CN105801879A - 一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法 - Google Patents

一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法 Download PDF

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宿新泰
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孙万煌
蒋晨义
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Abstract

本发明属于无机非金属材料和催化领域。涉及一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法。在常温常压下将风化煤加入反应器中，加入风化煤质量0.1%~20%的纳米催化剂；加入风化煤质量5~20倍的蒸馏水；搅拌并逐滴加入风化煤质量2.5%~25%的氧化剂形成悬浊液，根据悬浊液的pH值，可加入过量的碱以控制pH值在中性到碱性范围内。反应0.5h~60h后停止搅拌，抽滤或离心分离出残渣和腐植酸盐溶液，此时腐植酸盐溶液中含有黄、棕、黑腐植酸盐。调节腐植酸盐溶液的pH值在1~2范围内，使棕、黑腐植酸沉淀后，离心分离出黄腐植酸溶液。在此反应过程中，纳米催化剂表现出了良好的催化性能，与不加入催化剂相比腐植酸的收率高出15%以上，黄腐植酸含量达到了10%以上。

Description

一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料和催化领域，具体涉及一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法。
背景技术
黄腐植酸是腐植酸类物质的一种组分，在具备腐植酸类物质的一般特征之外，还具备其显著的优点。主要表现为以下几个方面：一是它的分子量较小，含有生物体所需的大量元素而易被生物吸收；二是其水溶性优于一般的腐植酸类物质，黄腐植酸水溶液呈酸性；三是其功能团含量较高，具有更强的离子交换、络合能力。基于这三大优势，使黄腐植酸在农业、工业、环保、医药领域有非常广泛的用途。因此从风化煤中提取腐植酸，并将其部分转化为黄腐植酸，就成为低阶煤炭资源高值化利用的一种重要途径。经文献调研，常用以处理风化煤得到分子量低的腐植酸的方法为湿法氧化法，常以浓硝酸或臭氧作氧化剂。而使用上述两种氧化剂存在腐蚀设备，产物收率低，操作不易等缺点。因此，本发明试图纳米金属氧化物作为催化剂，利用其粒径小，表面活性位点多，分散性好等特点，探讨如何处理风化煤原料，提高腐植酸产率并使其最大化的转化为黄腐植酸的方法，对于环境保护，实现资源的合理利用具有重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明的目的是：为了解决风化煤中腐植酸的提取率不高，黄腐植酸含量低的问题，提供了一种由风化煤经纳米催化氧化制取黄腐植酸的方法。
本发明的技术方案为：一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法，该方法包括下述步骤：
（1）取一定量的风化煤，加入风化煤质量0.01%~20%的纳米催化剂；加入风化煤质量5~20倍的蒸馏水；搅拌并逐滴加入风化煤质量2.5%~25%的氧化剂形成悬浊液，备用；
（2）用碱调整步骤（1）制备的悬浊液的pH值在中性到碱性范围内，反应0.5h~60h后停止搅拌，抽滤或离心分离出残渣和腐植酸盐溶液；
（3）调节步骤（2）制备的腐植酸盐溶液的pH值在1~2范围内，腐植酸沉淀后，离心分离出黄腐植酸溶液，即可。所述的纳米催化剂是Fe和/或Cu和/或Zn金属氧化物，其纳米催化剂的粒径范围在1~100纳米之间。所述氧化剂为双氧水，其规格为30-50%。步骤（2）中所用的碱为氢氧化钾或氢氧化钠固体。
有益效果：本发明提供了一种高效环保且能够提高产品附加值的方法，在常温常压下通过加入纳米金属氧化物催化剂，最大程度将风化煤中的有机物裂解出来，提高腐植酸的提取率，并将其最大化的转化为黄腐植酸，最终达到了环境保护，资源高值化利用的目的。
附图说明
图1为所使用的纳米氧化铜的透射电子显微镜（TEM）图；图2为纳米氧化铜催化剂的X射线衍射（XRD）图；图3为产物的红外（IR）图谱。
具体实施方式
实施例1、称取50g风化煤，向其中依次加入，0.5g纳米CuO，750mL蒸馏水，11.25g氢氧化钾，常温下强力搅拌并逐滴加入20mL，30%的双氧水，反应2h后离心分离，分离出残渣和腐植酸钾溶液。调节腐植酸钾溶液的pH值在1~2范围内，使棕、黑腐植酸沉淀后，离心分离出黄腐植酸溶液。以上实验得到腐植酸的提取率达到81.0%，黄腐植酸的含量达到10.9%。
实施例2、称取50g风化煤，向其中依次加入，0.5g纳米ZnO，750mL蒸馏水，11.25g氢氧化钾，常温下强力搅拌并逐滴加入20mL，30%的双氧水，反应2h后离心分离，分离出残渣和腐植酸钾溶液。调节腐植酸钾溶液的pH值在1~2范围内，使棕、黑腐植酸沉淀后，离心分离出黄腐植酸溶液。调节腐植酸钾溶液的pH值在1~2范围内，使棕、黑腐植酸沉淀后，离心分离出黄腐植酸溶液。以上实验得到腐植酸的提取率达到79.4%，黄腐植酸的含量达到10.2%。
比较例1、称取50g风化煤，向其中依次加入，750mL蒸馏水，11.25g氢氧化钾，常温下强力搅拌并逐滴加入20mL，30%的双氧水，反应2h后离心分离，分离出残渣和腐植酸钾溶液。调节腐植酸钾溶液的pH值在1~2范围内，使棕、黑腐植酸沉淀后，离心分离出黄腐植酸溶液。以上实验得到腐植酸的提取率为64%，黄腐植酸含量为1.2%。
比较例2、称取50g风化煤，向其中依次加入750mL蒸馏水，11.25g氢氧化钾，常温下强力搅拌，反应2h后离心分离，分离出残渣和腐植酸钾溶液。以上实验得到腐植酸钾的提取率为54%，调节腐植酸钾溶液的pH值在1~2范围内，使棕、黑腐植酸沉淀后，离心分离出黄腐植酸溶液，不含有黄腐植酸钾。
由上面的实施例与比较例可知，加入纳米催化剂表现出了良好的催化性能，与不加入催化剂相比腐植酸的收率高出15%以上，黄腐植酸含量达到了10%以上，效果极其显著。
上述实验所用风化煤取自新疆昌吉州奇台县。
本发明的主要技术内容是在风化煤中加入适量的纳米催化剂和氧化剂，在室温下，通过催化氧化使风化煤中的腐植酸类物质和非腐有机质裂解成较小的分子，加入氧化剂，引入含氧功能团，使其转化为分子量较小的腐植酸。当氧化剂浓度过高时，会发生深度氧化反应，产生大量的二氧化碳气体，因此，本发明通过逐滴加入氧化剂的方式控制氧化剂的浓度在较低的范围内。

Claims (4)

1.一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
（1）取一定量的风化煤，加入风化煤质量0.01%~20%的纳米催化剂；加入风化煤质量5~20倍的蒸馏水；搅拌并逐滴加入风化煤质量2.5%~25%的氧化剂形成悬浊液，备用；
（2）用碱调整步骤（1）制备的悬浊液的pH值在中性到碱性范围内，反应0.5h~60h后停止搅拌，抽滤或离心分离出残渣和腐植酸盐溶液；
（3）调节步骤（2）制备的腐植酸盐溶液的pH值在1~2范围内，腐植酸沉淀后，离心分离出黄腐植酸溶液，即可。
2.根据权利要求1所述的一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法，其特征在于：所述的纳米催化剂是Fe和/或Cu和/或Zn金属氧化物，其纳米催化剂的粒径范围在1~100纳米之间。
3.根据权利要求1所述的一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法，其特征在于：所述氧化剂为双氧水，其规格为30-50%。
4.根据权利要求1所述的一种由纳米催化剂催化氧化风化煤制取黄腐植酸的方法，其特征在于：步骤（2）中所用的碱为氢氧化钾或氢氧化钠固体。
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