潘　慧　傅　欣　趙世軍　李健鵬　譚　鈞*

(香港中向國際有限公司　北京　100004)

摘　要：以木本泥炭為原料，研究了活化劑用量、水量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間對腐植酸提取效果的影響。結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)隨著活化劑用量的增大，水量的增大、反應(yīng)溫度的升高、反應(yīng)時間的延長，提取率也隨之上升；其中活化劑用量和水的用量對提取效果影響相對較大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，優(yōu)化的條件為煤∶活化劑=1∶0.16，煤∶水=1∶8。

關(guān)鍵詞：木本泥炭　腐植酸　活化　提取率

The Effect of Activation Conditions to the Abstraction of Humic Acid inWoody Peat

Pan Hui,Fu Xin,Zhao Shijun,Li Jianpeng,Tan Jun*

(View Sino International Ltd.,Beijing,100004)

Abstract: It is studied that the activation conditions,which are activator dosage,water dosage,reaction temperature and time,on the effects of humic acid extraction in woody peat.The result showed that the extraction rate would rise by increasing the activator dosage,water dosage,reaction temperature and time within a certain range;In these conditions,the effects of activator dosage and water dosage were bigger than others.The experiment result showed that the better activation condition was that the ratio of coal to activator was 1:0.16,and the ratio of coal to water was 1:8.

Key words: woody peat;humic acid;activation;extraction rate

腐植酸是動植物遺骸經(jīng)過微生物的分解和轉(zhuǎn)化，以及地球化學(xué)的一系列過程形成和積累起來的一類大分子天然有機(jī)酸的總稱，分子鏈中含有大量的活性基團(tuán)，廣泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭、褐煤、風(fēng)化煤之中。目前，商品化的開發(fā)利用主要是指煤炭腐植酸，其主要原料就是泥炭、褐煤和風(fēng)化煤[1]。

泥炭是沼澤中死亡植物殘?bào)w轉(zhuǎn)化積累形成的有機(jī)礦產(chǎn)資源。泥炭的有機(jī)質(zhì)和纖維含量豐富，腐植酸含量高，吸咐、螯合能力強(qiáng)，離子交換能力和鹽分平衡控制能力大。泥炭腐植酸的自由基屬于半醌結(jié)構(gòu)，既能氧化為醌，又能還原為酚，在植物體的氧化還原中起著重要作用，具有較高的生物活性、生理刺激作用和較強(qiáng)的抗旱、抗病、抗低溫、抗鹽漬的作用[2，3]。

[收稿日期]2015-09-21

[作者簡介]潘慧，男，1984年生，化學(xué)碩士，主要從事新型肥料研發(fā)、肥料應(yīng)用技術(shù)研究。*通訊作者：譚鈞，男，總經(jīng)理，高級工程師，E-mail：tanjun1968@126.com。

目前，腐植酸的研究與開發(fā)利用所采用的泥炭原料主要是草本泥炭[4]，以木本泥炭為原料的研究與應(yīng)用鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用的原料屬高分解、低灰分、高腐植酸的木本泥炭(殘?bào)w組成主要為木本殘?bào)w)，而且木質(zhì)-纖維物質(zhì)在氧化劑(硝酸、臭氧、空氣氧、高錳酸鉀、過氧化氫、過硫酸鹽等)作用下可生成“再生腐植酸”[5]?；谀颈灸嗵克赜械睦砘再|(zhì)和化學(xué)深加工性能，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)蟹浅V泛的應(yīng)用前景。主要研究以木本泥炭為原料提取、生產(chǎn)腐植酸鹽產(chǎn)品過程中，不同的活化劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間以及水量對木本泥炭中腐植酸提取效果的影響，以期為木本泥炭提取、生產(chǎn)腐植酸鹽提供一種最佳的反應(yīng)條件。

1　材料與方法

1.1　供試材料

木本泥炭選用產(chǎn)自印度尼西亞露天木本泥炭礦，該礦區(qū)資源儲量豐富，地質(zhì)構(gòu)造簡單、礦體規(guī)模較大、形態(tài)特征明顯、礦層埋藏淺、礦層厚度發(fā)育和泥炭物化指標(biāo)穩(wěn)定。全區(qū)泥炭有機(jī)質(zhì)平均89.02%；總腐植酸含量平均53.96%，部分區(qū)域高達(dá)75%；游離腐植酸含量平均53.48%；黃腐酸含量平均4.74%；有害元素及重金屬含量很低。

本試驗(yàn)所選用的木本泥炭原料指標(biāo)如下：總腐植酸(干基)含量61.71%；游離腐植酸(干基)含量60.79%；有機(jī)質(zhì)(干基)90.30%。

1.2　試驗(yàn)方法

稱取一定量過40目篩的木本泥炭原料于反應(yīng)器中，按照不同的質(zhì)量比依次加入水、活化劑等，然后在一定溫度下攪拌反應(yīng)一定時間后，離心分離，分別對上清液和殘?jiān)M(jìn)行分析。按此方法探索提取、生產(chǎn)腐植酸鹽產(chǎn)品的優(yōu)化條件。

1.3　數(shù)據(jù)分析

優(yōu)化條件以提取率作為考察指標(biāo)(以下相同)，提取率的計(jì)算方法如下：

按照腐植酸產(chǎn)品的相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)物的有機(jī)質(zhì)、水溶腐植酸、水分、灰分及pH值等進(jìn)行測定[6]。

2　結(jié)果與分析

2.1　反應(yīng)時間的優(yōu)化

固定其他反應(yīng)條件(反應(yīng)溫度：90℃，水∶煤∶活化劑=8∶1∶0.16)，考察不同反應(yīng)時間對木本泥炭中腐植酸提取效果的影響。

反應(yīng)時間對提取效果的影響，結(jié)果見圖1?？梢钥闯?，木本泥炭中腐植酸的提取率隨反應(yīng)時間的延長有小幅提升，反應(yīng)時間為50min時基本達(dá)到最大值55.79%，因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中選取反應(yīng)時間為50min來對其他活化條件進(jìn)行考察。

圖1　反應(yīng)時間對提取效果的影響
Fig.1 Effect of reaction time on the extraction

2.2　活化劑用量的優(yōu)化

將反應(yīng)時間設(shè)定為50min，其他條件不變的情況下對活化劑用量進(jìn)行優(yōu)化，煤∶活化劑分別為1∶0.12、1∶0.14、1∶0.16和1∶0.18四個添加比例，同樣以提取率為考察指標(biāo)，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，提取率隨著活化劑用量的增大而顯著提高，但在1∶0.16以后提升幅度趨緩，而且活化劑用量太大時影響產(chǎn)物固液分離效果，導(dǎo)致產(chǎn)品水不溶物含量提高，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，活化劑用量選取1∶0.16比較合適。

圖2　活化劑用量對提取效果的影響
Fig.2 Effect of activation agent ratio on the extraction

2.3　反應(yīng)溫度的優(yōu)化

在選定反應(yīng)時間50min，煤∶活化劑=1∶0.16的條件下，以提取率為考察指標(biāo)對反應(yīng)溫度進(jìn)行優(yōu)化，見圖3。可以看出，提取率隨著反應(yīng)溫度的升高而增加，在90℃時達(dá)到最大值。因此，選取反應(yīng)溫度為90℃進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖3　反應(yīng)溫度對提取效果的影響
Fig.3 Effect of reaction time on the extraction

2.4　水量的優(yōu)化

選定反應(yīng)時間50min，煤∶活化劑=1∶0.16，反應(yīng)溫度為90℃的條件下，對水的用量進(jìn)行優(yōu)化，分別對煤∶水=1∶9、1∶8、1∶7、1∶6四個比例進(jìn)行考察，以提取率為考察指標(biāo)，結(jié)果見圖4?？梢钥闯觯崛÷孰S著用水量的增加而升高。水量較小時，固液分離效果不好，影響產(chǎn)品質(zhì)量；如果反應(yīng)時加入的水量增大，則在干燥得到固體產(chǎn)品的過程中需要蒸發(fā)的水量也相應(yīng)增加，能耗也會增加，綜合考慮煤水比為1∶8時較好。

圖4　用水量對提取效果的影響
Fig.4 Effect of water ratio on the extraction

2.5　產(chǎn)物分析

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知，最優(yōu)條件為：反應(yīng)時間50min，反應(yīng)溫度90℃，水∶煤∶活化劑=8∶1∶0.16，采用該條件進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)束后離心分離，分別將上清液和殘?jiān)稍锖筮M(jìn)行分析。表1數(shù)據(jù)顯示，水溶腐植酸含量接近80%，水不溶物含量極低。殘?jiān)挠袡C(jī)質(zhì)含量高達(dá)80%以上，水溶腐植酸含量為23%左右，是生產(chǎn)有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥和土壤調(diào)理劑的理想原料。

表1　產(chǎn)物分析結(jié)果
Tab.1 Analysis results of the products

3　結(jié)論

本研究表明，不同活化條件對木本泥炭中腐植酸的提取效果影響不同，其中反應(yīng)時間的影響相對較小，反應(yīng)時間從10min延長到60min，提取率僅僅從51.39%提高到55.17%，提高幅度不到4%。反應(yīng)溫度與提取率正相關(guān)，但相應(yīng)能耗出高，所以應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用過程中選取一個合適的反應(yīng)溫度。對提取率影響比較大的因素是活化劑和水的用量，提取率的提升幅度都能達(dá)到10%以上，而且這兩個因素也直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，就本研究而言，最優(yōu)的條件為煤∶活化劑=1∶0.16，煤∶水=1∶8，在實(shí)際生產(chǎn)過程中還要綜合考慮原料成本、能耗等諸多因素以確定最佳的反應(yīng)條件。

影響腐植酸提取效果的影響因素較多，如pH值、原料煤的細(xì)度、活化劑的種類、活化劑的用量、水的用量、攪拌方式及強(qiáng)度、反應(yīng)溫度和時間等，本研究僅對選定的一種活化劑，進(jìn)行了反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、活化劑用量以及水量對腐植酸提取率的影響進(jìn)行了研究。今后還需作進(jìn)一步研究，例如原料細(xì)度、活化劑種類等方面，為采用木本泥炭為原料進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)含腐植酸肥料提供基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]成紹鑫.腐植酸類物質(zhì)概論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007

[2]Hans Joosten,Donal Clarke.Wise Use of Mires and Peatlands[M].ISBN 9519774483,2004

[3]Eino Lappalainen.Global Peat Resources.Peatlands in Biosphere[M],Country Reports,Conservation and Use,1996

[4]張則友.21世紀(jì)泥炭及其腐植酸開發(fā)技術(shù)與市場分析[J].腐植酸，2000

[5]曾憲成，成紹鑫.腐植酸的主要類別[J].腐植酸，2002，(2)：4～6

[6]李善祥.腐植酸產(chǎn)品分析及標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007