淺談腐植酸的應(yīng)用及提取工藝

蘇曉云

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730060）

腐植酸作為一類有機(jī)質(zhì)，它是地球表面多種微生物在動(dòng)植物的遺骸上經(jīng)過(guò)多次的生物及化學(xué)過(guò)程而生成的物質(zhì)；它的儲(chǔ)存總量很大，目前為止可達(dá)萬(wàn)億噸；地球上腐植酸資源非常豐富，如人們常見的土壤中、河海里、煤礦中都蘊(yùn)藏著各種形式的腐植酸。它涉及礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化積累、含碳物質(zhì)在自然界的循環(huán)等多個(gè)方面，同時(shí)由于它的廣泛存在，所以對(duì)環(huán)境有很大的影響[1]。

目前，腐植酸的分類沒有硬性的規(guī)定，其詳細(xì)分類見表1。

表1 腐植酸常見的分類

1 腐植酸的性質(zhì)

腐植酸中含有碳、氫、氮、硫等多種元素；對(duì)不同來(lái)源的腐植酸，其主要元素碳、氧的含量是不盡相同的，但一般不會(huì)有特別大的差距，腐植酸的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)式仍存在爭(zhēng)論，是研究的熱點(diǎn)；但研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸中存在多種官能團(tuán)如酚羥基、醇羥基、磺酸基、羥基、羰基、甲氧基等；這些官能團(tuán)決定著腐植酸的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)[2]。

2 腐植酸的用途

自然界存在大量的腐植酸，如何利用這部分資源就成為了人們所關(guān)注的重點(diǎn)。目前為止，腐植酸及其系列產(chǎn)品在工、農(nóng)、醫(yī)藥和環(huán)保等各個(gè)方面都有較廣泛的應(yīng)用。

2.1 腐植酸在農(nóng)業(yè)中的用途

2.1.1 改良土壤

土壤中加入腐植酸及腐植酸肥料，能夠改變土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)滲透水的作用力、增大儲(chǔ)存水的能力、增加透氣性，同時(shí)使土壤容易耕種，除此之外，還可以改變土壤的酸堿性，主要是通過(guò)增加營(yíng)養(yǎng)元素，達(dá)到保存土壤中的農(nóng)作物所需養(yǎng)料的目的[3]。

2.1.2 增加肥料肥效

研究表明，將少量的腐植酸或腐植酸類物質(zhì)加入化肥中，可以不同程度地增加化肥的肥效，尤其是在含有磷、氮、鉀及微量元素化肥中加入腐植酸或腐植酸類物質(zhì)，肥效提高明顯。

2.1.3 促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)

研究表明，一定濃度的腐植酸及其鹽溶液，通過(guò)多種方式作用在不同生育階段的農(nóng)作物。例如，浸泡種子、在作物根部施肥、對(duì)作物進(jìn)行噴灑等；對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)都有很好的促進(jìn)作用，促使農(nóng)作物成熟期提早，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善農(nóng)作物質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)作物早期種子萌芽及營(yíng)養(yǎng)體的生長(zhǎng)。

2.1.4 促進(jìn)農(nóng)作物新陳代謝過(guò)程

腐植酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有醇羥基、磺酸基、羥基等多種活性官能團(tuán)，這些官能團(tuán)能增加農(nóng)作物體內(nèi)多種酶的活性，可提高農(nóng)作物光合作用的能力，對(duì)農(nóng)作物體內(nèi)的能量及物質(zhì)合成、積累、運(yùn)輸都有利。

2.1.5 強(qiáng)化農(nóng)作物的抗逆性

大量研究表明，腐植酸及腐植酸的衍生物對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境可起到改善的作用。尤其是農(nóng)作物在較差環(huán)境條件下，腐植酸及腐植酸的衍生物能增強(qiáng)農(nóng)作物的抵抗惡劣環(huán)境生長(zhǎng)的能力。

2.2 腐植酸可做藥物

腐植酸在臨床應(yīng)用方面不論是作為治療藥物的主要藥效成分進(jìn)行直接治療，還是作為藥物有效成分的穩(wěn)定劑、增效劑和緩釋劑，均是一個(gè)十分有開發(fā)應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前途的醫(yī)藥新領(lǐng)域。有研究表明，腐植酸的提取物作為藥物有收斂、吸附、抗菌、止血等作用。通過(guò)臨床試驗(yàn)，腐植酸鈉對(duì)消除皮炎、濕疹、挫傷、燒燙傷等的作用很明顯。

2.3 腐植酸在工業(yè)上的作用

（1）腐植酸在鉆井中的作用。由于腐植酸酸性比常見酸的酸性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)中酸性基團(tuán)遇到鈣不容易鈣化，可用來(lái)處理泥漿。

（2）腐植酸對(duì)蓄電池的電極作用。腐植酸填充在蓄電池的鉛電極中，具有避免作用物質(zhì)硬化和失去多孔性，防止電極板產(chǎn)生裂縫，提高電池低溫啟動(dòng)速度，延長(zhǎng)電池的放電時(shí)間等作用。

（3）腐植酸在環(huán)保中的作用。腐植酸作為交換劑，其具有除去雜質(zhì)離子效率高，且操作工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)有色污染化合物的處理效果明顯。

3 腐植酸的提取工藝

腐植酸在工、農(nóng)業(yè)及其他方面的應(yīng)用，說(shuō)明腐植酸具有很高的研究及利用價(jià)值。那么，從自然界中提取腐植酸就成為了腐植酸應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。在我國(guó)，煤是腐植酸的主要來(lái)源之一，它主要分布于褐煤、泥炭、風(fēng)化煤中。因此，我國(guó)腐植酸提取工藝的研究主要是煤質(zhì)腐植酸。

目前，主要有酸抽提劑法、堿抽提劑法、有機(jī)溶劑抽提法和微生物溶解法4種腐植酸提取和分離的方法。前3種方法為化學(xué)提取方法，在處理過(guò)程中要用到一些對(duì)環(huán)境有污染的化學(xué)試劑。微生物溶解法具有可清潔轉(zhuǎn)化腐植酸、腐植酸產(chǎn)品生物化學(xué)活性高、反應(yīng)條件比較溫和的優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)又具有生產(chǎn)周期長(zhǎng)，腐植酸產(chǎn)品產(chǎn)率低，且微生物容易發(fā)生變異失效的缺點(diǎn)。

從興順使用山東龍口洼里褐煤作為腐植酸生產(chǎn)原料，同時(shí)研究多種預(yù)處理方法如硝酸氧解、空氣氧解、超聲波酸對(duì)酸提取劑法的影響；得到山東龍口洼里褐煤提取腐植酸的最佳工藝條件:1%NaOH為抽提劑，煤樣與硝酸的固液比為1∶3，硝酸濃度為1.5 mo/L，提取率達(dá)39.3%；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)超聲波的預(yù)處理方法可減少提取劑硝酸的用量，從而降低提取劑的環(huán)境污染[4]。

郝雪松等用黑河褐煤為原料，研究可能影響提取腐植酸鈉的因素，得出影響提取率的主要因素；同時(shí)優(yōu)化腐植酸提取工藝條件：反應(yīng)溫度50℃；液固比3∶1；反應(yīng)時(shí)間40 min；硝酸濃度3 mol/L，在這種條件下，總腐植酸提取率達(dá)到77.68%[5]。

王亞軍等研究?jī)?nèi)蒙古某地風(fēng)化煤提取腐植酸的工藝條件；研究了多種因素如提取溫度、提取固液比、提取所用時(shí)間、配制混合提取液對(duì)腐植酸提取率的影響。在優(yōu)化條件下，腐植酸的提取率可達(dá)到60%[6]。

由于存在地域差異性，腐植酸的提取工藝也會(huì)有所不同。同時(shí)，我國(guó)的煤炭資源又比較豐富，所以腐植酸的提取工藝也不盡相同，有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)是世界上的煤炭大國(guó)，其中，低階煤像風(fēng)化煤、泥炭和褐煤含有豐富的腐植酸資源，但遺憾的是，在我國(guó)很多地方大部分低階煤都嚴(yán)重被浪費(fèi)掉，如果我們能夠重視這部分資源的利用，那么，我國(guó)的煤炭資源行業(yè)發(fā)展就會(huì)開啟新的篇章，同時(shí)腐植酸的發(fā)展也將大步向前。

[1]張彩鳳.煤基酸與農(nóng)藥相互作用機(jī)理的研究.中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所.2001，24.

[2]Butuzova L krzton A，Bazarova O.Structure and properties of humic acid obtained from.Thermo-oxidized brown coal.Fuel，1998，77（6）.

[3]張學(xué)才等.我國(guó)的腐植酸資源及其工農(nóng)業(yè)應(yīng)用.中國(guó)煤炭，2000，2（12）.

[4]從興順.從洼里褐煤中提取腐植酸的綠色工藝研究.山東化工，2010，39（5）.

[5]郝雪松等.從黑河褐煤中提取腐植酸鈉工藝的研究，化工時(shí)刊，2011，25（7）.

[6]王亞軍等.準(zhǔn)格爾旗風(fēng)化煤中提取腐植酸的工藝研究，2011，11.