活化条件对木本泥炭中腐植酸提取效果的影响

潘 慧 傅 欣 赵世军 李健鹏 谭 钧

（香港中向国际有限公司 北京 100004）

活化条件对木本泥炭中腐植酸提取效果的影响

潘 慧 傅 欣 赵世军 李健鹏 谭 钧*

（香港中向国际有限公司 北京 100004）

以木本泥炭为原料，研究了活化剂用量、水量、反应温度、反应时间对腐植酸提取效果的影响。结果表明，在一定范围内随着活化剂用量的增大、水量的增大、反应温度的升高、反应时间的延长，提取率也随之上升；其中活化剂用量和水的用量对提取效果影响相对较大。实验筛选出泥炭和活化剂的最优比例为1∶0.16，泥炭和水的最优比例为1∶8。

木本泥炭 腐植酸 活化 提取率

目前，商品化开发利用的腐植酸主要是矿物来源的，其主要原料为泥炭、褐煤和风化煤[1]。泥炭是沼泽中死亡植物残体转化积累形成的有机矿产资源[2]。腐植酸的研究与开发利用所采用的泥炭原料主要是草本泥炭[3]，以木本泥炭为原料的研究与应用鲜有报道。本实验中采用的原料属高分解、低灰分、高腐植酸含量的木本泥炭（残体组成主要为木本残体），而且木质-纤维物质在氧化剂（硝酸、臭氧、空气氧、高锰酸钾、过氧化氢、过硫酸盐等）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质和化学深加工性能，其在农业领域有非常广泛的应用前景。本文旨在对不同的活化剂用量、反应温度、反应时间以及水量对腐植酸提取率的影响进行研究，筛选出从木本泥炭中提取腐植酸的最优条件，以期为采用木本泥炭为原料生产腐植酸盐提供依据。

1 材料与方法

1.1供试材料

实验中供试木本泥炭产自印度尼西亚露天木本泥炭矿，该矿区资源储量丰富、地质构造简单、矿体规模较大、形态特征明显、矿层埋藏浅、矿层厚度发育和泥炭物化指标稳定。全区泥炭有机质平均含量89.02%；总腐植酸平均含量53.96%，部分区域总腐植酸含量达75.00%；游离腐植酸平均含量53.48%；黄腐酸平均含量4.74%；重金属含量很低，砷、铅、铬、镉、汞平均含量分别为0.6087 mg/kg、4.9305 mg/kg、3.3485 mg/kg、0.1732 mg/kg、0.0401 mg/kg。本实验中所选用的木本泥炭原料各指标见表1。表中数据均采用李善祥[5]所著《腐植酸产品分析及标准》中的相关方法进行测定和分析。

本文中所采用的活化剂是自行开发的，是在传统提取剂氢氧化钾的基础上添加磺化剂和氧化剂等复配而成。

表1　供试木本泥炭基本性质Tab.1 The basic properties of selected woody peat

1.2实验方法

称取一定量过40目筛的木本泥炭原料于反应器中，按照不同的质量比依次加入水、活化剂等，然后在一定温度下搅拌，反应10～60 min后，离心分离，分别对上清液和残渣进行分析。按此方法探索提取腐植酸的最优条件。

按腐植酸产品相关质量标准，对产物有机质、水溶腐植酸、水不溶物及pH值等进行测定[5]。

1.3数据分析

优化条件以提取率作为考察指标，提取率的计算方法如下：

实验所得数据采用Excel 2007软件进行数据分析，采用OriginPro 8 SR3软件进行作图。

2 结果与分析

2.1反应时间的优化

固定其他反应条件（根据前期的探索性实验所得，反应温度：90 ℃，水:泥炭:活化剂为8:1:0.16），研究不同反应时间对木本泥炭中腐植酸提取率的影响（图1）。可以看出，木本泥炭中腐植酸的提取率随反应时间的延长有小幅提升，反应时间为50 min时达到最大值55.79%，因此在后续实验中选取反应时间为50 min来对其他活化条件进行优化。

2.2活化剂用量的优化

将反应时间设定为50 min，反应温度和用水量不变的情况下对活化剂用量进行优化，设定泥炭:活化剂分别为1:0.12、1:0.14、1:0.16和1:0.18四个添加比例，同样以提取率为测定指标，结果如图2所示。可以看出，提取率随着活化剂用量的增大而显著提高，但在1:0.16以后提升幅度趋缓。实验发现，活化剂用量太大时影响产物固液分离效果，导致产品水不溶物含量提高，影响产品质量。因此，活化剂用量选取1:0.16比较合适。

2.3反应温度的优化

在选定反应时间50 min，泥炭:活化剂=1:0.16的条件下，以提取率为测定指标对反应温度进行优化，见图3。可以看出，提取率随着反应温度的升高而增加，在90 ℃时达到最大值，为56.79%。因此，选取反应温度为90 ℃进行后续实验。

2.4水量的优化

在选定反应时间50 m i n，泥炭:活化剂= 1:0.16，反应温度为90 ℃的条件下，对水的用量进行优化，分别对泥炭:水=1:9、1:8、1:7、1:6四个比例进行研究，以提取率为测定指标，结果见图4。可以看出，提取率随着用水量的增加而升高。水量较小时，固液分离效果不好，影响产品质量；水量增大时，提取率随之增加，但在干燥得到固体产品的过程中需要蒸发的水量也相应增加，能耗也增加，因此综合考虑泥炭与水的比例为1:8时较好。

2.5产物分析

根据以上实验结果可知，从木本泥炭中提取腐植酸的最优条件为：反应时间50 min，反应温度90 ℃，水:泥炭:活化剂=8:1:0.16。采用该条件进行反应，结束后离心分离，分别将上清液和残渣干燥后进行分析（上清液干燥后所得的固体即为腐植酸盐），结果见表2。表中数据显示，腐植酸盐中有机质（干基）、水溶腐植酸（干基）含量均接近80%；水不溶物含量极低，为0.53%；pH为10.14；残渣的有机质（干基）含量高达80%以上，水溶腐植酸（干基）含量为23%左右，pH为9.59。可见，此条件下获得的腐植酸盐是优质的腐植酸产品，所得的残渣也是生产有机-无机复混肥和土壤调理剂的理想原料。

表2　产物分析结果Tab.2 Analysis results of the products

3 结论

本研究表明，不同活化条件对木本泥炭中腐植酸的提取效果影响不同，其中反应时间的影响相对较小，反应时间从10 min延长到60 min，提取率仅仅从51.39%提高到55.17%，提高幅度不到4%。反应温度与提取率呈正相关，但相应能耗也高，所以应在实际应用过程中选取一个合适的反应温度。对提取率影响比较大的因素是活化剂和水的用量，而且这2个因素也直接影响产品质量和成本。本文中所采用的活化剂与传统提取剂氢氧化钾相比，不仅提高了腐植酸提取率，还降低了生产成本。就本研究而言，从木本泥炭中提取腐植酸的最优的条件为泥炭:活化剂=1:0.16，泥炭:水=1:8，在实际生产过程中还需要综合考虑原料的成本、能耗等诸多因素，以确定最佳的反应条件。

影响腐植酸提取率的因素较多，如pH值、原料的细度、活化剂的种类、活化剂的用量、水的用量、搅拌方式及强度、反应温度和时间等。本文中研究了4个因素（反应时间、反应温度、活化剂用量以及水用量）对腐植酸提取率的影响。今后还需针对原料细度、活化剂种类等方面做进一步研究，为采用木本泥炭为原料进行工业化生产含腐植酸肥料提供依据。

[1]成绍鑫 编. 腐植酸类物质概论[M]. 北京：化学工业出版社，2007

[2]张则有，曹圉. 我国热带泥炭资源类型及开发[J]. 热带地理，1993，（3）：258～265

[3]张则友，赵红艳. 21世纪泥炭及其腐植酸开发技术与市场分析[J]. 腐植酸，2000，（3）：1～9，19

[4]曾宪成，成绍鑫. 腐植酸的主要类别[J]. 腐植酸，2002，（2）：4～6

[5]李善祥. 腐植酸产品分析及标准[M]. 北京：化学工业出版社，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，硕士，主要从事新型肥料研发、肥料应用技术研究。*通讯作者:谭钧，男，高级工程师，E-mail:tanjun1968@126.com。