هیومیفیکاسیون لیگنایت در فاز جامد جهت فعال‌سازی ترکیبات نیترو-هیومیکی از طریق اکسیداسیون ازن: ارزیابی عملکرد هیومیفیکاسیون و تبدیل نیتروژن در فرآیند

این پژوهش اولین تلاش در هیومیفیکاسیون فاز جامد لیگنایت جهت فعال‌سازی ترکیبات نیتروهیومیکی (nhss) در راستای بهبود کاربرد لیگنایت‌ها در کشاورزی و محیط زیست است. از اکسیداسیون ازن، افزودنی‌های اوره و koh به‌ترتیب برای تسریع فرآیند هیومیفیکاسیون، غنی‌سازی نیتروژن و عامل فعال‌سازی هیومیک اسیدها استفاده شد. به‌منظور بررسی عملکرد هیومیفیکاسیون فاز جامد لیگنایت، شاخص‌هایی از قبیل محتوای هیومیک اسید کل (tha)، هیومیک اسید محلول در آب (wha)، محتوای نیتروژن و اکسیژن، نسبت c/n، درجه اکسیداسیون (o/c) حاصل از آنالیز عناصر اصلی chnos و محتوای گروه‌های عاملی کربوکسیلی و فنولی هیدروکسیل ارزیابی شدند. جهت تایید تغییرات گروه‌های عاملی حاوی نیتروژن و اکسیژن و همچنین تبدیل موثر نیتروژن در فرآیند هیومیفیکاسیون از طیف‌سنجی‌ ftir و آنالیز درصد توزیع انواع نیتروژن‌های تثبیت‌شده استفاده شد. آزمایش‌ها و جمع‌آوری داده‌های این پژوهش در سال 1400 در دانشکدگان ابوریحاندانشگاه تهران و در آزمایشگاه‌های گروه مهندسی بیوسیستم انجام شده است. در ادامه، روش سطح پاسخ مبتنی بر طرح مرکب مرکزی (ccdrsm) برای تعیین شرایط بهینه استفاده و مدل‌های ریاضی برای پیش‌بینی دقیق تغییرات دو پاسخ tha و wha توسعه داده شد. تحت شرایط بهینه 8 گرم بر ساعت نرخ ازن‌دهی، 15 دقیقه زمان اکسیداسیون، 14.85 درصد وزنی koh و 30 درصد وزنی اوره، مقدار tha و wha به‌ترتیب 69.02 و 53.32 درصد حاصل شد که به‌طور قابل توجهی بیشتر از نمونه کنترل (بدون از‌ن‌دهی و اوره) به‌ترتیب 30 و 7 درصد بود. توزیع یکنواخت فرم‌های تثبیت‌شده نیتروژن در ترکیبات nhss نشان داد که 47 درصد از مقدار نیتروژن کل به فرم نیتروژن آمونیومی، 16 درصد به فرم نیتروژن آمید و 37 درصد به فرم نیتروژن آلی پیوندی با اتصالات بسیار قوی است. مقدار گروه‌های فنولی 85.71 درصد و مقدار گروه‌های کربوکسیلی 215.87 درصد در اثر هیومیفیکاسیون ازن‌ افزایش نشان دادند. فرآیند بهینه‌سازی شده منجر به بهبود شاخص‌های کیفی از جمله کربن کمتر، نیتروژن بیشتر و در نتیجه نسبت c/n کمتر، نسبت o/c بیشتر، کربن آروماتیک کمتر، کربن آلیفاتیک و کربوکسیلی بیشتر برای ترکیبات nhss شد.

solid-phase humification of lignite for activation of nitro-humified substances via ozone oxidation: humification efficiency and nitrogen transformation

this study is the first attempt to solidphase humification of lignite for activation of nitrohumified substances (nhss) towards improve the cleaner application of lignites in agriculture and the environment. ozone oxidation and additives of urea and koh were used as accelerator of humification process, nitrogen enrichment and humic acid activating agent, respectively. in order to elucidate the solidphase humification performance of lignite, indicators such as total humic acids (tha) and the watersoluble humic acids (wha), nitrogen/oxygen content, c/n ratio, degree of oxidation (o/c) obtained from chnos elemental analysis, and carboxylic and phenolic functional groups content were evaluated. toward the confirmation of changes of the oxygennitrogen containing functional groups as well as effective nitrogen transformation in the humification process, ftir spectroscopy and analysis of distribution percentage of incorporated bonded nitrogen forms were studied. experiments and data collection of this research were completely conducted in 2021year in the college of abouraihanuniversity of tehran and in the laboratories located in department of biosystems engineering. in continuation, response surface methodology based on the central composite design (ccdrsm) was used to determine the optimal conditions, and mathematical models were developed to accurately predict the changes of thas and the whas. under the optimal conditions of 8 g/h of ozonation rate, 15 min of oxidation time, 14.85 %wt. of koh and 30 %wt. of urea, the yield of tha and wha were 69.02% and 53.32%, respectively which were significantly higher than the control samples (30% and 7%, respectively). the uniform distribution of binded nitrogen forms in the nhss showed that 47% of the total nitrogen content in the nhss was in the form of ammonium nitrogen, 16% in the form of amide nitrogen and 37% in the form of highly bonded organic nitrogen with very strong bonds. by assist of ozone humification, the content of phenolic and carboxylic acid groups increased by 85.71% and 215.87%, respectively. the optimized process resulted in superior quality indicators, including less carbon, more nitrogen and consequently lower c/n ratio, higher o/c ratio, lower aromatic carbon, and more aliphatic and carboxylic carbon for developed nhss.