活化條件對木本泥炭中腐植酸提取效果的影響

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）

活化條件對木本泥炭中腐植酸提取效果的影響

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）

以木本泥炭為原料，研究了活化劑用量、水量、反應溫度、反應時間對腐植酸提取效果的影響。結果表明，在一定范圍內隨著活化劑用量的增大、水量的增大、反應溫度的升高、反應時間的延長，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。實驗篩選出泥炭和活化劑的最優比例為1∶0.16，泥炭和水的最優比例為1∶8。

木本泥炭 腐植酸 活化 提取率

目前，商品化開發利用的腐植酸主要是礦物來源的，其主要原料為泥炭、褐煤和風化煤[1]。泥炭是沼澤中死亡植物殘體轉化積累形成的有機礦產資源[2]。腐植酸的研究與開發利用所采用的泥炭原料主要是草本泥炭[3]，以木本泥炭為原料的研究與應用鮮有報道。本實驗中采用的原料屬高分解、低灰分、高腐植酸含量的木本泥炭（殘體組成主要為木本殘體），而且木質-纖維物質在氧化劑（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”[4]。基于木本泥炭所特有的理化性質和化學深加工性能，其在農業領域有非常廣泛的應用前景。本文旨在對不同的活化劑用量、反應溫度、反應時間以及水量對腐植酸提取率的影響進行研究，篩選出從木本泥炭中提取腐植酸的最優條件，以期為采用木本泥炭為原料生產腐植酸鹽提供依據。

1 材料與方法

1.1供試材料

實驗中供試木本泥炭產自印度尼西亞露天木本泥炭礦，該礦區資源儲量豐富、地質構造簡單、礦體規模較大、形態特征明顯、礦層埋藏淺、礦層厚度發育和泥炭物化指標穩定。全區泥炭有機質平均含量89.02%；總腐植酸平均含量53.96%，部分區域總腐植酸含量達75.00%；游離腐植酸平均含量53.48%；黃腐酸平均含量4.74%；重金屬含量很低，砷、鉛、鉻、鎘、汞平均含量分別為0.6087 mg/kg、4.9305 mg/kg、3.3485 mg/kg、0.1732 mg/kg、0.0401 mg/kg。本實驗中所選用的木本泥炭原料各指標見表1。表中數據均采用李善祥[5]所著《腐植酸產品分析及標準》中的相關方法進行測定和分析。

本文中所采用的活化劑是自行開發的，是在傳統提取劑氫氧化鉀的基礎上添加磺化劑和氧化劑等復配而成。

表1　供試木本泥炭基本性質Tab.1 The basic properties of selected woody peat

1.2實驗方法

稱取一定量過40目篩的木本泥炭原料于反應器中，按照不同的質量比依次加入水、活化劑等，然后在一定溫度下攪拌，反應10～60 min后，離心分離，分別對上清液和殘渣進行分析。按此方法探索提取腐植酸的最優條件。

按腐植酸產品相關質量標準，對產物有機質、水溶腐植酸、水不溶物及pH值等進行測定[5]。

1.3數據分析

優化條件以提取率作為考察指標，提取率的計算方法如下：

實驗所得數據采用Excel 2007軟件進行數據分析，采用OriginPro 8 SR3軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1反應時間的優化

固定其他反應條件（根據前期的探索性實驗所得，反應溫度：90 ℃，水:泥炭:活化劑為8:1:0.16），研究不同反應時間對木本泥炭中腐植酸提取率的影響（圖1）。可以看出，木本泥炭中腐植酸的提取率隨反應時間的延長有小幅提升，反應時間為50 min時達到最大值55.79%，因此在后續實驗中選取反應時間為50 min來對其他活化條件進行優化。

2.2活化劑用量的優化

將反應時間設定為50 min，反應溫度和用水量不變的情況下對活化劑用量進行優化，設定泥炭: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，同樣以提取率為測定指標，結果如圖2所示。可以看出，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。實驗發現，活化劑用量太大時影響產物固液分離效果，導致產品水不溶物含量提高，影響產品質量。因此，活化劑用量選取1:0.16比較合適。

2.3反應溫度的優化

在選定反應時間50 min，泥炭:活化劑=1:0.16的條件下，以提取率為測定指標對反應溫度進行優化，見圖3。可以看出，提取率隨著反應溫度的升高而增加，在90 ℃時達到最大值，為56.79%。因此，選取反應溫度為90 ℃進行后續實驗。

2.4水量的優化

在選定反應時間50 m i n，泥炭:活化劑= 1:0.16，反應溫度為90 ℃的條件下，對水的用量進行優化，分別對泥炭:水=1:9、1:8、1:7、1:6四個比例進行研究，以提取率為測定指標，結果見圖4。可以看出，提取率隨著用水量的增加而升高。水量較小時，固液分離效果不好，影響產品質量；水量增大時，提取率隨之增加，但在干燥得到固體產品的過程中需要蒸發的水量也相應增加，能耗也增加，因此綜合考慮泥炭與水的比例為1:8時較好。

2.5產物分析

根據以上實驗結果可知，從木本泥炭中提取腐植酸的最優條件為：反應時間50 min，反應溫度90 ℃，水:泥炭:活化劑=8:1:0.16。采用該條件進行反應，結束后離心分離，分別將上清液和殘渣干燥后進行分析（上清液干燥后所得的固體即為腐植酸鹽），結果見表2。表中數據顯示，腐植酸鹽中有機質（干基）、水溶腐植酸（干基）含量均接近80%；水不溶物含量極低，為0.53%；pH為10.14；殘渣的有機質（干基）含量高達80%以上，水溶腐植酸（干基）含量為23%左右，pH為9.59。可見，此條件下獲得的腐植酸鹽是優質的腐植酸產品，所得的殘渣也是生產有機-無機復混肥和土壤調理劑的理想原料。

表2　產物分析結果Tab.2 Analysis results of the products

3 結論

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，其中反應時間的影響相對較小，反應時間從10 min延長到60 min，提取率僅僅從51.39%提高到55.17%，提高幅度不到4%。反應溫度與提取率呈正相關，但相應能耗也高，所以應在實際應用過程中選取一個合適的反應溫度。對提取率影響比較大的因素是活化劑和水的用量，而且這2個因素也直接影響產品質量和成本。本文中所采用的活化劑與傳統提取劑氫氧化鉀相比，不僅提高了腐植酸提取率，還降低了生產成本。就本研究而言，從木本泥炭中提取腐植酸的最優的條件為泥炭:活化劑=1:0.16，泥炭:水=1:8，在實際生產過程中還需要綜合考慮原料的成本、能耗等諸多因素，以確定最佳的反應條件。

影響腐植酸提取率的因素較多，如pH值、原料的細度、活化劑的種類、活化劑的用量、水的用量、攪拌方式及強度、反應溫度和時間等。本文中研究了4個因素（反應時間、反應溫度、活化劑用量以及水用量）對腐植酸提取率的影響。今后還需針對原料細度、活化劑種類等方面做進一步研究，為采用木本泥炭為原料進行工業化生產含腐植酸肥料提供依據。

[1]成紹鑫 編. 腐植酸類物質概論[M]. 北京：化學工業出版社，2007

[2]張則有，曹圉. 我國熱帶泥炭資源類型及開發[J]. 熱帶地理，1993，（3）：258～265

[3]張則友，趙紅艷. 21世紀泥炭及其腐植酸開發技術與市場分析[J]. 腐植酸，2000，（3）：1～9，19

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

[5]李善祥. 腐植酸產品分析及標準[M]. 北京：化學工業出版社，2007

Effects of Activation Conditions on the Extraction of Humic Acid from Woody Peat

Pan Hui， Fu Xin， Zhao Shijun， Li Jianpeng， Tan Jun*
（View Sino International Co. Ltd.， Beijing， 100004）

The effects of activator and water dosage， reaction temperature and time on the extraction of humic acid from woody peat were studied. The results showed that the extraction rate rose with the increase of activator dosage， water dosage， reaction temperature and reaction time within a certain range. Moreover， the activator and water dosage had bigger effects than others. The experiment screened the optimized ratio of peat to activator was 1:0.16， and the optimized ratio of peat to water was 1:8.

woody peat； humic acid； activation； extraction rate

TQ314.1，S141.6

A

1671-9212（2016）01-0020-04

2015-09-21

潘慧，男，1984年生，碩士，主要從事新型肥料研發、肥料應用技術研究。*通訊作者:譚鈞，男，高級工程師，E-mail:tanjun1968@126.com。