Humic acids were extracted from South Moravian lignit. That humic sample was oxidized by either H2O2 or HNO3. In next step, oxidized humic acids were polymerized by formaldehyde in order to obtain cross-linked structures with improved water retention capacity. Affinity to water and water retention capacity of obtained products were studied by thermal analysis (DSC – differential scanning calorimetry and TGA – thermogravimetric analysis). In order to study above-mentioned parameters two different methods were used. First approach represented sorption of water to humic acids from three controlled humidities, for description of those processes TGA measurement was used. Second study was based on the DSC monitoring of water excess sorption. Results obtained from TGA measurements showed an increasing sorption ability with increasing relative humidity of the environment. DSC measurerents in hermetically sealed containers resulted in an increasing content of water bound by humic acids structures. All the modified samples of humic acids (oxidized as well as oxidized and modified by formaldehyde) gave higher retention capacity in comparion with the parental humic sample.

The aim of the Diploma thesis is to consider an influence of soil management (rotation of crops on arable land and grassland) to quantity and quality of humic substances. These properties are depended not only upon way of soil management, but also upon climatic effects, such are rainfall, temperature, elevation above sea-level, level of underground water and content of clay. Significantly influenced factors are content and form of organic carbon which is very tightly bonded to humic substances. In this work the humic acids content and properties progression was studied in given time period. Also the effect of crop rotations to changes of physical and chemical properties of humic acids in soil environment was observed. Diploma thesis was realized in co-operation with Mendel University in Brno, which supplied elaborating samples. Studied soil samples were taken from humus horizon Cambisol modal Vatín during years 1999–2006, always in autumn. Individual samples were characterized by available analytical methods, which are generally used in humic substances research area. They are especially fluorescence spectrometry, UV-VIS and infrared spectrometry and acid-base and conductometric titrations.

The main object of the diploma thesis is study of interaction beetween humic acids and selected metal ions using calorimetric titration. The research about reactivity of humic substances is done comparing the different models used to describe the variety of properties of humic substances. In experimental part the methods of FT-IR spektrometry, potenciometric and conductometric titration are used to recieve the total acidity and carboxylic acidity of lignite humic acid. The optimalization of isothermic titration calorimetry is done to be used within study of reactivity of humic acids, revealing the best correlation with sols of studied humic acid. The basic organic compounds were used including benzoic acid, ftalic acid, salycilic acid, pyrocatechol and phenol as models of bonding groups in humic acids. The reaction enthalpy was calculated from the titration of models and results were compared with semiempiric quantum chemistry calculations following INDO method.

The aim of this diploma thesis was the study of relation between chemical and thermal stability of complexes of humic acids with heavy metals, namely nickel, cobalt and copper. Complexes were prepared with metal solutions of three different initial concentrations. Through UV-VIS spectrophotometry were determined adsorbed amounts of incorporated metal ions in the structure of humic acid; it was affirmed that amount of bounded metal ions increases with increasing initial concentration. Chemical stability was determined as an amount of released metal ions, two of extraction agents were used (solution of MgCl2 and HCl), total bounded amount was distribute into three different fractions; residual fraction, strongly bound fraction and mobile and ion-exchangeable fraction. Changes that occured in the structure of humic acids after complexation and extraction were investigated by FT-IR spectrometry. Thermo-oxidative stability was tested through thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry. The results of this diploma thesis has showed comparision of complexes of two different humic acids. They have confirmed an impact of each metal ion on thermo-oxidative stability of humic acids. The relation between chemical and thermal stability was compared through correlation of data obtained by these methods.

The content of this diploma thesis is study of interactions between humic acids and model probes (such as organic dyes and ions of heavy metals) by the simple diffusion experiments in diffusion cell. The main aim was to desctibe the influence of charge of different diffusion sonds (solved substances) on interactions with humic acids imobilized in model gel phase. As a appropriete model probe was chosen copper ions (as a representation of heavy metals) and organic dyes (methylene blue, rhodamine, fluorescein and chicago blue). Experimental results could be used to improve knowledge based on natural barier properties of humic acids and to inovate simple diffusion laboratory techniques for characterization of reaktivity of biopolymers in general.

V předložené práci byly testovány modifikované lignitické huminové kyseliny za účelem zjištění jejich schopnosti remediace zemědělské půdy. Před samotnou extrakcí jednotlivých huminových kyselin byl lignit modifikován jednou ze série deseti organických kyselin. Cílem modifikace byla simulace procesů vyskytujících se v rizosféře, tj. procesů, kdy malé organické molekuly způsobují změny ve struktuře půdní organické hmoty, během nichž dochází k produkci biologicky aktivních agregátů/molekul podílejících se na růstu rostlin. Prvním krokem této práce bylo zkoumání fyzikálně chemických vlastností vyprodukovaných huminových kyselin a jejich molekulové struktury prostřednictvím elementární analýzy, infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR), vysokoúčinné gelové chromatografie (HPSEC), metodou měření povrchového napětí a plynovou chromatografií s hmotnostní spektrometrií (GC-MS). Dalším krokem bylo studium parametrů biologické aktivity, získaných z experimentů zaměřených jak na vyšší rostliny, tak na remediaci mikrobiologické aktivity zemědělské půdy. Biologická aktivita vůči vyšším rostlinám byla zkoumána na základě experimentu s kukuřicí, byla měřena délka a hmotnost kořenů, rozvětvení jejich laterálních kořenů a obsah sacharidů a proteinů. Z experimentů cílených na půdu se jednalo o měření množství uvolněného CO2 při laboratorní inkubaci ošetřené půdy a půdní hydrofobicitu (metoda měření kontaktního úhlu). Na závěr byly výsledky podrobeny statistické analýze s využitím Pearsonova korelačního koeficientu s cílem nalézt vztahy mezi fyzikálně chemickými vlastnostmi a biologickou a povrchovou aktivitou studovaných huminových kyselin. Korelace byly zjištěny mezi biologickou aktivitou a fyzikálně chemickými vlastnostmi huminových kyselin. Naopak, nebyly zjištěny mezi povrchovými a fyzikálně chemickými vlastnostmi. Nejefektivnějším modifikačním činidlem z pohledu biologické aktivity byla 20% kyselina mravenčí, nejméně efektivním 20% kyselina propionová.

Huminové kyseliny představují hlavní součást půdní organické hmoty. Jedná se o všudypřítomné sloučeniny s komplexní chemickou a fyzikálně-chemickou strukturou. Předkládaná práce shrnuje několik způsobů modifikací huminových kyselin provedených za účelem úpravy jejich vlastností. V první části byl studován vliv vzdušné oxidace lignitu na velikost výtěžku a fyzikálně-chemický charakter produkovaných regenerovaných huminových kyselin. Druhý krok představoval snahu stabilizovat strukturu lignitických huminových kyselin a zlepšit zádrž vody. Bylo provedeno síťování pomocí formaldehydu a karbodiimidů, které předpokládá vznik nových kovalentních vazeb v různých částech struktury huminových kyselin. Produkce zesíťované struktury byla motivována snahou vytvořit systémy podobné hydrogelům, založené na huminových látkách s možností úpravy jejich reaktivity a retence vody. Chemické složení a fyzikálně-chemické vlastnosti připravených vzorků byly studovány různými metodami, mezi nejdůležitější patří DSC a NMR relaxometrie. Chemické složení bylo studováno pomocí FTIR a elementární analýzy za účelem posoudit a porovnat změny s původním neupraveným vzorkem. Stability vzorků byly stanoveny pomocí termogravimetrie. Nejdůležitějším sledovaným parametrem této práce byla změna hydratačních charakteristik. K jejich studiu jsme vyvinuli a aplikovali několik nových termoanalytických a NMR relaxometrických přístupů. Ve snaze napodobit přírodní procesy byla studována sorpce vody huminovými kyselinami z prostředí s kontrolovanou vzdušnou vlhkostí. Byly pozorovány kvalitativní a kvantitativní hlediska sorpce vody. Zesíťování za použití formaldehydu způsobilo snížení sorpční kapacity vlhkosti. Tato změna je připisována separaci funkčních skupin a menší strukturní kompaktnosti. Zesíťované huminové kyseliny dále vykazovaly rychlejší příjem vody a přibližně třikrát větší kapacitu zádrže vody než původní huminové kyseliny. V případě použití karbodiimidu (ve vodě rozpustného N-Ethyl-N-(3-dimethylaminopropyl)karbodiimidu (EDC)) obsahovaly výsledné produkty 14–40 % původních karboxylových skupin. I přesto tyto látky překonaly schopnost sorpce vlhkosti původního nemodifikovaného vzorku o 10–14 % po kondiciaci v prostřední se 100% relativní vzdušnou vlhkostí. Navzdory rigidnější struktuře vykazovaly EDC deriváty rychlejší bobtnání a dosáhly téměř stejné kapacity zádrže vody po 18 dnech jako původní vzorek. Vzorky modifikované karbodiimidy vykazovaly známky degradace již po 3–9 dnech což částečně snižuje jejich využitelnost. Získané výsledky naznačují, že kapacita zádrže vody, kinetika bobtnání a schopnost sorpce vlhkosti huminových kyselin nejsou výhradně určeny koncentrací karboxylových skupin, nebo dalších polárních fragmentů, ale také jejich vzájemným rozmístěním a distribucí velikosti pórů na povrchu a také uvnitř struktury. Získané poznatky této studie mohou sloužit například k produkci půdních kondicionérů založených na huminových kyselinách, tj. remediačních preparátů s požadovanými, ale především nastavitelnými schopnostmi poutat a následně uvolňovat vodu do okolního prostředí. V neposlední řadě přispějí uvedené závěry ke zkvalitnění základního porozumění procesu hydratace v modifikovaných a původní vzorcích, což je přínosné ve vztahu k objasnění hydratace komplexních přírodních systémů a to zejména přírodní organické hmoty.

Humic acids are part of the natural organic matter occurring all around us. The aim of this thesis is to study the molecular organization, conformation of humic acids in aqueous solutions, that always raise a number of questions. For a long time, the scientists all over the world argue, if humic acid are polymers, micelles or supramolecules. Over time, thanks to new technologies, their opinions are moving away from a polymer model and tend rather to supramolecular arrangement of humic acids. Studying humic complex systems is not easy, because they are polydisperse and heterogeneous, which significantly complicates any characterization. Moreover, its molecular organization is affected by many factors such as e.g. pH, ionic strength and etc. For the study of the conformation of humic acids, concentration series of IHSS (International humic substances asociation) Leonardite humic acids stamdards in four different mediums were prepared: 0,1 M NaOH, humic acids in water with pH modified to 12 (basic medium), 0,1 M NaOH + 0,1 M HCl, 0,1 M NaCl (neutral environment). Furthermore it has been performed the fractionation of humic acids for the purpose of simplifying the complicated structure. Prepared concentration series were characterized with several analytical methods such as ultraviolet and visible spectroscopy, dynamic light scattering, electrophoretic light scattering, microrheology, gel permeation chromatography, potentiometric pH determination and direct conductometry. Diploma thesis is built on the previous bachelor thesis in which different sample of humic acids was studied. The measured results indicate that the studied systems show supramolecular behavior and in some cases are subject to aggregation into larger units (micelles).

This diploma thesis is focused on the study of diffusion of metal ions in hydrogel of humic acid. The objective of this thesis was to investigate the effect of the concentration of metal ions supply source and duration of diffusion on transport through the gel using method of diffusion couple. Cupric, nickel and cobalt ions were esed like the diffusion medium. All these ions were selected thanks to their high affinity for the humic acids and because they are ideal to investigate the diffusion through the humic gel. Chloride salts of these metals, namely CuCl2, NiCl2 and CoCl2, were used like supply sources. Three different concentrations of each solution were compared, specifically 0,05M, 0,1M and 1M, and also were three different durations of diffusion, specifically 10 hours, 1 day and 3 days. Metal ions were compared with each other in order to determine which one has the best transport properties through the humic hydrogel. The data, necessary for calculation, were obtained by UV-VIS spectrophotometry. Diffusion coefficients and duffusive flux of individual metal ions were determined from measured data.

Objective of this project was the study of interaction processes between humic substances, U(VI), Np(V) and kaolinite KGa-1b. It contributed to the attainment of a better process understanding, the improvement of the knowledge on the interaction of humic substances and metal ions and the enhancement of the thermodynamic database. With a synthetic humic acid (HA), N-containing functional groups of HA were characterized by 15N-NMR spectroscopy. Based on these results, model studies of the influence of amino groups on the complexation behavior of HA were performed. Spectroscopic studies with amino acids show that the amino group do not contribute to the U(VI) complexation at pH 4. The impact of kaolinite on the formation of HA and humic substance-kaolinite-sorbates was studied in model syntheses. The results exhibit that the presence of kaolinite during the syntheses mainly influences the yields on HA and their elemental compositions. Synthetic humic substance-kaolinite-sorbates were isolated. Under exclusion of CO2, the U(VI) complexation by HA was investigated at pH 7 by means of the conventional time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS) and TRLFS with ultrafast pulses. Complexation parameters for the ternary complex UO2(OH)HA(I) were determined. Studies of the Np(V) reduction in presence of HA with different functionalities under anaerobic conditions have shown that Np(V) is reduced to Np(IV) by HA. The redox capacity depends on the HA functionality. Applying a modified HA it was verified that phenolic/acidic OH groups play a dominating role in the Np(V) reduction. The influence of HA on the U(VI) and Np(V) sorption onto kaolinite was investigated in batch experiments. In dependence on the experimental conditions, HA effects the sorption and consequently the mobility of U(VI) and Np(V). From studies of the U(VI) sorption onto synthetic humic substance-kaolinite-sorbates it was concluded that the structure and functionality of sorbed/associated humic substances considerably influence the sorption behavior of U(VI). The structure of U(VI)-kaolinite-surface complexes in presence of HA was studied by means of X-ray absorption spectroscopy and TRLFS and compared to those of U(VI)-kaolinite-complexes. Investigations of the migration of HA and U(VI) in the laboratory system kaolinite-water were carried out in diffusion experiments. The migration of HA in compacted clay is governed by diffusion and influenced by its colloidal properties. Humic substances exert an immobilizing effect on the U(VI) transport in compacted kaolinite.