從泥碳中提取黃腐酸的探討

李小為，金俊艷

(1.黑龍江農業(yè)職業(yè)技術學院 農學系，黑龍江 佳木斯 154007;2.黑龍江農業(yè)職業(yè)技術學院 生物工程系，黑龍江 佳木斯 154007)

泥碳又稱草碳、泥煤，是原始沼澤植物殘體在微生物作用下不完全分解—合成的有機堆積物，是人類重要的礦產資源。我國泥碳儲量約123億t左右［1］，黑龍江省約4.3億 t，屬于含高腐殖酸型、中度分解的泥碳。泥碳有機質中的黃腐酸是生物活性物質，是泥碳有機質的精華所在。泥碳黃腐酸中活性官能團多、分子量小、凝聚極限高，它的化學組成、性質和土壤、堆肥中的黃腐酸十分相似［2］，可作為植物生長調節(jié)劑、植物抗逆劑、肥效促進劑、農藥緩釋增溶劑以及制取液體肥料的有機基質和增溶劑等［1］。開發(fā)泥碳黃腐酸產品，是當今世界資源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的方向，符合我國生態(tài)農業(yè)建設節(jié)約資源的戰(zhàn)略要求。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

泥炭取于當地。

需用試劑有:去離子水，1%氫氧化鈉溶液，蒸餾水，丙酮，95%甲醇，95%乙醇，硼，鋅，高錳酸鉀，硝酸，5%濃度雙氧水，氧化銅等。

儀器設備有:電子稱，燒杯，玻璃棒，量筒，漏斗，電爐，烘箱，反應釜，溶解罐，粉碎機，振動篩，過濾機，萃取罐，離心機，蒸發(fā)器，精密試紙等。

1.2 試驗方法

1.2.1 原理

泥碳中黃腐酸含量比較低，采用氧化降解的辦法破壞腐殖酸的大分子，形成更多的酸性含氧官能團，使一部分棕+黑腐酸、木質素和其他的一些物質氧化分解成黃腐酸［3］，就能有效提高黃腐酸的含量和提取率。然后用有機溶劑萃取，再用離心機進行分離，得到黃腐酸溶液。采用催化氧化降解—有機溶劑萃取—水溶解分離的技術生產泥碳黃腐酸，此溶液可配制不同濃度的液體肥料應用。

1.2.2 方法

首先在實驗室采用篩選試驗的方法進行試驗，確定氧化劑、萃取劑及提取黃腐酸所需的工藝條件(圖 1)。

圖1 泥碳中提取黃腐酸的工藝流程

原料準備。將自然風干的泥炭用粉碎機粉碎成1～2mm，用1～2mm篩孔的篩子除去泥沙，作為原料備用。

氧化劑的確定。用電子秤分別稱取原料各10 g，倒入玻璃制的反應罐中，各反應罐中分別加入1.5 g KMnO4，HNO3，5%濃度的 H2O2，CuO作為氧化劑，用B/Zn做催化劑，在60～70℃條件下反應4 h，pH值控制在4～6之間［4］，測定黃腐酸的含量。從表1可以看出，用5%的H2O2作氧化劑得到的黃腐酸含量最高，故采用5%雙氧水溶液作為氧化劑。

表1 不同氧化劑提取黃腐酸的得率

萃取劑的確定。分別稱取10 g泥碳5份，各加入5%濃度的H2O2，用B/Zn做催化劑，在60～70℃條件下反應4 h，pH值控制在4～6之間［5］，反應完全后，將50 g的1%氫氧化鈉溶液，蒸餾水，丙酮，95%甲醇，95%乙醇的5種萃取劑分別加入到各份氧化泥碳中，在60～70℃萃取1.5 h［6］，得到總提取率和黃腐酸溶出率。從表2可以看出，用蒸餾水提取時，產率很低［7］;用1%氫氧化鈉溶液提取，溶液很難分離;用丙酮提取時，提取率很高，但丙酮沸點低，易揮發(fā)、價格貴;用甲醇、乙醇提取時，得率差不多，但從溶劑的揮發(fā)性和環(huán)境安全性等因素考慮用95%乙醇更安全。由此得出萃取條件為泥碳、乙醇質量比1∶5，溫度60～70℃，萃取1.5 h，回收乙醇，用水溶解殘留物得氧化黃腐酸溶液。

表2 不同萃取劑的提取效果

2 結果與分析

采用Q/HMT 01—2009的方法測定提取液的黃腐酸含量，結果見表3，溶液中的濃度為9.3 g·100mL-1，比原樣泥碳中黃腐酸含量5.51%有極大的提高。

把氧化泥碳水溶液配制成泥碳黃腐酸液體肥料，按NY 1110—2006測定水溶肥料中汞、鉻含量，采用國標方法測定其他成分的含量，檢測結果見表4，各項指標均符合有關規(guī)定，且養(yǎng)分含量高。

表3 氧化泥碳水溶液的組成

表4 泥碳黃腐酸液體肥料的檢測結果

3 小結

采用催化氧化-乙醇萃取-水溶解分離的工藝技術，獲得生理活性高、增溶性好、養(yǎng)分含量高、抗絮凝性好的黃腐酸。該工藝流程簡捷合理、實用性強，無三廢排放、技術指標達到同類產品的要求，為我國泥碳產品的開發(fā)利用起到了積極的創(chuàng)新作用。

［1］唐志華，陳麗華，陜南勉縣泥炭的分布狀況及其開發(fā)前景［J］.漢中師范學院學報，1996，14(2):43-46.

［2］張則有，王榮力，王質安，等.泥碳在農業(yè)上的開發(fā)技術與應用 ［J］，微復肥，2001(2):5-6.

［3］劉大強，劉桂媛，蔣崇菊.提高黃腐酸產率的實驗研究［J］.哈爾濱科學技術大學學報，1996(1):22-24.

［4］陳曉玲，劉世彬.研究提取泥炭腐殖酸的固液分離 ［J］.煤炭加工與綜合利用，1999(4):29-30.

［5］葛紅光，陳麗華.泥炭中黃腐酸的分離研究 ［J］.延安大學學報:自然科學版，2001(3):57-58.

［6］蔣崇菊，何云龍，劉大強，等.用有機溶劑提取泥碳黃腐酸的研究 ［J］.應用化學，1997(3):29.

［7］何云龍，劉大強.硝酸氧解法提高泥碳中黃腐酸的產率［J］.應用化學，2003(12):20.