CN111675813A - 一种腐殖酸的高效提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腐殖酸的高效提取方法，所述方法包括以下步骤：将富含腐殖酸的原料干燥后，与固相碱试剂混合，获得混合原料；将混合原料研磨至D90为100～300μm，然后加水搅拌充分混匀，离心，取上清液，调节pH值至1.5±0.5，静置后过滤，取滤饼干燥，得到腐殖酸。本发明具有环境友好，产品提取率高，工艺简单，生产周期短，成本低等优点，是一种具有较好推广应用前景的提取和分离腐殖酸的方法。

Description

一种腐殖酸的高效提取方法

(一)技术领域

本发明涉及一种腐殖酸高效提取与分离的方法，具体涉及一种利用机械化学技术从低阶煤中提取分离腐殖酸的方法。

(二)背景技术

腐殖酸(HA)是动植物遗骸，主要是植物的遗骸，经过微生物的分解和转化，以及地球化学的一系列过程造成和积累起来的一类有机物质，主要成分为多种高分子有机弱酸混合物。它的总量大得惊人，数以万亿吨计。江河湖海，土壤煤矿，大部分地表上都有它的踪迹。由于它的广泛存在，所以对地球的影响也很大，涉及到碳循环、矿物迁移积累、土壤肥力、生态平衡等方面。腐殖酸有机元素主要包括C、H、O、N、S等，腐殖酸组分中主要有腐殖酸、棕腐酸和黑腐酸三种组分。其中黄腐酸(FA)分子量小、活性高、效果好，是腐殖酸的精华。腐殖酸的酸性官能团如羧基和酚羟基对金属离子具有络合能力，可以大大提高金属离子的生物有效性。腐殖酸还具有很强的生物活性，腐殖酸不仅通过改良土壤理化性状，提高肥效，活化土壤养分。从而改善作物的生长环境，同时腐殖酸本身也具有促进作物根系生长，增强作物对养分的吸收、积累与转运，促进呼吸作用，提高生物酶的活性，提高植物抗逆能力等多种生物活性。

中国腐殖酸资源丰富，储量大，分布广，品质好。作为有机物原料，广泛地应用于农、林、牧、石油、化工、建材、医药、卫生、环保等各个领域。在腐殖酸综合利用方面，虽然起步晚，其技术水平在世界上并不落后。其中作为肥料也是腐殖酸的重要应用。目前科学研究表明，腐殖酸是一种具有良好生物活性，多种官能团构成的有机载体，也是一个植物呼吸和光合作用代谢功能的中间物质，因此它具有很大的可容性，可与多种物质结合。使用腐殖酸，可改善土壤性状，为植物根系生长发育创造良好的条件。同时它还可以疏松耕层土壤，破坏盐分积累，降低表土含盐量。土壤微生物是土壤组分的重要组成成分之一，对土壤有机无机质的转化，营养元素的循环；以及对植物生命活动过程中必不可少的生物活性物质—酶的形成均有重要的影响。腐殖酸能够促进土壤微生物活动，增加土壤物生物的数量，增强土壤酶的活性。

由于腐殖酸能与碱进行中和反应，使不溶于水的腐殖酸转化为水溶性腐殖酸盐，所以腐殖酸的传统支取方法主要是碱溶液酸析的方法进行提取。然而，采用传统的氢氧化钠或氢氧化钾进行低阶煤中腐殖酸的提取的方法，虽然具有工艺简单，投入成本小的优点，但是得到腐殖酸盐存在纯度低，制取时间长等问题，同时提取物中重金属等含量也较高。其它腐殖酸的提取方法还包括采用硝酸或双氧水氧化得到氧化降解腐殖酸，采用这两种方法虽然可以提高腐殖酸的产率和黄腐酸含量，但采用硝酸、双氧水进行低阶煤氧化降解提取腐殖酸，反应过程过于剧烈，得到的腐殖酸产品中活性有效组分黄腐酸往往有被过度降解的情况，造成实际得到的腐殖酸品质不高，同时腐殖酸的提取率增加也并不显著。近期还有报道采用硝酸、双氧水氧化降解辅助有机醇在较低温度进行腐殖酸的提取工艺的报道，但采用该工艺存在有机溶剂分离等问题。

机械化学提取技术是将机械力化学的原理和方法引入到天然生物活性成分提取领域而形成的一门高效提取技术，具有提取率高和选择性好的优点。机械化学提取的过程是将原料与固相试剂共研磨，在机械力作用下，诱发有效成分与固相试剂间化学反应，形成某类易溶于水的化合物，然后用水溶解，直接获取有效成分。

机械化学提取的原理是固相反应，与有机溶剂提取的相似相溶原理完全不同。因此，机械化学提取技术具有许多独特的优点。首先，提取过程中无需使用有机溶剂，革除了传统方法中有机溶剂对环境造成的污染，也避免了产品中有机溶剂的残留。其次，通过机械研磨得到了超细粉末，同时机械化学提取是基于官能团反应的提取，因此提取的选择性大大提高，从而使提取率和腐殖酸含量得到了显著提高。另外，与传统方法相比，机械化学提取工艺简单、操作方便、固相试剂用量少、生产周期短。目前还未见机械化学技术提取腐殖酸的相关报道。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种从低阶煤中高效提取腐殖酸的方法，该方法简单易行，能够获得高提取率腐殖酸。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种腐殖酸的高效提取方法，所述方法包括以下步骤：

1)将富含腐殖酸的原料干燥后，与固相碱试剂混合，获得混合原料；所述固相碱试剂为下列一种或两种以上的任意比例混合：氢氧化钠、氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、硅酸钠、磷酸氢二钠或磷酸氢二钾；

2)将混合原料研磨至D90为100～300μm，然后加水搅拌充分混匀，离心，取上清液，调节pH值至1.5±0.5，静置后过滤，取滤饼干燥，得到腐殖酸。

进一步，步骤1)所述固相碱试剂优选为下列之一：碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾或硅酸钠。

进一步，步骤1)所述原料与固相碱试剂的质量比为1∶0.1～2，优选为1∶1～1.5。

进一步，所述原料为褐煤。

进一步，步骤2)优选所述D90为180～240μm。

进一步，步骤2)加水量为原料质量的5～100倍，优选加水量为质量的40～80倍。

进一步，步骤2)用酸来调节pH值，所述酸为下列一种或两种以上的任意比例混合：盐酸、硫酸、醋酸或磷酸；所述盐酸的浓度优选为6mol/L，所述硫酸的浓度优选为10mol/L，所述醋酸和磷酸为分析纯；所述调节pH值至1.0-1.5。

进一步，步骤2)所述离心条件为3000-5000rpm；干燥条件为60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％。

进一步，步骤2)所述的研磨为球磨，以2000rpm的转速球磨15～45min。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：(1)本发明提取过程中无需使用有机溶剂，革除了传统方法中有机溶剂对环境造成的污染，且产品中无有机溶剂残留；(2)直接提取分离得到腐殖酸，步骤简单，产品提取率及含量高，生产周期短，成本低；(3)室温条件下，选用弱碱提取，对设备的腐蚀性小，废液主要是中性盐溶液和无机酸，无机酸可回收套用，盐溶液经处理后可排放，对环境影响很小。本发明采用机械化学技术提取和分离腐殖酸，是一种选择性好、快速、高效的提取分离技术。

综上，本发明具有环境友好，产品提取率高，工艺简单，生产周期短，成本低等优点，是一种具有较好推广应用前景的提取和分离腐殖酸的方法。

(四)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

所述褐煤含碳量在60％-77％之间，市购。

实施例1

干燥褐煤100g，与碳酸氢钠按质量比1：1.2混合，获得混合原料；将混合原料以2000rpm的转速球磨15～45min，使所得粉末D90(粒度分析仪检测)为300μm，然后加入质量为干燥褐煤质量10倍的水，充分搅拌混匀后，3000rpm离心，取上清液，加入6mol/L盐酸调节pH值至1.5，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(腐殖酸含量测定方法为现行的NY/T 1971-2010号方法)35.6g，得率为35.6％。产物得率(％)＝(腐殖酸质量÷原料质量)×100％。

实施例2

干燥褐煤100g，与碳酸钠按质量比1：0.5混合，获得混合原料；将混合原料以2000rpm的转速球磨15～45min，使所得粉末D90为200μm，然后加入质量为褐煤质量20倍的水，充分搅拌后，4000rpm离心，取上清液，加入10mol/L硫酸调节pH值至1.0，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(鉴定方法同实施例1)39.4g，得率为39.4％。

实施例3

干燥褐煤100g，与磷酸氢二钠按质量比1∶1混合，获得混合原料；将混合原料以2000rpm的转速球磨15～45min，使所得粉末D90为150μm，然后加入质量为褐煤质量40倍的水，充分搅拌后，4000rpm离心，取上清液，加入磷酸调节pH值至1.0，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(鉴定方法同实施例1)34.8g，得率为34.8％。

实施例4

干燥褐煤100g，与碳酸钾按质量比1∶1.5混合，获得混合原料；将混合原料以2000rpm的转速球磨15～45min，使所得粉末D90为150μm，然后加入质量为褐煤质量60倍的水，充分搅拌后，5000rpm离心，取上清液，加入磷酸调节pH值至1.5，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(鉴定方法同实施例1)36.6g，得率为36.6％。

实施例5

干燥褐煤100g，与碳酸氢钾按质量比1∶2混合，获得混合原料；将混合原料以2000rpm的转速球磨15～45min，使所得粉末D90为100μm，然后加入质量为褐煤质量60倍的水，充分搅拌后，4000rpm离心，取上清液，加入醋酸调节pH值至1.5，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(鉴定方法同实施例1)33.6g，得率为33.6％。

实施例6

干燥褐煤100g，与氢氧化钠按质量比1∶0.5混合，获得混合原料；将混合原料以2000rpm的转速球磨15～45min，使所得粉末D90为200μm，然后加入质量为褐煤质量50倍的水，充分搅拌后，3000rpm离心，取上清液，加入6mol/L盐酸调节pH值至1.0，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(鉴定方法同实施例1)40.4g，得率为40.4％。

对比例1

干燥褐煤100g，与氢氧化钠按质量比1∶0.5混合，然后加入质量为褐煤质量50倍的水，充分搅拌后，室温反应2小时。反应结束后，3000rpm离心，取上清液，加入6mol/L盐酸调节pH值至1.0，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(鉴定方法同实施例1)28.1g，得率为28.1％。

对比例2

干燥褐煤100g，与碳酸氢钾按质量比1∶1混合，然后加入质量为褐煤质量50倍的水，充分搅拌后，室温反应2小时。反应结束后，3000rpm离心，取上清液，加入磷酸调节pH值至1.5，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(鉴定方法同实施例1)30.3g，得率为30.3％。

对比例3

干燥褐煤100g，与碳酸钾按质量比1∶0.5混合，然后加入质量为褐煤质量40倍的水，充分搅拌后，室温反应2小时。反应结束后，3000rpm离心，取上清液，加入10mol/L硫酸调节pH值至1.0，静置后过滤，取滤饼60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％，得到腐殖酸(鉴定方法同实施例1)29.7g，得率为29.7％。

表1、不同实施例腐殖酸提取率比较

由表1数据显示，本发明利用机械化学技术从低阶煤中提取分离腐殖酸的方法比传统的腐殖酸生产方法提取率16％-43％，具有显著的技术进步。

Claims (9)

1.一种腐殖酸的高效提取方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)将富含腐殖酸的原料干燥后，与固相碱试剂混合，获得混合原料；所述固相碱试剂为下列一种或两种以上的任意比例混合：氢氧化钠、氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、硅酸钠、磷酸氢二钠或磷酸氢二钾；

2)将混合原料研磨至D90为100～300μm，然后加水搅拌充分混匀，离心，取上清液，调节pH值至1.5±0.5，静置后过滤，取滤饼干燥，得到腐殖酸。

2.如权利要求1所述腐殖酸的高效提取方法，其特征在于步骤1)所述固相碱试剂为下列之一：碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾或硅酸钠。

3.如权利要求1所述腐殖酸的提取方法，其特征在于步骤1)所述原料与固相碱试剂的质量比为1∶0.1～2。

4.如权利要求1所述腐殖酸的高效提取方法，其特征在于步骤1)所述原料为褐煤。

5.如权利要求1所述腐殖酸的高效提取方法，其特征在于步骤2)所述D90为180～240μm。

6.如权利要求1所述腐殖酸的高效提取方法，其特征在于步骤2)加水量为原料质量的5～100倍。

7.如权利要求1所述腐殖酸的高效提取方法，其特征在于步骤2)用酸来调节pH值，所述酸为下列一种或两种以上的任意比例混合：盐酸、硫酸、醋酸或磷酸。

8.如权利要求7所述腐殖酸的高效提取方法，其特征在于所述盐酸的浓度为6mol/L，所述硫酸的浓度为10mol/L。

9.如权利要求1所述腐殖酸的高效提取方法，其特征在于步骤2)所述离心条件为3000-5000rpm；干燥条件为60℃真空干燥至含水质量百分比低于0.02％。