褐煤中腐殖酸的提取工藝研究*

呂　豐，陳　麗，羅桂林，高　雪

(寧夏理工學(xué)院-文理學(xué)院，寧夏　石嘴山　753000)

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褐煤中腐殖酸的提取工藝研究*

呂豐，陳麗，羅桂林，高雪

(寧夏理工學(xué)院-文理學(xué)院，寧夏石嘴山753000)

以寧夏石嘴山市褐煤為原料，通過堿溶法提取和紫外分光光度法測(cè)定相結(jié)合的方式研究褐煤中腐殖酸的提取工藝。對(duì)氫氧化鈉濃度、浸提時(shí)間、固液比和提取溫度等進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)及正交實(shí)驗(yàn)，確定了最佳提取工藝為浸提溫度80 ℃、固液比1:20、浸提時(shí)間1.5 h、氫氧化鈉濃度10%，在此條件下，腐殖酸提取量為0.4723 mg/g。

褐煤；腐殖酸；提取；紫外分光光度計(jì)法

腐殖酸是一種天然有機(jī)大分子芳香羧酸混合物，形成于植物遺體腐敗過程，在土壤、泥炭、褐煤中含量居多，由于其具有酸性、離子交換能力、生物活性等性質(zhì)而廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)及化工生產(chǎn)領(lǐng)域[1]。

目前腐殖酸的提取方法主要有堿溶法、酸溶法和微生物溶解法[3-10]，但腐殖酸均須以固體形式進(jìn)行定量，實(shí)驗(yàn)過程冗長(zhǎng)，試劑消耗量大，而且定量過程需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算。在貫徹綠色發(fā)展理念和供給側(cè)改革的新形勢(shì)下，降低實(shí)驗(yàn)成本、提升科研效率的要求越發(fā)凸顯。為此，我們?cè)趥鹘y(tǒng)堿熔法的基礎(chǔ)上結(jié)合紫外分光光度計(jì)法[2]對(duì)褐煤中的腐殖酸提取工藝進(jìn)行了全面研究，并確定了褐煤中腐殖酸的最佳提取條件。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1主要原料、試劑及儀器設(shè)備

褐煤由寧夏石嘴山市大武口區(qū)提供。

氫氧化鈉、蒸餾水等，均為分析純。

101-3型電鼓風(fēng)干燥箱；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式真空泵；紫外分光光度計(jì)；DF-101Z集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；電子天平。

1.2腐殖酸儲(chǔ)備液的制備

準(zhǔn)確稱取1.0000 g腐殖酸標(biāo)樣，用20%氫氧化鈉溶液完全溶解，定容到100 mL,即配得質(zhì)量濃度為1×104mg/L的腐殖酸儲(chǔ)備液。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1檢測(cè)波長(zhǎng)的選擇

用紫外分光光度計(jì)初步對(duì)1×104mg/L的腐殖酸儲(chǔ)備液進(jìn)行250～700 nm的全波段掃描，經(jīng)篩選數(shù)據(jù)，確定最終掃描波段為330 nm。

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

圖1　標(biāo)準(zhǔn)曲線

取1 mL 1×104mg/L的腐殖酸儲(chǔ)備液用20%氫氧化鈉溶液定容于100 mL，即得質(zhì)量濃度為100 mg/L的腐殖酸工作溶液，同理依次配制質(zhì)量濃度為10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L的腐殖酸工作溶液，分別測(cè)定吸光度，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，得線性回歸方程為：A=-0.03049+0.01049C，R2=0.99967(圖1)。

根據(jù)所得標(biāo)準(zhǔn)曲線，在單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)中，只需測(cè)試每個(gè)樣品的吸光度，再結(jié)合樣品體積即可計(jì)算出腐殖酸的提取量。

1.3.3單因素實(shí)驗(yàn)

(1) 固液比對(duì)腐殖酸提取量的影響

準(zhǔn)確稱取5.00 g的褐煤5份，分別用固液比為1:5、1:10、1:20、1:30、1:40的20%的氫氧化鈉溶液侵泡24 h，然后在100 ℃的條件下加熱攪拌1 h，冷卻靜置24 h減壓過濾收集濾液后取1 mL溶液定容于50 mL容量瓶，分別測(cè)量吸光度，分析固液比對(duì)腐殖酸提取量的影響。

表1　固液比對(duì)腐殖酸提取量的影響

(2)氫氧化鈉濃度對(duì)腐殖酸提取量的影響

準(zhǔn)確稱取5.00 g的褐煤3份，分別50 mL濃度為10%、20%、30%的氫氧化鈉溶液侵泡24 h后，100 ℃的條件下加熱攪拌1 h提取總腐殖酸，冷卻靜置24 h減壓過濾收集濾液后取1 mL溶液定容于50 mL容量瓶，分別測(cè)量吸光度，分析氫氧化鈉濃度對(duì)腐殖酸提取量的影響。

表2　氫氧化鈉濃度對(duì)腐殖酸提取量的影響

(3) 浸提溫度對(duì)腐殖酸提取量的影響

表3　浸提溫度對(duì)腐殖酸提取量的影響

準(zhǔn)確稱取5.00 g的褐煤5份，分別用50 mL濃度為20%氫氧化鈉溶液侵泡24 h后，分別以溫度為常溫、40 ℃、60 ℃、80 ℃、和100 ℃的條件下加熱攪拌1 h提取總腐殖酸，冷卻靜置24 h減壓過濾收集濾液后取1 mL溶液定容于50 mL容量瓶，分別測(cè)量吸光度，分析浸提溫度對(duì)腐殖酸提取量的影響。

(4) 浸提時(shí)間對(duì)腐殖酸提取量的影響

準(zhǔn)確稱取5.00 g的褐煤5份，分別裝入已標(biāo)好的5個(gè)燒杯中，用50 mL濃度為20%氫氧化鈉溶液侵泡24 h后，分別以時(shí)間為0.5 h、1 h、2 h、4 h、6 h的條件下加熱攪拌1 h提取總腐殖酸，冷卻靜置24 h減壓過濾收集濾液后取1 mL溶液定容于50 mL容量瓶，分別測(cè)量吸光度，分析浸提時(shí)間對(duì)腐殖酸提取量的影響。

表4　浸提時(shí)間對(duì)腐殖酸提取量的影響

經(jīng)單因素實(shí)驗(yàn)可得：固液比為1:20時(shí)，腐殖酸提取量最高，因此將固液比定為1:20，分別進(jìn)行氫氧化鈉濃度、浸提溫度、浸提時(shí)間等條件的篩選，最終得到氫氧化鈉濃度為10%、浸提溫度為80 ℃、浸提時(shí)間為2 h時(shí)，腐殖酸提取量最大。

1.3.4正交實(shí)驗(yàn)

表5　正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

表6　正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

由于反應(yīng)時(shí)間、固液比、氫氧化鈉濃度和溫度4因素均對(duì)褐煤總腐殖酸的提取量有影響，為了全面研究4個(gè)因素對(duì)腐殖酸提取的影響，根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以腐殖酸的提取量為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表5，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

2　結(jié)　論

綜合以上數(shù)據(jù)，確定了褐煤總腐殖酸提取工藝的最佳條件：浸提溫度為80 ℃、固液比為1:20、浸提時(shí)間1.5 h、氫氧化鈉濃度為10%。

[1]李威,鄒立壯,朱書全.近十年腐殖酸應(yīng)用研究綜述[J].腐殖酸,2006,30(3):3-8.

[2]袁斌,呂松,張衛(wèi)紅.紫外分光光度法測(cè)定水中微量腐殖酸的研究[J].工業(yè)水處理,2010,30(4):75-76.

[3]王亞軍,王威,陳國華,等.準(zhǔn)格爾旗風(fēng)化煤中提取腐殖酸的工藝研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010(11):3-5.

[4]萬收紅.容量法測(cè)定腐殖酸含量[J].有色金屬分析通訊,2001(4):9-10.

[5]焦立為.重量法測(cè)定黃腐酸含量[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè),2004,42(5):297.

[6]柳麗勤,陽衛(wèi)軍.腐殖酸微生物溶解研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化,1997,20(1):71-76.

[7]牛育華,李仲謹(jǐn),余麗麗,等.從泥炭中提取腐殖酸的工藝及其結(jié)構(gòu)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(35): 17823-17825.

[8]徐東耀,徐小方,王巖,等.提取褐煤中腐殖酸的新方法[J].煤炭加工與綜合利用,2007(2):29-32.

[9]朱海軍,廖家莉,張東,等.土壤腐殖酸的提取及其對(duì)U(VI)的吸收[J].原子能科學(xué)技術(shù),2007,41(6):683-688.

[10]趙維民.新疆地區(qū)風(fēng)化煤中各種腐殖酸含量的分析[J].新疆化工,2000(3):40-41.

Study on Extraction of Humic Acid from Lignite*

LVFeng,CHENLi,LUOGui-lin,GAOXue

(School of Humanities & Sciences, Ningxia Institute of Science & Technology, Ningxia Shizuishan 753000, China)

The extraction technology combined UV spectrophotometry and alkaline lysis of humic acid from lignite of Ningxia Shizuishan was investigated. The influence factors on extraction rate of humic acid were studied by single factor test and orthogonal test, the concentration of sodium hydroxide, extraction time, solid-liquid ratio and extraction temperature. The optimum extraction conditions was determined as follows: temperature was 80 ℃, solid-liquid ratio was 1:20, extraction time was 1.5 h and the concentration of sodium hydroxide was 10%. With this extraction conditions, the extraction amount of humic acid was 0.4723 mg/g.

lignite; humic acid; extraction; UV spectrophotometry

國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(No.201512544002)。

呂豐(1992-),男，主要從事煤基化學(xué)品研究。

陳麗(1988-)，女，碩士，主要研究精細(xì)化學(xué)品功能化研究。

TQ53

A

1001-9677(2016)012-0065-03