Kvapalné koncentráty sekundárnych a/alebo stopových rastlinných živín a ich použitie

Číslo patentu: U 7512

Dátum: 01.08.2016

Autor: Teren Ján

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Riešenie sa týka kvapalných koncentrátov sekundárnych a/alebo stopových prvkov na báze komplexov aminopolykarboxylových kyselín. Pre koncentráty je charakteristické, že obsahujú produkty reakcií komplexov aminopolykarboxylových kyselín s aspoň jedným z amínov alebo hydroxylamínov. Koncentráty sú výhodne použiteľné na mimokoreňovú - istovú výživu rastlín a tiež ako zdroj príslušných živín pri príprave viaczložkových hnojív.Rastliny sa skladajú z rovnakých prvkov ako neživá príroda, pričom tvorba rastlinnej hmoty je výsledkom zložitých premien látok z prostredia obklopujúceho rastliny a energie. V súčasnosti používaná chemická analýza umožnila v rastlinách zistiť viac ako 75 prvkov, pričom pre život rastlín nie sú všetky rovnako dôležité.Z hľadiska ich obsahu a významu pre rastliny sa najčastejšie rozdeľujú na základné, niekedy tiež označované ako makroelementy, sekundárne prvky, stopové tzv. mikroprvky, ultramikroprvky a užitočné prvky. Medzi sekundárne prvky sa obvykle zaraďuje Vápnik (Ca), horčík (Mg) a niekedy tiež síra (S), ktorá je v súčasnosti už obvykle zaraďovaná medzi základné, tzv. stavebné makroprvky. I keď rad mikroelementov nie je uzatvorený, medzi rozhodujúce stopové prvky patrí železo (Fe), bór (bór), mangán (Mn), zinok (Zn), medRastliny odoberajú približne IOOO-krát menšie množstvo mikroprvkov v porovnaní s makroelementmiKaždý biogénny prvok sa musí v živnom prostredí rastlín v určitej minimálnej dávke, pričom žiaden z nich nie je zastupiteľný iným biogénnym prvkom. Môže sa stať, že príjem určitej rastlinnej živiny z pôdy je tak silno brzdený v dôsledku antagonizmu prvkov, že rastlina trpí jeho nedostatkom. Príjem živín z pôdy je tiež veľmi význanme ovplyvňovaný chemickou reakciou (pH) pôdy.Pri intenzívnom pestovaní plodín môže nedostatok sekundárnych a stopových prvkov byť limitujúcim faktorom úrody a kvality pestovaných rastlín.V záujme zvýšenia dostupnosti niektorých rastlinných prvkov je výhodné, ak sú viazané v komplexnej forme. Špeciálnym typom komplexov sú tzv. cheláty, ktoré vznikajú komplexotvornými reakciami. Pri týchto reakciách sa tzv. centrálny atóm, ktorého elektrónový obal je schopný prijímať elektróny, zlučuje s časticami,tzv. ligandami, ktoré majú k dispozícii aspoň jeden voľný elektrónový pár. Ligandy teda poskytujú centrálnemu atómu, resp. iónu elektróny, V dôsledku čoho sa vytvorí datívna väzba. Centrálnymi iónmi sú najčastejšie katióny, pričom ligandy sú anióny alebo neutrálne molekuly dipolárneho charakteru.Ako príklady komplexotvorných reakcií možno uviesť napríklad tieto pochodyUvedené reakčné schémy predstavujú najjednoduchšie komplexotvorné reakcie. Niektoré ligandy, hlavne zložité organické molekuly, sú schopné obsadiť i viac koordinačných miest centrálneho atómu, keďže majú niekoľko skupín s voľnými elektrónovými pármi. Takéto látky sa zvyknú označovať ako polydonorové ligandy. Pri reakciách polydonorových ligandov s jednou centrálnou časticou (kovovým iónom) vznikajú cyklické komplexy, ktoré sa označujú ako cheláty.Názov Chelát je odvodený od gréckeho slová Chelé - klepeto, keďže Centrálny atóm je v cyklickom komplexe viazaný dvoma i viacerými väzbami k molekule komplexotvorného - chelatizačného činidla (ligandu) ako klepetami.Cheláty sa využívajú na zvýšenie účinnosti pri dodávaní niektorých rastlinných živín do prostredia, v ktorom sú tieto za zvyčajných podmienok pre rastliny neprijateľné, alebo len slabo prijateľné. Chelátová väzba zabezpečuje účinnú ochranu biogénneho prvku, tvoriaceho centrálny atóm v komplexe, pred nepriaznivými vplyvmi prostredia, pričom rastlina môže prvok z komplexu - chelátu - prijať. Niektoré rastlinné živiny sa nachádzajú prirodzene viazané v chelátoch, pričom ako prirodzené komplexotvorné zlúčeniny v rastlinách a mikroorganizmoch obvykle slúžia aminokyseliny, polysacharidy, vysokomolekulárne látky obsahujúce síru, saponíny, organické kyseliny, viacsýtne alkoholy a podobne.Cheláty sa využívajú V stavebnej chémii, pri výrobe čistiacich prostriedkov určených pre priemysel i domácnosť, v potravinárskom priemysle, ako aditíva pri výrobe krmív, pri čistení zemného plynu, v procesoch spracovania koží, v elektrotechnickom priemysle, pri separácií kovov, v petrochémii, vo fotografických pro 1 Dcesoch, pri výrobe tlačiarenských farieb a atramentov, pri výrobe celulózy a V textilnom priemysle a tiež V súvislosti s výživou rastlín - v poľnohospodárstve.V záujme zabezpečenia čo najvyššej účinnosti hlavne stopových rastlinných živín - mikroprvkov sa v poľnohospodárstve rozšírilo používanie celého radu komplexných zlúčenín. Popri viacerých komplexotvomých látok natívneho pôvodu, ako sú Citráty, lignosulfonáty, rôzne polysacharidy a saponíny, sa využívajú chelatizačné činidlá vytvorené kombináciou amínov a karboxylových kyselín - tzv. aminopolykarboxyláty, známe V odborných kluboch pod označením APC. Tieto tvoria stabilné komplexy s kovovými iónmi, pričom vzniknuté komplexy - cheláty, sa vyznačujú dobrou stabilitou v širokom rozmedzí teplôt i pH a sú tiež inertné vo väčšine chemických prostredí.Z celého radu chelatizačných činidiel aminopolykarboxylátového typu možno uviesť kyselinu nitrilotrioctovú (Hg-NTA), kyselinu etyléndiamínotetraoctovú (H 4-EDTA), kyselinu dietyléntriamínopentaoctovúV súvislosti s výživou rastlín sa najčastejšie používajú aminopolykarboxylátové komplexy - cheláty na báze EDTA (I) a DTPA (II).Oba typy aminopolykarbopxylových kyselín, i keď sú komerčne dostupné aj vo forme voľných kyselín,obvykle ich výrobcovia ponúkajú vo forme ich amónnych a alkalických solí, prevažne sodných. Na trhu sú tiež finálne komplexy medi, mangánu, zinku, železa, horčíka a vápnika.Nevýhodou ponúkaných kovových komplexov je, že pri ich príprave sa tvoria voľné vodikové katióny,ktoré je potrebné neutralizovať. Uvedená skutočnosť je zrejmá zo štruktúr komplexov, ktoré vznikajú pri viazaní dvoj mocných kovových katiónov pri použití EDTA, ako i chelátu železa s použitím DTPA.Na neutralizáciu sa spravidla používa niektorá z bázicky reagujúcich zdrojov alkalického kovu (obvykle sodíka) alebo amoniak, či hydroxid amónny. Dôsledkom tohto je, že ponúkané finálne komplexy - cheláty sú vždy i zdrojom príslušného alkalického kovu alebo amónia. Ako príklady možno uviesť sumáme vzorce uvádzané ich výrobcami /EDTACa/Naz, ĺEDTACu/(NHQZ, ĺEDTAZn/Naz, HEDTAMn/.Kz, IDTPAFe/Naz,/EDTA.Fe/Na.3 H 2 O a ďalšie.Významným nedostatkom ñnálnych komplexov - chelátov - uvádzaných v ponukách ich výrobcov je pomerne značný obsah sodíkového katiónu vo väčšine produktov tohto typu. Sodík je pre väčšinu poľnohospodársky pestovaných plodín balastným - nežiaducim prvkom, ktorý spôsobuje zasoľovanie pôdy a pestovateľských substrátov a pri mimokoreňovej aplikácii je často príčinou zvýšeného nekrotického pôsobenia apli 10kovaných prípravkov. Prítomnosť V súčasnosti používaných neutralizačných zložiek negatívne ovplyvňuje koncentráciu komplexne viazaného biogénneho prvku, pričom veľmi často tiež negatívne ovplyvňuje rozpustnosť komplexu vo vode. Mnohé z chelátov finálneho typu sa ponúka v pevnej forme - ako prášky, alebo mikrogranuláty. Ich izolácia v tuhom stave z pôvodne kvapálnej formy je obvykle energeticky a technologicky značne náročná, čo sa samozrejme musí premietnuť i do ich ceny. Táto skutočnosť je tým viac rozporuplná, ak si uvedomíme, že v súvislosti s prípravou aplikačných zmesí sa cheláty v pevnej forme musia opätovne previesť do kvapálnej formy - vodného roztoku.Teraz sa zistilo, že nevýhody pri príprave a použití komplexne viazaných sekundárnych a/alebo stopových prvkov, obsahujúce biogénne prvky vo forme komplexov arninopolykarboxylových kyselín, možno odstrániť využitím tohto riešenia.Pre produkty podľa riešenia je charakteristické, že obsahujú produkty reakcií aminopolykarboxylových kyselín s niektorým z amínov alebo hydroxylamínov. Pri príprave komplexu biogénnych prvkov viazaných vo forme komplexov aminopolykarboxylových kyselín v zmysle riešenia sa na neutralizáciu vodíkových katiónov uvoľňujúcich sa pri komplexotvorných reakciách namiesto bázických látok, ktoré sú potom zdrojom alkalického kovu alebo amoniaku, používa niektorý z amínov alebo hydroxylamínov.Experimentálne sa potvrdilo, že pri použití amínov alebo hydroxylamínov na neutralizáciu možno dosiahnuť významne vyššiu fázovú a chemickú stabilitu takto pripravovaného chelátu, pričom je možné pripravovať kvapalné koncentráty charakteru pravých čírych roztokov.Koncentrácia biogénnych prvkov v takto získaných kvapalných koncentrátoch sekundárnych a/alebo stopových prvkov je významne vyššia než je obvyklé pri kvapalných koncentrátoch porovnateľného typu.Veľkou prednosťou kvapalných koncentrátov podľa riešenia je skutočnosť, že pri ich príprave v zmysle riešenia sa získavajú v koncentrovanej kvapálnej forme, pričom produkt reakcie, ktorú je možné výhodne realizovať v jednom technologickorn smpni, sa vyznačuje vysokou fázovou i chemickou stabilitou.Z hľadiska praktického využitia kvapalných koncentrátov v zmysle riešenia sa ukázalo ako osobitne význarrmé, ak obsahujú aspoň jeden z týchto centrálnych atómov mangán (Mn), zinok (Zn), železo (Fe), medZ výrobného i ekonomického hľadiska je výhodné, ak kvapalné koncentráty podľa riešenia obsahujú produkty reakcie etyléndiaminotetraoctovej kyseliny - EDTA (CAS No. 60-00-4), alebo dietyléntríaminopentaoctovej kyseliny - DTPA (CAS No. 67-43-6).Podobne sa preukázalo, že je výhodné, ak sa na neutralizáciu kyslo reagujúcej zmesi komplexov aminopolykarboxylových kyselín použije etanolamín (Z-aminoetanol, monoetanolarnín, kolamín) NH 2.CH 2.CH 2.OH,C 2 H 7 NO, etyléndiamín (LZ-etándiamín) NH 2.CH 2.CH 2.NH 2, CZHgNZ, trietanolamínC 5 H 15 NO 3,alebo trietylamín (C 2 H 5)3 N, C 6 H 15 N, dietanolamín HN(CHgCH 2 OH)g, metylamín (arninometán) cHgNHg. Experimentálne sa preukázalo, že je zvlášť výhodné, ak sa na neutralizáciu reakčnej zmesi použije etanolarnín (Z-aminoetanol, Z-aminoetyl alkohol, monoetanolamín, kolamín) NH 2.CH 2.CH 2.OH (CAS No. l 4 l-43-5).Použitie uvedených výrazne bázicky reagujúcich zlúčenín pôsobí synergicky na stabilitu vznikajúcich komplexných zlúčenín biogénnych prvkov a vlastnosti kvapalných koncentrátov podľa riešenia.Kvapalné koncentráty v zmysle riešenia môžu mať prakticky neutrálnu chemickú reakciu a sú voľne miešateľné nielen s vodou, ale tiež s prakticky všetkými kvapalnými hnojivami a vo forme aplikačných roztokov tiež s takmer všetkými prípravkami určenými na ochranu rastlín. Preukázalo sa tiež, že kvapalné koncentráty tohto typu sú po príslušnom zriedení veľmi vhodné na mimokoreňovú - foliárnu - výživu rastlín, a to tak formou preventívnych, ako i kuratívnych aplikácií sekundárnych a stopových rastlinných živín.Je účelné ich tiež používať ako kvapalné medziprodukty pri prípravy viaczložkových hnojív, pričom umožňujú prípravu kvapalných hnojív rozmanitého zloženia a určenia.V nasledujúcej časti uvádzané príklady majú za cieľ bližšie ozrejrnovať podstatu riešenia a dokumentovať široké možnosti jeho praktického využitia. V žiadnom prípade však nemôžu nijako obmedzovať nároky na jeho ochranu.S cieľom pripraviť kvapalný koncentrát s obsahom komplexne viazaného železa, mangánu, zinku a rnedi na báze kyseliny etyléndiarninotetraoctovej (EDTA) sa postupovalo tak, že do antikorového reaktora vybaveného miešadlom sa predložilo 8,95 kg vody a za stáleho miešania sa postupne pridalo22,5 kg kryštalickej kyseliny etyléndiaminotetraoctovej (H 4-EDTA),3,8 kg monohydrátu síranu manganatého (MnSO 4.H 2 O), 4,4 kg pentahydrátu síranu meďnatého (CuSO 4.5 H 2 O), 3,2 kg monohydrátu síranu zinočnatého (ZnSO 4.H 2 O) a5,3 kg heptahydrátu síranu železnatého (FeSO 4.7 HZO).Svetlomodrá lcryštalická suspenzia, ktorá vznikla po dôkladnom rozmiešaní zmesi, mala Výrazne kyslú chemickú reakciu.S cieľom neutralizácie zmesi sa ďalej postupne pridalo 10,15 kg monoetanolamínu, ktorý obsahoval min. 99,5 účinnej zložky (MEA). Počas pridávania etanolamínu pôvodne svetlomodrá kryštalická zmes najskôr Výrazne stmavla, postupne zredla a došlo k jej úplnému vyčíreniu. Vplyvom uvoľňujúceho sa neutralizačného tepla došlo k výraznému ohrevu reagujúcej zmesi, pričom jej teplota dosiahla cca 55 °C.Uvedeným postupom bol pripravený kvapalný koncentrát obsahujúci komplexne viazané železo, mangán,zinok a meď, ktorý navyše obsahoval amidický dusík a rastlinami prístupnú síru. Pripravený koncentrát mal charakter tmavozelenomodrého, číreho a pomerne viskózneho roztoku, ktorý bol dlhodobo skladovateľný bez pozorovania jeho fázovej zmeny. Pripravený kvapalný koncentrát podľa riešenia vykazoval len slabo bázickú chemickú reakciu (pH neriedeného koncentrátu 8,06/30,1 °C).S cieľom prípravy kVapalného koncentrátu obsahujúceho amidický dusík a komplexne viazané mikroelementy ako V príklade 1, ktorý bol určený na preventívne prihnojovanie obilnín formou foliárnej aplikácie V dávke 3 litre koncentrátu V 400 litroch vody na hektár sa postupovalo nasledovne.Do antikorového reaktora vybaveného miešadlom sa predložilo 14,0 kg Vody a za stáleho miešania sa postupne pridalo24,38 kg kryštalickej kyseliny etyléndiaminotetraoctovej (H 4-EDTA),4,16 kg monohydrátu síranu manganatého (MnSO 4.H 2 O), 4,81 kg pentahydrám síranu rneďnatého (CuSO 4.5 HZO), 3,46 kg monohydrátu síranu zinočnatého (ZnSO 4.H 2 O) a5,73 kg heptahydrátu síranu železnatého (FeSO 4.7 H 2 O).Svetlomodrá lcryštalická suspenzia, ktorá vznikla po dôkladnom rozmiešaní zmesi, mala Výrazne kyslú chemickú reakciu (pH 0,76/25,3 °C).S cieľom neutralizácie zmesi sa ďalej postupne pridalo 21,84 kg monoetanolamínu, ktorý obsahoval min. 99,5 účinnej zložky (MEA). Počas pridávania etanolamínu pôvodne svetlomodrá kryštalická zmes najskôr Výrazne stmavla, postupne zredla došlo k jej úplnému vyčíreniu. Vplyvom uvoľňujúceho sa neutralizačného tepla došlo k výraznému ohrevu reagujúcej zmesi, pričom jej teplota dosiahla až cca 79 °C. Horúca reakčná zmes mala prakticky neutrálnu chemickú reakciu (pH 7,55/57,9 °C).V záujme zvýšenia obsahu dusíkatej zložky a ochladenia reakčnej zmesi sa ďalej pridalo 21,62 kg priloVanej močoviny, V dôsledku čoho sa jej teplota znížila na cca 35 °C.Uvedeným spôsobom sa získalo cca 100 kg kVapalného koncentrátu V zmysle riešenia, ktorý obsahoval viac ako 17 hmotn. amidického dusíka, pričom jeho merná hmotnosť pri teplote miestnosti bola d 1354 kg/m 3. Pripravený koncentrát - špeciálne foliárne hnojivo - obsahoval V litri 231,4 g dusíka, 18,3 g mangánu, 16,5 g medi, 16,4 g zinku a 14,35 g železa, pričom uvedené prvky boli viazané V komplexnej - chelátovej väzbe. Hnojivo malo roztokový charakter a bolo sýtozelenomodrej farby.S cieľom prípravy 100 kg kVapalného koncentrátu obsahujúceho komplexne - chelátovo - viazaný zinok V zmysle riešenia sa do smaltového kotla vybaveného kotvovým miešadlom predložilo 21,27 kg Vody a za miešania sa postupne pridalo 35,19 kg technickej práškovej dietyléntriaminopentaoctovej kyseliny, ktorá obsahovala minimálne 98 Hs-DTPA, a potom ešte 16,37 kg krmovinárskeho monohydrátu síranu zinočnatého,ktorý obsahoval minimálne 35 hmotn. zinku (ako Zn). Dôkladným rozmiešaním zmesi Vznikla biela, kryštalická suspenzia výrazne kyslej chemickej reakcie (pH 0,49/26,7 °C).Ďalej sa za stáleho miešania postupne pridalo 27,17 kg technického monoetanolamínu, ktorá obsahoval minimálne 99,5 hmotn. účinnej látky (MEA). V dôsledku neutralizácie sa teplota reagujúcej zmesi prudko zvýšila (z pôvodnej teploty miestnosti na takmer 70 °C), pričom došlo najskôr k jej postupnému stekuteniu a po zadávkovaní cca 85 návažku MEA i k jej vyčíreniu.Pripravený kvapalný zinočnatý koncentrát podľa riešenia bol číry svetlohnedej (medovej) farby a bol pomerne viskózny. Nezriedený koncentrát vykazoval len slabo alkalickú chemickú reakciu (pH 8,27/34 °C) a jeho merná hmotnosť - hustota - pri teplote miestnosti bola d 1370 kg/m 3. Obsahoval viac ako 5,7 hmotn. zinku (ako Zn) a takmer 10 hmotn. celkového dusíka (ako N).Koncentrát zinku bol použitý ako zdroj zinku pri foliárnom prihnojení porastu kukurice a špargle.

MPK / Značky

MPK: A01N 59/00, A01P 21/00, A01N 37/44, C05D 9/02, A01N 33/02, C05G 1/00, C05C 11/00, C05G 3/00

Značky: živin, stopových, kvapalné, rastlinných, použitie, koncentráty, sekundárnych

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/8-u7512-kvapalne-koncentraty-sekundarnych-a-alebo-stopovych-rastlinnych-zivin-a-ich-pouzitie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Kvapalné koncentráty sekundárnych a/alebo stopových rastlinných živín a ich použitie</a>

Podobne patenty