CN105153435B - 一种藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,所述分级提取方法包括如下步骤:藻体预处理、藻体索氏提取、藻体的氯化钙处理、藻体的碳酸钠处理、藻体的碱液提取、藻体腐殖酸除硅、藻体腐殖酸除富里酸、藻体腐殖酸的亚组分分级、藻体腐殖酸亚组分除盐及固化。通过上述方式,本发明能够从褐藻生物体中提取腐殖酸,并利用XAD‑8树脂分离技术进行亚组分分离,最终得到分级的藻体腐殖酸亚组分。
Description
技术领域
本发明涉及腐殖酸分离提取技术,具体涉及一种藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法。
背景技术
腐殖酸又名胡敏酸(humic acid)是由动植物及其残体经过复杂的物理、化学、生物过程形成的大分子有机混合物,它广泛存在于土壤、水体、沉积物等环境介质中。腐殖酸能溶于碱性和中性溶液,不溶于酸。腐殖酸中含有大量活性官能团如羧基、酚羟基、羰基、氨基和巯基,从而具有很高的反应活性。例如在天然环境中,腐殖酸能与环境中的有毒重金属离子和有机污染物(如重金属、农药、PPCPs、PAHs等)发生相互作用,形成化学和生物稳定性的溶于水和不溶于水的物质,从而改变其迁移、转化规律和生物有效性。
一般认为,腐殖酸来自于动植物残体的降解,但研究表明海洋藻体中含有大量腐殖酸。水生生物中,特别是藻体中腐殖酸的提取对研究水体中腐殖酸来源和归趋具有重要意义。现代仪器分析技术的发展,为腐殖酸的研究提供了先进的手段,取得大量突破性创新。人们已经熟知腐殖酸的含碳量、红外特征、紫外特征等基本理化性质。但是由于腐殖酸的组成和结构极其复杂,它的元素组成、分子量、芳香度及官能团含量等结构随着时空不同而发生变化。为了更近一步的研究腐殖酸的结构和组成,前人将腐殖酸进行分级分离,从而减小其异质性,取得一些列成果。但针对于藻体腐殖酸的分级分离尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,该方法能够克服现有技术对褐藻生物体腐殖酸分离及腐殖酸分级提取过程的不足,获得纯度较高的腐殖酸各级亚组分。
为实现上述目的,本发明公开的技术方案为:一种藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,所述分级提取方法包括如下步骤:
步骤a、藻体预处理:
取风干后的藻体,剔除杂物,在3050oC下烘干,碾磨后过筛,得到藻体粉末;
步骤b、藻体索氏提取:
将藻体粉末置于索式提取器中,依次用乙醚、丙酮、95%乙醇、二氧杂环己烷作为提取液进行索提;索提过程中,当采用其中一种索提液索提时,则每隔5h,在220nm波长的紫外可见光下测定索提液的吸光度,当测得的索提液的吸光度大于或等于0.01时,则继续该索提过程;当测得的吸光度小于0.01时,更换下一个索提液进行索提;
步骤c、藻体的氯化钙处理:
向去离子水索提藻体中加入氯化钙溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌10-40 min后,离心弃去上层清液,得到氯化钙处理藻体1;
向氯化钙处理藻体1中加入氯化钙溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌10-40 min后,离心弃去上层清液,得到氯化钙处理藻体2;
向氯化钙处理藻体2中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10-60 min后,离心弃去上层清液,得到去离子水处理藻体;
向去离子水处理藻体中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体1;
向盐酸处理藻体1中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10-60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体2;
向盐酸处理藻体2中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体3;
向盐酸处理藻体3中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10 min后,离心弃去上层清液,得到水洗盐酸处理藻体;
步骤d、藻体的碳酸钠处理:
向水洗盐酸处理藻体中加入碳酸钠溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌30-60 min后,离心所得固体标记为碳酸钠处理藻体1;
向碳酸钠处理藻体1中加入碳酸钠溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌30-60 min后,离心所得固体标记为碳酸钠处理藻体2;
向碳酸钠处理藻体2中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心所得固体标记为水洗碳酸钠处理藻体;
步骤e、藻体的碱液提取:
氮气保护条件下,向水洗碳酸钠处理藻体中加入氢氧化钠和焦磷酸钠,并用去离子水稀释,使溶液中氢氧化钠和焦磷酸钠的浓度均为0.1 mol/L,且溶液中固液比为1:10,搅拌溶液4-6 h,静置20-28 h后,离心得到上层清液1和藻体残渣1;
氮气保护条件下,向上层清液1中加入6mol/L 盐酸,使溶液pH =1.0,搅拌30-60min,静置20-28h后,离心得固体标记为腐殖酸1;
氮气保护条件下,向藻体残渣1中加入氢氧化钠和焦磷酸钠,并用去离子水稀释,使溶液中氢氧化钠和焦磷酸钠的浓度均为0.1 mol/L,且溶液中固液比为1:10,搅拌4-6 h,静置20-28 h后,离心得到上层清液2和藻体残渣2;
氮气保护条件下,向上层清液2中加入6mol/L 盐酸,使其pH =1.0,搅拌30-60min,静置20-28 h后,离心得固体标记为腐殖酸2;
将腐殖酸1和腐殖酸2合并,标记为粗提腐殖酸;
步骤f、藻体腐殖酸除硅:
氮气保护条件下,用含有0.1mol/L 氢氧化钠和0.3 mol/L氯化钠的溶液将步骤e中的粗提腐殖酸溶解,使其浓度为1-2 g/L,搅拌30 -60 min,高速离心分离,得到上层清液3;
将上层清液3用6 mol/L盐酸酸化至pH=1.0,再加入浓氢氟酸,使氢氟酸浓度为0.3mol/L,持续搅拌4-6 h,静置20-28h后,高速离心分离得固体标记为无硅腐殖酸;
步骤g、藻体腐殖酸除富里酸:
向步骤f中的无硅腐殖酸中加入0.1mol/L 盐酸溶液,使其固液比为1:10,持续搅拌4-6h,并静置20-28h后,离心得到上层清液4及纯化腐殖酸;
步骤h、藻体腐殖酸的亚组分分级:
在氮气保护条件下,用氢氧化钠将步骤g中的纯化腐殖酸溶解,加入去离子水使溶液中的腐殖酸浓度在1-2 g/L,用盐酸和氢氧化钠调节溶液pH=2后,以15倍柱体积/h的速度流过XAD-8树脂柱,流出液弃去;
以5柱体积/h的速度,依次用pH=3、pH=5和pH=7的0.1mol/L焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱,分别收集流出液并立即酸化至pH 1,搅拌4 h后,离心得到固体三份分别标记为粗提藻体腐殖酸亚组分1——粗提藻体腐殖酸亚组分3;
在氮气保护下,以5柱体积/h的速度,依次用pH=9、pH=11和pH=13的0.1mol/L焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱,分别收集流出液并立即酸化至pH 1,搅拌4 h后,离心得到固体三份分别标记为粗提藻体腐殖酸亚组分4——粗提藻体腐殖酸亚组分6;
步骤i、藻体腐殖酸亚组分除盐及固化:
在氮气保护下,用0.1 mol/L的氢氧化钠分别溶解粗提藻体腐殖酸亚组分1至粗提藻体腐殖酸亚组分6,用盐酸调节每份溶解液的pH=5-9,并使每份溶解液的固液比均为1:2,共计得到六份腐殖酸亚组分溶液;
将六份腐殖酸亚组分溶液分别置入6个7000道尔顿透析袋,并将每个透析袋置于超纯水中,组成透析体系,搅拌12 h,盐分通过透析袋进入超纯水,将每个透析袋中的腐殖酸亚组分溶液冷冻干燥得到六份腐殖酸亚组分固体,命名为藻体腐殖酸亚组分1、藻体腐殖酸亚组分2、藻体腐殖酸亚组分3、藻体腐殖酸亚组分4、藻体腐殖酸亚组分5、藻体腐殖酸亚组分6。
优选的,所述步骤g中,所得上层清液4用溶解有机碳测定仪器测定其溶解有机碳含量,如果上层清液4中溶解有机碳TOC>5mg/L,则重复步骤g,直到测得TOC<5 mg/L后,再进行步骤h。
优选的,所述步骤h中,当以某一pH值的焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱时,每收集2-50 ml流出液,即用特定波长紫外/可见波长进行测定,流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小,当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5%时,停止该pH值的焦磷酸钠缓冲液的淋洗。优选的,步骤h中,用550n波长的紫外/可见波长进行测定流出液的吸光值。
优选的,所述步骤i中,每个透析袋的透析体系搅拌12h后,先用钼酸铵分光光度法和硝酸银法分别测定步骤i中去离子水中总磷的含量和氯离子含量,如果总磷含量>0.01mg/L或者有氯化银存在,则多次更换透析体系中的超纯水,每次加入去离子水,搅拌12 h后,再次测定,直到测得的总磷含量<0.01 mg/L且检测不到氯离子。
优选的,还包括步骤j:取少量步骤i所得的六份藻体腐殖酸亚组分1至藻体腐殖酸亚组分6,在80-100℃下烘干24 h后得到灰分;采用热重分析法测定灰分,如果其中某份藻体腐殖酸亚组分以干重计灰分大于0.1 %,则将该藻体腐殖酸亚组分在氮气保护条件下,用0.1 mol/L氢氧化钠溶解,加入去离子水使溶液中藻体腐殖酸浓度=1—3 g/L后,调节溶液pH=5-9,再加入浓盐酸、浓氢氟酸和去离子水,使溶液固液比为1:10且盐酸浓度为0.1mol/L、氢氟酸浓度为0.3mol/L,持续搅拌4 h,静置24 h后,离心分离得固体后重复操作步骤i,并再次用热重分析法方法测定其灰分,直到其灰分小于或等于0.1%。
优选的,所述步骤c中氯化钙溶液的质量百分数为1%;所述步骤c中所用的盐酸的浓度为0.1 mol/L。
优选的,所述步骤d中碳酸钠溶液的质量百分数为0.5%。
优选的,所述步骤b中,首先将藻体粉末置于索式提取器中,用乙醚为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程,当吸光度小于0.01时,结束乙醚提取液的提取;所得固体标记为乙醚索提藻体;
将乙醚索提藻体置于索式提取器中,用丙酮为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束丙酮提取液的提取;所得固体标记为丙酮索提藻体;
将丙酮索提藻体置于索式提取器中,用95%乙醇为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束95%乙醇提取液的提取;所得固体标记为乙醇索提藻体;
将乙醇索提藻体置于索式提取器中,用二氧杂环己烷为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束二氧杂环己烷提取液的提取;所得固体标记为二氧杂环己烷索提藻体;
将二氧杂环己烷索提藻体置于索式提取器中,用去离子水为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束去离子水提取液的提取;所得固体标记为去离子水索提藻体。
本发明中步骤b中,采用乙醚、丙酮、95%乙醇、二氧杂环己烷、去离子水提取液依次进行索氏提取,其目的是去除藻体中非腐殖物质。
本发明中步骤c中,氯化钙处理的目的是去除藻体中的多糖,用盐酸酸洗的目的是去除藻体中剩余氯化钙及部分金属离子。
本发明中步骤d中,采用碳酸钠处理藻体的目的是去除藻体中的藻酸。
本发明中步骤e中,利用焦磷酸钠和氢氧化钠混合提取藻体中的腐殖酸,混合液提取与单一氢氧化钠或焦磷酸钠提取相比,提取速度快、效率高,提取更完全。
本发明步骤f中加入氢氟酸的操作目的是:利用氢氟酸和溶液中的硅酸盐及硅单质反应,生产四氟合硅气体,从而去除腐殖酸亚组分样品中的含硅杂质。
本发明中利用在pH=1.0的条件下,腐殖酸为固态,部分杂质(如富里酸、钙镁离子)等杂质可溶的特点,在步骤g中对无硅腐殖酸进行酸洗,该步骤操作具有以下优点:(1)pH=1.0时,腐殖酸为沉淀,藻体酸洗过程中不会损失腐殖酸组分;(2)pH=1.0时,富里酸可溶,去除部分酸溶性富里酸;
本发明的有益效果是:本发明藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法能够克服现有技术对腐殖酸分级提取过程的不足,获得纯度较高的腐殖酸各级亚组分,便于对藻体的研究。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1:褐藻东海样品中腐殖酸的分级提取:
于2014年4月份取东海褐藻样品;
XAD-8树脂柱;Sigma公司;
氢氧化钠:分析纯;盐酸:分析纯;焦磷酸钠:分析纯;
本实施例的具体操作如下:
步骤a、藻体预处理:取风干后的藻体,剔除杂物,在常温下下烘干,碾磨后过筛,得到5 kg藻体粉末;
步骤b、藻体索氏提取:
将5 kg藻体粉末置于索式提取器中,用乙醚为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程,当吸光度小于0.01时,结束乙醚提取液的提取;所得固体标记为乙醚索提藻体;
将乙醚索提藻体置于索式提取器中,用丙酮为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束丙酮提取液的提取;所得固体标记为丙酮索提藻体;
将丙酮索提藻体置于索式提取器中,用95%乙醇为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束95%乙醇提取液的提取;所得固体标记为乙醇索提藻体;
将乙醇索提藻体置于索式提取器中,用二氧杂环己烷为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束二氧杂环己烷提取液的提取;所得固体标记为二氧杂环己烷索提藻体;
将二氧杂环己烷索提藻体置于索式提取器中,用去离子水为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束去离子水提取液的提取;所得固体标记为去离子水索提藻体,得固体4.97 kg。
步骤c、藻体的氯化钙处理:
向去离子水索提藻体中加入50 L质量百分数为1% 的氯化钙溶液,使固液比达到1:10,在60oC条件下连续搅拌15 min后,离心弃去上层清液,得到氯化钙处理藻体1;
向氯化钙处理藻体1中加入50 L质量百分数为1%的氯化钙溶液,使固液比达到1:10,在60oC条件下连续搅拌15 min后,离心弃去上层清液,得到氯化钙处理藻体2;
向氯化钙处理藻体2中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌15 min后,离心弃去上层清液,得到去离子水处理藻体;
向去离子水处理藻体中加入50 L 0.1 mol/L的盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌15min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体1;
向盐酸处理藻体1中加入50 L0.1mol/L的盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌15min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体2;
向盐酸处理藻体2中加入50 L0.1mol/L的盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌15min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体3;
向盐酸处理藻体3中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10 min后,离心弃去上层清液,得到水洗盐酸处理藻体;
步骤d、藻体的碳酸钠处理:
向水洗盐酸处理藻体中加入50 L质量百分数为0.5% 的碳酸钠溶液,使固液比达到1:10,在45oC条件下连续搅拌30-60 min后,离心所得固体标记为碳酸钠处理藻体1;
向碳酸钠处理藻体1中加入50 L质量百分数为0.5% 的碳酸钠溶液,使固液比达到1:10,在45oC条件下连续搅拌30-60 min后,离心所得固体标记为碳酸钠处理藻体2;
向碳酸钠处理藻体2中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10 min后,离心所得固体标记为水洗碳酸钠处理藻体;
步骤e、藻体的碱液提取:
氮气保护条件下,向水洗碳酸钠处理藻体中加入25 L含有0.2mol/L的氢氧化钠和0.2mol/L焦磷酸钠的溶液,并用去离子水稀释,使溶液中氢氧化钠和焦磷酸钠的浓度均为0.1 mol/L,且溶液中固液比为1:10,搅拌溶液4h,静置24h后,离心得到上层清液1和藻体残渣1;
氮气保护条件下,向上层清液1中加入6mol/L 盐酸,使溶液pH =1.0,搅拌30min,静置24 h后,离心得固体标记为腐殖酸1;
氮气保护条件下,向藻体残渣1中加入25 L含有0.2 mol/L的氢氧化钠和0.2mol/L焦磷酸钠的溶液,并用去离子水稀释,使溶液中氢氧化钠和焦磷酸钠的浓度均为0.1 mol/L,且溶液中固液比为1:10,搅拌4h,静置24 h后,离心得到上层清液2和藻体残渣2;
氮气保护条件下,向上层清液2中加入6mol/L 盐酸,使其pH =1.0,搅拌30 min,静置24 h后,离心得固体标记为腐殖酸2;
将腐殖酸1和腐殖酸2合并,标记为粗提腐殖酸,共计42.5g;
步骤f、藻体腐殖酸除硅:
氮气保护条件下,用含有0.1mol/L 氢氧化钠和0.3 mol/L氯化钠的溶液将步骤e中的粗提腐殖酸溶解,使其浓度为1-2 g/L,搅拌30 min,高速离心分离,得到上层清液3;
将上层清液3用6 mol/L盐酸酸化至pH=1.0,再加入6mol/L的浓氢氟酸,使溶液中氢氟酸浓度为0.3 mol/L,持续搅拌4h,静置24h后,高速离心分离得41.7 g固体,标记为无硅腐殖酸;
步骤g、藻体腐殖酸除富里酸:
向步骤f中的无硅腐殖酸中加入0.1mol/L 盐酸溶液,使其固液比为1:10,持续搅拌4-6h,并静置20-28 h后,离心得到上层清液4及纯化腐殖酸;该步骤g中,所得上层清液4用溶解有机碳测定仪器测定其溶解有机碳含量,如果上层清液4中溶解有机碳TOC>5mg/L,则重复步骤g,直到测得TOC<5 mg/L后,再进行步骤h。
步骤h、藻体腐殖酸的亚组分分级:
在氮气保护条件下,用20 ml 0.1 mol/L的氢氧化钠将步骤g中的纯化腐殖酸溶解,加入去离子水使溶液中的腐殖酸浓度在1-2 g/L,用1 mol/L的盐酸和1 mol/L的氢氧化钠调节溶液pH=2后,以15倍柱体积/h的速度流过XAD-8树脂柱,流出液弃去;
以5柱体积/h的速度,依次用pH=3、pH=5和pH=7的0.1mol/L焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱,分别收集流出液并立即酸化至pH 1,搅拌4 h后,离心得到固体三份分别标记为粗提藻体腐殖酸亚组分1—粗提藻体腐殖酸亚组分3;
在氮气保护下,以5柱体积/h的速度,依次用pH=9、pH=11和pH=13的0.1mol/L焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱,分别收集流出液并立即酸化至pH 1,搅拌4 h后,离心得到固体三份分别标记为粗提藻体腐殖酸亚组分4—粗提藻体腐殖酸亚组分6;
该步骤h中,当以某一pH值的焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱时,每收集25 ml流出液,则用波长为550nm的紫外可见光进行测定,流出液的紫外可见光吸光值先增大后减小,当流出液紫外可见吸光值小于最大吸光值的0.5%时,停止该pH的淋洗过程。
步骤i、藻体腐殖酸亚组分除盐及固化:
在氮气保护下,用0.1 mol/L的氢氧化钠分别溶解粗提藻体腐殖酸亚组分1至粗提藻体腐殖酸亚组分6,用盐酸调节每份溶解液的pH=5-9,并使每份溶解液的固液比均为1:2,共计得到六份腐殖酸亚组分溶液;
将六份腐殖酸亚组分溶液分别置入6个7000道尔顿透析袋,并将每个透析袋置于超纯水中,组成透析体系,搅拌12 h,盐分通过透析袋进入超纯水,将每个透析袋中的腐殖酸亚组分溶液冷冻干燥得到六份腐殖酸亚组分固体,命名为藻体腐殖酸亚组分1、藻体腐殖酸亚组分2、藻体腐殖酸亚组分3、藻体腐殖酸亚组分4、藻体腐殖酸亚组分5、藻体腐殖酸亚组分6。
所述步骤i中,每个透析袋的透析体系搅拌12h后,先用钼酸铵分光光度法和硝酸银法分别测定步骤i中去离子水中总磷的含量和氯离子含量,如果总磷含量>0.01 mg/L或者有氯化银存在,则多次更换透析体系中的超纯水,每次加入去离子水,搅拌12 h后,再次测定,直到测得的总磷含量<0.01 mg/L且检测不到氯离子。
步骤j:取少量步骤i所得的六份藻体腐殖酸亚组分1至藻体腐殖酸亚组分6,在80-100℃下烘干24 h后得到灰分;采用热重分析法方法测定灰分,如果其中某份藻体腐殖酸亚组分以干重计灰分大于0.1 %,则将该藻体腐殖酸亚组分在氮气保护条件下,用0.1 mol/L氢氧化钠溶解,加入去离子水使溶液中藻体腐殖酸浓度=1—3 g/L后,调节溶液pH=5-9,再加入浓盐酸、浓氢氟酸和去离子水,使溶液固液比为1:10且盐酸浓度为0.1mol/L、氢氟酸浓度为0.3mol/L,持续搅拌4 h,静置24 h后,离心分离得固体后重复操作步骤i,并再次用热重分析法测定其灰分,直到其灰分小于或等于0.1%。
本实施例中,最终得到藻体腐殖酸亚组分1-藻体腐殖酸亚组分6质量依次为18.5g、13.8g、3.7g、1.58g、0.95g、0.59g。
结合腐殖酸自身特点,利用元素分析法和13C-NMR光谱分析法对腐殖酸亚组分进行定量-半定量分析;利用FTIR、UV-Vis和三维荧光光谱对腐殖酸亚组分进行定性分析,结果如下:
元素分析结果显示,该方法提取的藻体腐殖酸亚组分中碳、氢、氧、硫元素含量及碳氢元素比、碳氧元素比,符合国际腐殖酸协会标准腐殖酸元素含量要求。FTIR光谱分析显示,该方法提取的藻体腐殖酸亚组分均包含羟基、烷基和羧基等官能团,这与国际腐殖酸协会标准腐殖酸红外光谱结论一致。UV-Vis光谱分析显示,该方法提取的藻体腐殖酸亚组分紫外吸光度均随着紫外波长增大而降低,紫外光谱符合指数递减规律,这与国际腐殖酸协会标准腐殖酸紫外光谱结论一致。13C-NMR光谱分析显示,该方法提取的藻体腐殖酸亚组分均包含饱和脂肪碳峰、烷氧基碳、芳香碳、羧基碳,这与国际腐殖酸协会标准腐殖酸一致。三维荧光光谱分析显示,该方法提取的藻体腐殖酸亚组分的三维荧光光谱峰均坐落于藻体类腐殖酸荧光峰范围,与国际腐殖酸协会标准腐殖酸一致。
进一步分析表明:该方法提取的不同腐殖酸亚组分中的氢碳元素比存在明显变化,腐殖酸亚组分1-6的氢碳元素比分别为0.63、0.72、0.76、0.82、0.97、1.02;
13C-NMR光谱分析结果显示,该方法提取的不同腐殖酸亚组分中的羧基碳比例存在明显变化,腐殖酸亚组分1-6的羧基碳比例为19.7、18.9、15.6、13.7、12.7、12.3;
该方法提取的不同腐殖酸亚组分中的芳香碳含量存在明显变化,腐殖酸亚组分1-6的芳香碳比例为40.9、41.1、47.9、52.1、40.86、43.2。
实施例2:本实施例公开了一种藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,所述分级提取方法包括如下步骤:
步骤a、藻体预处理:取风干后的藻体,剔除杂物,在30-50oC下烘干,碾磨后过筛,得到藻体粉末;
步骤b、藻体索氏提取:将藻体粉末置于索式提取器中,依次用乙醚、丙酮、95%乙醇、二氧杂环己烷作为提取液进行索提;索提过程中,当采用其中一种索提液索提时,则每隔5h,在220nm波长的紫外可见光下测定索提液的吸光度,当测得的索提液的吸光度大于或等于0.01时,则继续该索提过程;当测得的吸光度小于0.01时,更换下一个索提液进行索提;
步骤c、藻体的氯化钙处理:向去离子水索提藻体中加入氯化钙溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌10-40 min后,离心弃去上层清液,得到氯化钙处理藻体1;向氯化钙处理藻体1中加入氯化钙溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌10-40 min后,离心弃去上层清液,得到氯化钙处理藻体2;
向氯化钙处理藻体2中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10-60 min后,离心弃去上层清液,得到去离子水处理藻体;向去离子水处理藻体中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体1;向盐酸处理藻体1中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10-60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体2;
向盐酸处理藻体2中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体3;向盐酸处理藻体3中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10 min后,离心弃去上层清液,得到水洗盐酸处理藻体;
步骤d、藻体的碳酸钠处理:向水洗盐酸处理藻体中加入碳酸钠溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌30-60 min后后,离心所得固体标记为碳酸钠处理藻体1;向碳酸钠处理藻体1中加入碳酸钠溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌30-60 min后,离心所得固体标记为碳酸钠处理藻体2;向碳酸钠处理藻体2中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心所得固体标记为水洗碳酸钠处理藻体;
步骤e、藻体的碱液提取:氮气保护条件下,向水洗碳酸钠处理藻体中加入氢氧化钠和焦磷酸钠,并用去离子水稀释,使溶液中氢氧化钠和焦磷酸钠的浓度均为0.1mol/L,且溶液中固液比为1:10,搅拌溶液4-6 h,静置20-28 h后,离心得到上层清液1和藻体残渣1;
氮气保护条件下,向上层清液1中加入6mol/L 盐酸,使溶液pH =1.0,搅拌30-60min,静置20-28h后,离心得固体标记为腐殖酸1;
氮气保护条件下,向藻体残渣1中加入氢氧化钠和焦磷酸钠,并用去离子水稀释,使溶液中氢氧化钠和焦磷酸钠的浓度均为0.1 mol/L,且溶液中固液比为1:10,搅拌4-6 h,静置20-28 h后,离心得到上层清液2和藻体残渣2;
氮气保护条件下,向上层清液2中加入6mol/L 盐酸,使其pH =1.0,搅拌30-60min,静置20-28 h后,离心得固体标记标记为腐殖酸2;
将腐殖酸1和腐殖酸2合并,标记为粗提腐殖酸;
步骤f、藻体腐殖酸除硅:氮气保护条件下,用含有0.1mol/L氢氧化钠和0.3mol/L氯化钠的溶液将步骤e中的粗提腐殖酸溶解,使其浓度为1-2 g/L,搅拌30 -60 min,高速离心分离,得到上层清液3;
将上层清液3用6 mol/L盐酸酸化至pH=1.0,再加入浓氢氟酸,使氢氟酸浓度为0.3mol/L,持续搅拌4-6 h,静置20-28h后,高速离心分离得固体标记为无硅腐殖酸;
步骤g、藻体腐殖酸除富里酸:向步骤f中的无硅腐殖酸中加入0.1mol/L 盐酸溶液,使其固液比为1:10,持续搅拌4-6h,并静置20-28 h后,离心得到上层清液4及纯化腐殖酸;
步骤h、藻体腐殖酸的亚组分分级:在氮气保护条件下,用氢氧化钠将步骤g中的纯化腐殖酸溶解,加入去离子水使溶液中的腐殖酸浓度在1-2 g/L,用盐酸和氢氧化钠调节溶液pH=2后,以15倍柱体积/h的速度流过XAD-8树脂柱,流出液弃去;
以5柱体积/h的速度,依次用pH=3、pH=5和pH=7的0.1mol/L焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱,分别收集流出液并立即酸化至pH=1,搅拌4 h后,离心得到固体三份分别标记为粗提藻体腐殖酸亚组分1、粗提藻体腐殖酸亚组分2、粗提藻体腐殖酸亚组分3;
在氮气保护下,以5柱体积/h的速度,依次用pH=9、pH=11和pH=13的0.1mol/L焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱,分别收集流出液并立即酸化至pH=1,搅拌4 h后,离心得到固体三份分别标记为粗提藻体腐殖酸亚组分4、粗提藻体腐殖酸亚组分5、粗提藻体腐殖酸亚组分6;
步骤i、藻体腐殖酸亚组分除盐及固化:在氮气保护下,用0.1 mol/L的氢氧化钠分别溶解粗提藻体腐殖酸亚组分1至粗提藻体腐殖酸亚组分6,用盐酸调节每份溶解液的pH=5-9,并使每份溶解液的固液比均为1:2,共计得到六份腐殖酸亚组分溶液;
将六份腐殖酸亚组分溶液分别置入6个7000道尔顿透析袋,并将每个透析袋置于超纯水中,组成透析体系,搅拌12 h,盐分通过透析袋进入超纯水,将每个透析袋中的腐殖酸亚组分溶液冷冻干燥得到六份腐殖酸亚组分固体,命名为藻体腐殖酸亚组分1、藻体腐殖酸亚组分2、藻体腐殖酸亚组分3、藻体腐殖酸亚组分4、藻体腐殖酸亚组分5、藻体腐殖酸亚组分6。
所述步骤g中,所得上层清液4用溶解有机碳测定仪器测定其溶解有机碳含量,如果上层清液4中溶解有机碳TOC>5mg/L,则重复步骤g,直到测得TOC<5 mg/L后,再进行步骤h。
实施例3:本实施例与实施例2的不同之处在于,本实施例中步骤h中,当以某一pH值的焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱时,每收集2-50 ml流出液即用特定波长紫外/可见波长进行测定,流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小,当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5%时,停止该pH值的焦磷酸钠缓冲液的淋洗。
本实施例步骤i中,每个透析袋的透析体系搅拌12h后,先用钼酸铵分光光度法和硝酸银法分别测定步骤i中去离子水中总磷的含量和氯离子含量,如果总磷含量>0.01 mg/L或者有氯化银存在,则多次更换透析体系中的超纯水,每次加入去离子水,搅拌12 h后,再次测定,直到测得的总磷含量<0.01 mg/L且检测不到氯离子。
实施例4:本实施例与实施例2的不同之处在于,本实施例中还包括步骤j:取少量步骤i所得的六份藻体腐殖酸亚组分1至藻体腐殖酸亚组分6,在80-100℃下烘干24 h后,采用热重分析法测定灰分,如果其中某份藻体腐殖酸亚组分以干重计灰分大于0.1 %,则将该藻体腐殖酸亚组分在氮气保护条件下,用0.1 mol/L氢氧化钠溶解,加入去离子水使溶液中藻体腐殖酸浓度=1—3 g/L后,调节溶液pH=5-9,再加入浓盐酸、浓氢氟酸和去离子水,使溶液固液比为1:10且盐酸浓度为0.1mol/L、氢氟酸浓度为0.3mol/L,持续搅拌4 h,静置24 h后,离心分离得固体后重复操作步骤i,并再次用热重分析法测定其灰分,直到其灰分小于或等于0.1%。
实施例5:本实施例与实施例2的不同之处在于,本实施例步骤c中氯化钙溶液的质量百分数为1%;步骤c中所用的盐酸的浓度为0.1 mol/L;步骤d中碳酸钠溶液的质量百分数为0.5%。
实施例6:本实施例与实施例2的不同之处在于,本实施例步骤b中,
首先将藻体粉末置于索式提取器中,用乙醚为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程,当吸光度小于0.01时,结束乙醚提取液的提取;所得固体标记为乙醚索提藻体;
将乙醚索提藻体置于索式提取器中,用丙酮为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束丙酮提取液的提取;所得固体标记为丙酮索提藻体;
将丙酮索提藻体置于索式提取器中,用95%乙醇为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束95%乙醇提取液的提取;所得固体标记为乙醇索提藻体;
将乙醇索提藻体置于索式提取器中,用二氧杂环己烷为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束二氧杂环己烷提取液的提取;所得固体标记为二氧杂环己烷索提藻体;
将二氧杂环己烷索提藻体置于索式提取器中,用去离子水为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束去离子水提取液的提取;所得固体标记为去离子水索提藻体。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,其特征在于,所述分级提取方法包括如下步骤:
步骤a、藻体预处理:
取风干后的藻体,剔除杂物,在30-50oC下烘干,碾磨后过筛,得到藻体粉末;
步骤b、藻体索氏提取:
将藻体粉末置于索式提取器中,依次用乙醚、丙酮、95%乙醇、二氧杂环己烷作为提取液进行索提;索提过程中,当采用其中一种索提液索提时,则每隔5h,在220nm波长的紫外可见光下测定索提液的吸光度,当测得的索提液的吸光度大于或等于0.01时,则继续该索提过程;当测得的吸光度小于0.01时,更换下一个索提液进行索提;
步骤c、藻体的氯化钙处理:
向去离子水索提藻体中加入氯化钙溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌10-40 min后,离心弃去上层清液,得到氯化钙处理藻体1;
向氯化钙处理藻体1中加入氯化钙溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌10-40 min后,离心弃去上层清液,得到氯化钙处理藻体2;
向氯化钙处理藻体2中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10-60 min后,离心弃去上层清液,得到去离子水处理藻体;
向去离子水处理藻体中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体1;
向盐酸处理藻体1中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10-60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体2;
向盐酸处理藻体2中加入盐酸,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心弃去上层清液,得到盐酸处理藻体3;
向盐酸处理藻体3中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10 min后,离心弃去上层清液,得到水洗盐酸处理藻体;
步骤d、藻体的碳酸钠处理:
向水洗盐酸处理藻体中加入碳酸钠溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌30-60 min后,离心所得固体标记为碳酸钠处理藻体1;
向碳酸钠处理藻体1中加入碳酸钠溶液,使固液比达到1:10,在40-70oC条件下连续搅拌30-60 min后,离心所得固体标记为碳酸钠处理藻体2;
向碳酸钠处理藻体2中加入去离子水,使固液比达到1:10,连续搅拌10 -60 min后,离心所得固体标记为水洗碳酸钠处理藻体;
步骤e、藻体的碱液提取:
氮气保护条件下,向水洗碳酸钠处理藻体中加入氢氧化钠和焦磷酸钠,并用去离子水稀释,使溶液中氢氧化钠和焦磷酸钠的浓度均为0.1mol/L,且溶液中固液比为1:10,搅拌溶液4-6 h,静置20-28 h后,离心得到上层清液1和藻体残渣1;
氮气保护条件下,向上层清液1中加入6mol/L 盐酸,使溶液pH =1.0,搅拌30-60 min,静置20-28h后,离心得固体标记为腐殖酸1;
氮气保护条件下,向藻体残渣1中加入氢氧化钠和焦磷酸钠,并用去离子水稀释,使溶液中氢氧化钠和焦磷酸钠的浓度均为0.1 mol/L,且溶液中固液比为1:10,搅拌4-6 h,静置20-28 h后,离心得到上层清液2和藻体残渣2;
氮气保护条件下,向上层清液2中加入6mol/L 盐酸,使其pH =1.0,搅拌30-60 min,静置20-28 h后,离心得固体标记为腐殖酸2;
将腐殖酸1和腐殖酸2合并,标记为粗提腐殖酸;
步骤f、藻体腐殖酸除硅:
氮气保护条件下,用含有0.1mol/L氢氧化钠和0.3mol/L氯化钠的溶液将步骤e中的粗提腐殖酸溶解,使其浓度为1-2 g/L,搅拌30 -60 min,高速离心分离,得到上层清液3;
将上层清液3用6 mol/L盐酸酸化至pH=1.0,再加入浓氢氟酸,使氢氟酸浓度为0.3mol/L,持续搅拌4-6 h,静置20-28h后,高速离心分离得固体标记为无硅腐殖酸;
步骤g、藻体腐殖酸除富里酸:
向步骤f中的无硅腐殖酸中加入0.1mol/L 盐酸溶液,使其固液比为1:10,持续搅拌4-6h,并静置20-28 h后,离心得到上层清液4及纯化腐殖酸;
步骤h、藻体腐殖酸的亚组分分级:
在氮气保护条件下,用氢氧化钠将步骤g中的纯化腐殖酸溶解,加入去离子水使溶液中的腐殖酸浓度在1-2 g/L,用盐酸和氢氧化钠调节溶液pH=2后,以15倍柱体积/h的速度流过XAD-8树脂柱,流出液弃去;
以5柱体积/h的速度,依次用pH=3、pH=5和pH=7的0.1mol/L焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱,分别收集流出液并立即酸化至pH=1,搅拌4 h后,离心得到固体三份分别标记为粗提藻体腐殖酸亚组分1、粗提藻体腐殖酸亚组分2、粗提藻体腐殖酸亚组分3;
在氮气保护下,以5柱体积/h的速度,依次用pH=9、pH=11和pH=13的0.1mol/L焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱,分别收集流出液并立即酸化至pH=1,搅拌4 h后,离心得到固体三份分别标记为粗提藻体腐殖酸亚组分4、粗提藻体腐殖酸亚组分5、粗提藻体腐殖酸亚组分6;
步骤i、藻体腐殖酸亚组分除盐及固化:
在氮气保护下,用0.1 mol/L的氢氧化钠分别溶解粗提藻体腐殖酸亚组分1至粗提藻体腐殖酸亚组分6,用盐酸调节每份溶解液的pH=5-9,并使每份溶解液的固液比均为1:2,共计得到六份腐殖酸亚组分溶液;
将六份腐殖酸亚组分溶液分别置入6个7000道尔顿透析袋,并将每个透析袋置于超纯水中,组成透析体系,搅拌12 h,盐分通过透析袋进入超纯水,将每个透析袋中的腐殖酸亚组分溶液冷冻干燥得到六份腐殖酸亚组分固体,命名为藻体腐殖酸亚组分1、藻体腐殖酸亚组分2、藻体腐殖酸亚组分3、藻体腐殖酸亚组分4、藻体腐殖酸亚组分5、藻体腐殖酸亚组分6。
2. 根据权利要求1所述的藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,其特征在于,所述步骤g中,所得上层清液4用溶解有机碳测定仪器测定其溶解有机碳含量,如果上层清液4中溶解有机碳TOC>5mg/L,则重复步骤g,直到测得TOC<5 mg/L后,再进行步骤h。
3.根据权利要求1所述的藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,其特征在于,所述步骤h中,当以某一pH值的焦磷酸钠缓冲液淋洗XAD-8树脂柱时,每收集2-50 ml流出液即用特定波长紫外/可见波长进行测定,流出液的紫外/可见吸光值先增大后减小,当流出液紫外/可见吸光值小于最大吸光值的0.5%时,停止该pH值的焦磷酸钠缓冲液的淋洗。
4.根据权利要求1所述的藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,其特征在于,所述步骤i中,每个透析袋的透析体系搅拌12h后,先用钼酸铵分光光度法和硝酸银法分别测定步骤i中去离子水中总磷的含量和氯离子含量,如果总磷含量>0.01 mg/L或者有氯化银存在,则多次更换透析体系中的超纯水,每次加入去离子水,搅拌12 h后,再次测定,直到测得的总磷含量<0.01 mg/L且检测不到氯离子。
5.根据权利要求1所述的藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,其特征在于,还包括步骤j:取少量步骤i所得的六份藻体腐殖酸亚组分1至藻体腐殖酸亚组分6,在80-100℃下烘干24 h后,采用热重分析法测定灰分,如果其中某份藻体腐殖酸亚组分以干重计灰分大于0.1%,则将该藻体腐殖酸亚组分在氮气保护条件下,用0.1 mol/L氢氧化钠溶解,加入去离子水使溶液中藻体腐殖酸浓度=1—3 g/L后,调节溶液pH=5-9,再加入浓盐酸、浓氢氟酸和去离子水,使溶液固液比为1:10且盐酸浓度为0.1mol/L、氢氟酸浓度为0.3mol/L,持续搅拌4 h,静置24 h后,离心分离得固体后重复操作步骤i,并再次用热重分析法测定其灰分,直到其灰分小于或等于0.1%。
6.根据权利要求1所述的藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,其特征在于,所述步骤c中氯化钙溶液的质量百分数为1%;所述步骤c中所用的盐酸的浓度为0.1 mol/L。
7.根据权利要求1所述的藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,其特征在于,所述步骤d中碳酸钠溶液的质量百分数为0.5%。
8.根据权利要求1所述的藻体中腐殖酸大孔径树脂分级方法,其特征在于,所述步骤b中,
首先将藻体粉末置于索式提取器中,用乙醚为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程,当吸光度小于0.01时,结束乙醚提取液的提取;所得固体标记为乙醚索提藻体;
将乙醚索提藻体置于索式提取器中,用丙酮为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束丙酮提取液的提取;所得固体标记为丙酮索提藻体;
将丙酮索提藻体置于索式提取器中,用95%乙醇为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束95%乙醇提取液的提取;所得固体标记为乙醇索提藻体;
将乙醇索提藻体置于索式提取器中,用二氧杂环己烷为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束二氧杂环己烷提取液的提取;所得固体标记为二氧杂环己烷索提藻体;
将二氧杂环己烷索提藻体置于索式提取器中,用去离子水为提取液进行索氏提取,索提过程中,每隔5h,在220 nm波长的紫外可见光下测定索提液吸光度,当吸光度大于或等于0.01时,继续该索提过程;当吸光度小于0.01时,结束去离子水提取液的提取;所得固体标记为去离子水索提藻体。
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