CN101260124B - 好氧堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在农业废物堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法。本发明改进了传统提取液的组成成分，减少了被提取物发生碱解的几率；同时堆肥鲜样与有机螯合剂混合进行反应，增加了被提取物的提取率；提取物混合液和其中富里酸的含碳量所采用的总有机碳分析仪测定的方法较传统的氧化法更方便、更精确；另外，本发明中纯化胡敏酸的方法操作简单，生产成本低。

Description

好氧堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法

技术领域

本发明属于固体废物堆肥处理技术中腐殖酸类物质的提取纯化并测定其含碳量的方法，具体涉及一种在农业废物堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法。

背景技术

堆肥化就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。堆肥产品中含有腐殖酸类物质及N、P等营养成分，培肥土壤后，对土壤的理化性质及生物学特性具有十分重要的影响，对作物的生长发育也具有积极的作用。堆肥产品中腐殖酸类物质的含量是决定堆肥质量的重要因素，而胡敏酸作为腐殖酸类物质的核心部分也成为固体废物堆肥处理技术研究中的一个热点。

在对堆肥中腐殖酸类物质研究之前，首先需将腐殖酸类物质从堆肥中提取出来，再经过分离和纯化。目前对堆肥中腐殖酸类物质的提取、分离和纯化大多采用从土壤中提取腐殖质的传统方法。而土壤腐殖质的组成和结构尚无定论，其主要原因之一就是提取问题。提取剂化学性质太强时，会改变腐殖质的结构和性质，并破坏某些非腐殖化物质，增加鉴定的困难；提取剂化学性质太弱时，不能使腐殖质与矿物质完全分开，收率太低。目前应用最广泛的提取剂是氢氧化钠或氢氧化钠和焦磷酸钠的混合液，其提取率高于其它提取剂。但由于这两种提取剂的碱性过强，被提取物容易发生碱解，且其中有些腐殖质与矿质通过分子引力和静电引力作用形成牢固的有机-矿质复合胶体，很难完全分离开来。所以目前迫切需要找到一种既能避免被提取物结构和性质发生改变，同时又能将腐殖酸类物质完全提取出来的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有方法的缺陷，提供一种操作简便、高效的从农业废物堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法，从而更好的满足科研需要。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：将堆肥鲜样与蒸馏水和有机螯合剂混合进行反应，加入焦磷酸钠提取液充分反应后高速离心并过滤得到腐殖酸类提取物混合液，测定提取物混合液的含碳量，再用酸沉淀方法分离提取物混合液中的胡敏酸和富里酸并测定富里酸的含碳量，求差额得到胡敏酸的含碳量；提取物混合液经过反复的酸沉淀和焦磷酸钠溶液溶解，再通过用含0.1mol/L HCl和0.3mol/L HF的混合液和去离子水反复洗涤纯化，冷冻干燥后得到胡敏酸晶体。

本发明包括以下具体步骤：

a.将农业有机废物粉碎后用麸皮调节C/N为25～30，含水率为55％～60％，有机质含量为60％～70％进行堆肥，堆肥腐熟后将堆肥鲜样与蒸馏水和有机螯合剂混合进行反应，70～90℃下反应30～40min后在混合液中加入焦磷酸钠提取液，使得混合溶液中焦磷酸钠的最终含量为0.1M，然后通氮气5min并密封，间隔振荡4h，静置过夜，高速离心后上清液过滤膜得到腐殖酸类提取物混合液，所述滤膜孔径小于或等于0.45μm；

b.用总有机碳分析仪测定上述提取物混合液的含碳量，根据堆肥鲜样的含水率算出每克堆肥干样中腐殖质的含碳量；吸取提取物混合液，用6.0mol/L HCl调节pH值在1～2之间，于70～90℃保温30～40min，使胡敏酸与富里酸充分分离，然后将此溶液静置过夜，高速离心分离沉淀和上清液，用总有机碳分析仪测定上清液的含碳量，算出每克堆肥干样中富里酸的含碳量，胡敏酸含碳量由腐殖质的含碳量与富里酸的含碳量之差得到；

c.上一步中分离后的沉淀即为胡敏酸粗品，将胡敏酸粗品用0.1M焦磷酸钠溶液溶解，调其固液质量比为1∶30，间隔振荡4h，静置过夜；高速离心后去除残渣，上清液用6.0mol/L HCl调其pH值在1～2之间，将此溶液放于70～90℃保温30～40min，使胡敏酸与富里酸充分分离，然后将此溶液静置过夜，高速离心后分离沉淀并重复本步骤3～4次，使得沉淀物不断纯化；

d.向上一步中最终离心所得的沉淀物中加入HCl和HF混合液洗涤以去除硅酸，所述混合液中含有0.1mol/L HCl和0.3mol/L HF，调其沉淀物与混合液质量比为1∶30，间隔振荡4h，高速离心分离沉淀，重复洗涤沉淀3～4次，最后用去离子水反复洗涤沉淀，直至上清液中无Cl^-，冷冻干燥后得到黑色胡敏酸晶体。

所述农业有机废物为各类菜叶、秸秆、杂草、落叶、垃圾等富含纤维素、半纤维素和木质素的物质；所述有机螯合剂是指葡萄糖酸或酒石酸与EDTA按照重量比为2～3∶1的比例形成的混合有机螯合剂，所述堆肥鲜样与混合有机螯合剂按重量比为1∶0.2～0.3的比例混合，所述堆肥鲜样与水的重量比为1∶5。

本发明的优点是：本发明采用有机螯合剂和焦磷酸钠溶液的混合提取液对堆肥样品进行提取，不使用传统方法中常用的氢氧化钠或氢氧化钠与焦磷酸钠的混合液，以避免提取液的碱性过强，从而减少被提取物发生碱解的几率；加入有机螯合剂能够把样品中难溶于水的与钙、镁、铝、铁等络合的腐殖质一次络合成易溶于水的腐殖质钠盐，从而比较完全地将腐殖质提取到溶液中来，从而增加了被提取物的提取率；提取物混合液和其中富里酸的含碳量所采用的总有机碳分析仪测定的方法较传统的氧化法更方便、更精确；另外，本发明中纯化胡敏酸的方法操作简单，生产成本低。

通过对等质量的堆肥鲜样分别采用不同的提取液提取腐殖酸类物质的提取率进行比较(见表1)可知，加入有机螯合剂明显增加了腐殖酸类物质的提取率，尽管有机螯合剂和焦磷酸钠的混合提取液的腐殖酸类物质的提取率略低于其他两种混合提取液，但考虑到另外两种混合提取液的碱性过强，可能引起提取物发生碱解，从而引起被提取物结构和性质的改变。因此，采用有机螯合剂和焦磷酸钠的混合提取液提取腐殖酸类物质是一种既能避免被提取物结构和性质发生改变，同时又能将腐殖酸类物质完全提取出来的方法。

表1不同提取液的腐殖酸类物质的提取率(％)

提取剂                                 提取率(％)

NaOH                                   48.9

Na₄P₂O₇                                40.5

NaOH+Na₄P₂O₇                           48.3

葡萄糖酸+EDTA+NaOH                     52.7

葡萄糖酸+EDTA+Na₄P₂O₇                  52.5

葡萄糖酸+EDTA+NaOH+Na₄P₂O₇             53.8

酒石酸+EDTA+NaOH                       53.4

酒石酸+EDTA+Na₄P₂O₇                    52.9

酒石酸+EDTA+NaOH+Na₄P₂O₇               54.2

附图说明

图1为好氧堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

1.腐殖酸类物质的提取(如图1所示)：

选择具有代表性的农业有机废物，包括小白菜叶、芽白叶、莴苣叶、扁豆茎叶、秸秆、庭院杂草，切至10～20mm长，用麸皮调节C/N为30，含水率为55％，有机质含量为70％进行堆肥，堆制42天后取堆肥鲜样3g(经测定含水率为53.75％)加入到15mL蒸馏水中，加入两种有机螯合剂葡萄糖酸0.75g和EDTA 0.3g，充分混合并在80℃下进行反应；反应30min后在混合液中加入15mL 0.2M焦磷酸钠提取液，混合后通氮气5min并密封，间隔振荡4h，静置过夜，高速离心(10000g)后上清液过0.45μm滤膜得到提取物混合液。

2.胡敏酸的提取测定：

将提取物混合液定容至50mL后取1mL用总有机碳分析仪测定其含碳量为3.28mg/mL，根据公式 $C_{\mathrm{HE}}=\frac{C_0\×50}{3\×(1-\mathrm{MC})}$ (其中MC为堆肥鲜样的含水率，C₀为提取物混合液的含碳量)得到腐殖质含碳量为118.2g/(kg·干样)；吸取20mL提取物混合液，用6.0mol/L HCl调节pH值为2，将此溶液放在电热板上以80℃保温半小时，使胡敏酸与富里酸充分分离，然后将混合液静置过夜，高速离心(10000g)分离沉淀(HA)和上清液(FA)，上清液定容至50mL后取10mL用总有机碳分析仪测定其含碳量为3.39mg/mL，根据公式 $C_{\mathrm{FA}}=\frac{C_1\×50\×50}{3\×(1-\mathrm{MC})\×20}$ (其中MC为堆肥鲜样的含水率，C₁为上清液的含碳量)得到富里酸含碳量为30.5g/(kg·干样)，胡敏酸含碳量为腐殖质的含碳量与富里酸的含碳量之差即87.7g/(kg·干样)。

3.胡敏酸的纯化：

上一步中分离后的沉淀即为胡敏酸粗品，将0.5g胡敏酸粗品用15mL 0.1M焦磷酸钠溶液溶解，间隔振荡4h，静置过夜，高速离心(10000g)后去除残渣，上清液用6.0mol/LHCl调其pH值为2.0，将此溶液放在电热板上以80℃保温半小时，使胡敏酸与富里酸充分分离，然后将混合液静置过夜，高速离心(10000g)后分离沉淀并重复前述步骤3～4次，使得沉淀物不断纯化。向最后一次离心后所得的沉淀物中加入15mL含有0.1mol/L HCl和0.3mol/L HF的混合液，间隔振荡4h，高速离心(10000g)分离沉淀，重复洗涤沉淀4次，最后用去离子水反复洗涤沉淀，直至上清液中无Cl^-即无白色的AgCl絮状沉淀为止(用1％AgNO₃检查)，冷冻干燥后得到黑色胡敏酸(HA)晶体。

实施例2：

在腐殖酸类物质的提取步骤中，用有机螯合剂酒石酸代替实施例1中的葡萄糖酸，其他步骤同实施例1；其中提取物混合液和上清液的含碳量分别为3.31mg/mL和3.36mg/mL，同理由实施例1中的对应公式得出腐殖质含碳量为119.3g/(kg·干样)，富里酸含碳量为30.3g/(kg·干样)，胡敏酸含碳量为腐殖质的含碳量与富里酸的含碳量之差即89.0g/(kg·干样)。

Claims (4)

1.一种从好氧堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法，其特征在于包括以下具体步骤：

a.将农业有机废物粉碎后用麸皮调节C/N为25～30，含水率为55％～60％，有机质含量为60％～70％进行堆肥，堆肥腐熟后将堆肥鲜样与蒸馏水和有机螯合剂混合进行反应，70～90℃下反应30～40min后在混合液中加入焦磷酸钠提取液，使得混合溶液中焦磷酸钠的最终含量为0.1M，然后通氮气5min并密封，间隔振荡4h，静置过夜，高速离心后上清液过滤膜得到腐殖酸类提取物混合液，所述滤膜孔径小于或等于0.45μm；所述有机螯合剂是指葡萄糖酸或酒石酸与EDTA按照重量比为2～3∶1的比例形成的混合有机螯合剂；

b.测定上述提取物混合液的含碳量，根据堆肥鲜样的含水率算出每克堆肥干样中腐殖质的含碳量；吸取提取物混合液，用6.0mol/L HCl调节pH值在1～2之间，于70～90℃保温30～40min，使胡敏酸与富里酸充分分离，然后将此溶液静置过夜，高速离心分离沉淀和上清液，测定上清液的含碳量，算出每克堆肥干样中富里酸的含碳量，胡敏酸含碳量由腐殖质的含碳量与富里酸的含碳量之差得到；

c.上一步中分离后的沉淀即为胡敏酸粗品，将胡敏酸粗品用0.1M焦磷酸钠溶液溶解，调其固液质量比为1∶30，间隔振荡4h，静置过夜；高速离心后去除残渣，上清液用6.0mol/L HCl调其pH值在1～2之间，将此溶液放于70～90℃保温30～40min，使胡敏酸与富里酸充分分离，然后将此溶液静置过夜，高速离心后分离沉淀并重复本步骤3～4次，使得沉淀物不断纯化；

d.向上一步中最终离心所得的沉淀物中加入HCl和HF混合液洗涤以去除硅酸，所述混合液中含有0.1mol/L HCl和0.3mol/L HF，调其沉淀物与混合液质量比为1∶30，间隔振荡4h，高速离心分离沉淀，重复洗涤沉淀3～4次，最后用去离子水反复洗涤沉淀，直至上清液中无Cl^-，冷冻干燥后得到黑色胡敏酸晶体。

2.根据权利要求1所述的从好氧堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法，其特征在于所述农业有机废物为各类菜叶、秸秆、杂草、落叶、垃圾这几种富含纤维素、半纤维素和木质素的物质。

3.根据权利要求1或2所述的从好氧堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法，其特征在于所述堆肥鲜样与混合有机螯合剂按重量比为1∶0.2～0.3的比例混合，所述堆肥鲜样与水的重量比为1∶5。

4.根据权利要求1或2所述的从好氧堆肥中提取纯化胡敏酸并测定其含碳量的方法，其特征在于用总有机碳分析仪测定含碳量。

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