що підтверджується збільшенням синтезу білків.   
№ досліду 
рН 
Сульфат амонію 
Витрати культиварної 
рідини 
Тривалість 
культирування 
Редукую ре речовини 
 
Ксиланазна активність 
 
Целюлозна активність 
 
Цастка не 
гідрозілованої 
Вміст цбеіллюкал ов зтив ердій 
фазі культуральної 
рідини 
 
Висновків про вплив концентрації сульфату амонію на ферментативну 
активність із цієї серії дослідів зробити не можна, оскільки найбільше 
зростання активності спостерігається за його різних концентрацій.  
 
 3.11 Технологія комплексної переробки торфу з отриманням 
кормових добавок гуматів заліза та біоадсорбенту мікотоксинів  
  
На основі проведених досліджень розроблено технологічну схему 
комплексної переробки торфу з отриманням гумату заліза для лікування 
залізодефіцитної анемії тварин та біоадсорбенту мікотоксинів на основі 
біополімерів рослинного та мікробіологічного походження.  
Технологічну схему представлено на малюнку 3.30.  
  
Рисунок 3.30 - Технологічна схема: 1 - дробарка, 2 - екстрактор, 3 - 
центрифуга, 4 - електрохімічна установка для нейтралізації NaOH, 5 - 
електрохімічна установка для отримання гумату заліза, 6, 9 - біореактор, 7 - 
автоклав, 8 - фільтр, 10 - ємність для ресуспензування, 11 - розпилювальна 
сушарка, 12 - подрібнювач. 
 
Під час комплексної переробки торфу здійснюються такі технологічні 
етапи виробництва.  
1. Подрібнення торфу.  
Для екстрагування гумінових кислот торф необхідно подрібнити. 
Первинне грубе подрібнення до максимального розміру часток 3 мм 
проводиться до подальшого просіювання та очищення від домішок (каміння, 
шматків деревини). Отриманий прохід далі подрібнюється до максимального 
розміру часток 0,5 мм у дробарці.  
2. Екстракція гумінових кислот із торфу.  
З подрібненого торфу екстрагуються гумінові кислоти 1 % розчином 
NaОН. Параметри екстракції: температура 25о С, гідромодуль 1:100, 
тривалість екстракції 60 хвилин. Екстракція проводиться при постійному 
перемішуванні. У результаті екстракції гумінові кислоти, що містяться в 
торфі, утворюють з натрієм хелатні сполуки - гумати натрію, розчинні в 
лужному середовищі. Концентрація гумінових кислот за цього способу 
екстракції 0,5 г/л.   
3. Відділення целолігніну.   
Відділення целолігніну здійснюється центрифугуванням. Під дією 
відцентрових сил відбувається поділ рідкої частини (фугату) і твердої 
частини (осаду). У фугаті міститься розчинений гумат натрію. В осаді 
залишається целолігнін торфу, що не розчинився.   
4. Електрохімічний синтез гумату заліза.   
Установка для електрохімічного синтезу складається з блока живлення 
та комірки для електрохімічного синтезу, яку заповнювали екстрактом 
гумінових кислот. Електроди виготовлені з конструкційної сталі марки Ст 3. 
Два електроди, з'єднані з блоком живлення, занурюються в екстракт 
гумінових кислот паралельно один одному. На електроди подається напруга, 
внаслідок чого в електрохімічній комірці утворюється електричне поле, під 
дією якого з катода виділяються вільні іони заліза. Гумінові кислоти, маючи 
високу реакційну здатність, утворюють із залізом сполуки хелатної форми.   
5. Приготування живильного середовища з целолігніну. Целолігнін 
торфу піддається процесу моносульфітного варіння. Отриманий після 
розварювання целолігнін слугує основою для приготування живильного 
середовища.   
6. Культивування гриба T. reesei M18 у біореакторі.  
Для приготування живильного середовища необхідно довести вміст 
сухих речовин у суспензії целолігніну торфу до 1 %. Для забезпечення макро- 
і мікроелементами додати двозаміщений фосфат калію, сірчанокислий магній 
7-водний, сірчанокислий амоній. Для знищення конкурентних  
мікроорганізмів і створення сприятливих умов для подальшого 
розвитку штаму гриба T. reesei M18 отриману суспензію необхідно 
стерилізувати в  
автоклаві за температури ~130 °С насиченою водяною парою.  
Міцеліальний гриб T. reesei M18 і стерильне поживне середовище з 
джерелами азоту змішуються у ферментері з режимом термостатування (t=28 
°C) протягом 5 діб. Отриманий гідролізат на центрифузі розділяли на біомасу 
гриба T. reesei M18 і культуральну рідину. Культуральна рідина 
відправляється на випарний концентратор для отримання білкового 
концентрату. Під час культивування інокулянту у ферментері утворюється 
мікробілогічний аерозоль, який необхідно пропустити через фільтр з 
отриманням чистого повітря та біомаси на сушіння.  
7. Виділення клітинної стінки гриба р. T. reesei M18. Біомаса 
міцеліального гриба р. T. reesei M18 розбавляється стерильною водою з 
гідромодулем 1:5. Розчином гідроксиду натрію рН доводять до 8,5, вносять 
ферментний препарат Protex 6L із розрахунку 20 мл ферментного препарату 
на 1 кг сухої біомаси. Ферментатування (гідроліз білків) проходить за 
постійної температури 60 ºС і безперервного перемішування протягом 12 
годин.  
Екстракт направляється на випарний апарат для отримання білового 
концентрату. Клітинна стінка піддається триступеневому промиванню.  
8. Промивання клітинних стінок гриба р. T. reesei M18. Осаджені 
центрифугуванням клітинні стінки розбавляють потрійним об'ємом води і 
повторно осаджують. Промивні води направляють у випарний апарат для 
концентрування білка, далі білковий концентрат на розпилювальне сушіння. 
Промивання клітинних стінок повторюється трикратно, що дає змогу 
видалити з клітинної стінки низькомолекулярні білкові та мінеральні 
речовини. Потім клітинні стінки направляють на сушіння.  
9. Сушіння клітинної стінки міцеліального гриба р. T. reesei M18. 
Клітинна стінка висушується на конвекційній сушарці за температури 105 ºС 
до залишкової вологості - не більше 10 %. Агломерати клітинних стінок 
направляються на подрібнення.  
10. Подрібнення та пакування агломератів клітинних стінок. 
Агломерати клітинних стінок подрібнюють на кульовому млині 
відцентрового типу до порошкоподібного стану з насипною масою 0,7 г/см3 . 
Отриманий адсорбент мікотоксинів упаковують у герметичну тару. Вихід 
готового продукту з біомаси гриба становить 60-65 %.  
11. Збір білкових екстрактів, промивних вод клітинної стінки гриба 
р. T.  
reesei M18, що містять білки, концентрування та сушіння з отриманням 
білкової кормової добавки. Білковий екстракт, промивні води клітинної 
стінки гриба T. reesei M18, які містять білки, подаються на випарний апарат 
для концентрування до вмісту сухих речовин 22 %. До концентрату додають 
біомасу, відокремлену під час очищення надлишкового повітря на фільтрі, і 
подають на розпилювальну сушарку. Вихід білкового корму від грибної 
біомаси становить 20-25 %.  
Ефективність застосування гумату заліза, отриманого електрохімічним 
способом, показано під час дослідження їхнього впливу на свинях.  
Біоадсорбент отримують на основі клітинної стінки міцеліального 
гриба T. reesei M18, який культивують на вуглеводах торфу та лігніні торфу. 
Біоадсорбент використовують для профілактики мікотоксикозів 
сільськогосподарських тварин і птиці. Адсорбція мікотоксинів 
біоадсорбентом ґрунтується на специфічній хімічній взаємодії широкої гами 
мікотоксинів з лігніном і хітінглюкановим комплексом, присутнім у 
клітинній стінці міцеліальних грибів. Це є перевагою по відношенню до 
інших адсорбентів мікотоксинів. Адсорбція мікотоксинів біоадсорбентом 
відбувається в шлунково-кишковому тракті тварини з подальшим їх 
виведенням з організму тварини.  
Біоадсорбент мікотоксинів рекомендується вносити в корми з 
розрахунку 0,5-5 кг/тонну корму залежно від ступеня контамінації корму 
мікотоксинами.   
  
3.12 Характеристика отриманих продуктів  
 
Відповідно до технологічної схеми електрохімічним методом 
отримують гумат заліза. Гумат заліза містить заліза не менше 9,2 мг/л, сухих 
речовин 2 %. Витрата гумату заліза з питною водою в дозі 0,3 см3 на кг живої 
маси тварини. Ефективність застосування гумату заліза, отриманого 
електрохімічним способом, показано під час дослідження їх впливу на 
свинях.  
Розроблена технологічна схема передбачає утилізацію білків, присутніх 
у клітинній стінці та мікробній аерозолі, з отриманням кормового білка, що 
містить від 40 до 44 % білка за Барнштейном.  
Біоадсорбент отримують на основі клітинної стінки міцеліального 
гриба T.  
reesei M18, який культивують на вуглеводах торфу, і лігніну торфу. 
Вміст лігніну 40-60 %, вміст клітинної стінки міцеліальних грибів 40-60 %, 
сирий протеїн не більш як 10 %, білок за Барнштейном не більш як 8,5 %, 
вміст хітінглюкану 10-15 %, дисперсність часток адсорбенту не більш як 5 
мкм, насипна щільність не менш як 0,7 г/см, адсорбція Т-2 мікотоксину не 
менш як 72 %, вологість не більш як 10 %.   
Біоадсорбент мікотоксинів рекомендується вносити в корми з 
розрахунку 0,5-5 кг/тонну корму залежно від ступеня контамінації корму 
мікотоксинами.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ВИСНОВОК 
 
1. Встановлено, що електрохімічним методом можливе отримання 
комплексів гумінових речовин торфу із залізом із меншим вмістом баластних 
іонів порівняно з хімічним методом;  
2. Застосування електрохімічного способу отримання хімічних 
комплексів гумінових речовин із залізом дає змогу отримувати більш 
високодисперсні агломерати, відповідно, з більшою розчинністю, порівняно 
зі сполуками гумінових речовин із залізом, отриманих хімічним способом.  
3. Показано, що інтенсифікації розділення гумінових речовин і 
целолігніну торфу сприяє електромагнітне перемішування торф'яної 
суспензії за напруги 10 V, сили струму 1,1 A;  
4. Встановлено, що культивування міцеліального гриба T. reesei 
M18 на поживному середовищі з целолігніну, обробленого бісульфітом 
натрію, і застосування мультіензимного комплексу, який містить целюлази та 
ксиланази, призводить до біоконверсії целолігніну та його збагачення білком 
до 21 %;  
5. Розроблено технологічний процес на дослідне виробництво 
кормових добавок гумату заліза, біоадсорбенту мікотоксинів і кормового 
білка;  
Виготовлено дослідні зразки гумату заліза, біоадсорбенту мікотоксинів 
і кормового білка, які пройшли успішні випробування на тваринах.