褐煤中腐殖酸的提取工艺研究*

吕　丰，陈　丽，罗桂林，高　雪

(宁夏理工学院-文理学院，宁夏　石嘴山　753000)



褐煤中腐殖酸的提取工艺研究*

吕丰，陈丽，罗桂林，高雪

(宁夏理工学院-文理学院，宁夏石嘴山753000)

以宁夏石嘴山市褐煤为原料，通过碱溶法提取和紫外分光光度法测定相结合的方式研究褐煤中腐殖酸的提取工艺。对氢氧化钠浓度、浸提时间、固液比和提取温度等进行了单因素实验及正交实验，确定了最佳提取工艺为浸提温度80 ℃、固液比1:20、浸提时间1.5 h、氢氧化钠浓度10%，在此条件下，腐殖酸提取量为0.4723 mg/g。

褐煤；腐殖酸；提取；紫外分光光度计法

腐殖酸是一种天然有机大分子芳香羧酸混合物，形成于植物遗体腐败过程，在土壤、泥炭、褐煤中含量居多，由于其具有酸性、离子交换能力、生物活性等性质而广泛应用于农业及化工生产领域[1]。

目前腐殖酸的提取方法主要有碱溶法、酸溶法和微生物溶解法[3-10]，但腐殖酸均须以固体形式进行定量，实验过程冗长，试剂消耗量大，而且定量过程需要进行大量数据计算。在贯彻绿色发展理念和供给侧改革的新形势下，降低实验成本、提升科研效率的要求越发凸显。为此，我们在传统碱熔法的基础上结合紫外分光光度计法[2]对褐煤中的腐殖酸提取工艺进行了全面研究，并确定了褐煤中腐殖酸的最佳提取条件。

1　实　验

1.1主要原料、试剂及仪器设备

褐煤由宁夏石嘴山市大武口区提供。

氢氧化钠、蒸馏水等，均为分析纯。

101-3型电鼓风干燥箱；SHB-Ⅲ型循环水式真空泵；紫外分光光度计；DF-101Z集热式恒温加热磁力搅拌器；电子天平。

1.2腐殖酸储备液的制备

准确称取1.0000 g腐殖酸标样，用20%氢氧化钠溶液完全溶解，定容到100 mL,即配得质量浓度为1×104mg/L的腐殖酸储备液。

1.3实验方法

1.3.1检测波长的选择

用紫外分光光度计初步对1×104mg/L的腐殖酸储备液进行250～700 nm的全波段扫描，经筛选数据，确定最终扫描波段为330 nm。

1.3.2标准曲线的制作

图1　标准曲线

取1 mL 1×104mg/L的腐殖酸储备液用20%氢氧化钠溶液定容于100 mL，即得质量浓度为100 mg/L的腐殖酸工作溶液，同理依次配制质量浓度为10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L的腐殖酸工作溶液，分别测定吸光度，建立标准曲线，得线性回归方程为：A=-0.03049+0.01049C，R2=0.99967(图1)。

根据所得标准曲线，在单因素实验和正交实验中，只需测试每个样品的吸光度，再结合样品体积即可计算出腐殖酸的提取量。

1.3.3单因素实验

(1) 固液比对腐殖酸提取量的影响

准确称取5.00 g的褐煤5份，分别用固液比为1:5、1:10、1:20、1:30、1:40的20%的氢氧化钠溶液侵泡24 h，然后在100 ℃的条件下加热搅拌1 h，冷却静置24 h减压过滤收集滤液后取1 mL溶液定容于50 mL容量瓶，分别测量吸光度，分析固液比对腐殖酸提取量的影响。

表1　固液比对腐殖酸提取量的影响

(2)氢氧化钠浓度对腐殖酸提取量的影响

准确称取5.00 g的褐煤3份，分别50 mL浓度为10%、20%、30%的氢氧化钠溶液侵泡24 h后，100 ℃的条件下加热搅拌1 h提取总腐殖酸，冷却静置24 h减压过滤收集滤液后取1 mL溶液定容于50 mL容量瓶，分别测量吸光度，分析氢氧化钠浓度对腐殖酸提取量的影响。

表2　氢氧化钠浓度对腐殖酸提取量的影响

(3) 浸提温度对腐殖酸提取量的影响

表3　浸提温度对腐殖酸提取量的影响

准确称取5.00 g的褐煤5份，分别用50 mL浓度为20%氢氧化钠溶液侵泡24 h后，分别以温度为常温、40 ℃、60 ℃、80 ℃、和100 ℃的条件下加热搅拌1 h提取总腐殖酸，冷却静置24 h减压过滤收集滤液后取1 mL溶液定容于50 mL容量瓶，分别测量吸光度，分析浸提温度对腐殖酸提取量的影响。

(4) 浸提时间对腐殖酸提取量的影响

准确称取5.00 g的褐煤5份，分别装入已标好的5个烧杯中，用50 mL浓度为20%氢氧化钠溶液侵泡24 h后，分别以时间为0.5 h、1 h、2 h、4 h、6 h的条件下加热搅拌1 h提取总腐殖酸，冷却静置24 h减压过滤收集滤液后取1 mL溶液定容于50 mL容量瓶，分别测量吸光度，分析浸提时间对腐殖酸提取量的影响。

表4　浸提时间对腐殖酸提取量的影响

经单因素实验可得：固液比为1:20时，腐殖酸提取量最高，因此将固液比定为1:20，分别进行氢氧化钠浓度、浸提温度、浸提时间等条件的筛选，最终得到氢氧化钠浓度为10%、浸提温度为80 ℃、浸提时间为2 h时，腐殖酸提取量最大。

1.3.4正交实验

表5　正交实验设计表

表6　正交实验结果及数据处理

由于反应时间、固液比、氢氧化钠浓度和温度4因素均对褐煤总腐殖酸的提取量有影响，为了全面研究4个因素对腐殖酸提取的影响，根据单因素实验结果，以腐殖酸的提取量为考察指标，设计L9(34)正交试验，正交实验设计见表5，正交实验结果见表6。

2　结　论

综合以上数据，确定了褐煤总腐殖酸提取工艺的最佳条件：浸提温度为80 ℃、固液比为1:20、浸提时间1.5 h、氢氧化钠浓度为10%。

[1]李威,邹立壮,朱书全.近十年腐殖酸应用研究综述[J].腐殖酸,2006,30(3):3-8.

[2]袁斌,吕松,张卫红.紫外分光光度法测定水中微量腐殖酸的研究[J].工业水处理,2010,30(4):75-76.

[3]王亚军,王威,陈国华,等.准格尔旗风化煤中提取腐殖酸的工艺研究[J].内蒙古石油化工,2010(11):3-5.

[4]万收红.容量法测定腐殖酸含量[J].有色金属分析通讯,2001(4):9-10.

[5]焦立为.重量法测定黄腐酸含量[J].理化检验-化学分册,2004,42(5):297.

[6]柳丽勤,阳卫军.腐殖酸微生物溶解研究[J].煤炭转化,1997,20(1):71-76.

[7]牛育华,李仲谨,余丽丽,等.从泥炭中提取腐殖酸的工艺及其结构研究[J].安徽农业科学,2009,37(35): 17823-17825.

[8]徐东耀,徐小方,王岩,等.提取褐煤中腐殖酸的新方法[J].煤炭加工与综合利用,2007(2):29-32.

[9]朱海军,廖家莉,张东,等.土壤腐殖酸的提取及其对U(VI)的吸收[J].原子能科学技术,2007,41(6):683-688.

[10]赵维民.新疆地区风化煤中各种腐殖酸含量的分析[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

国家级大学生创新实验项目(No.201512544002)。

吕丰(1992-),男，主要从事煤基化学品研究。

陈丽(1988-)，女，硕士，主要研究精细化学品功能化研究。

TQ53

A

1001-9677(2016)012-0065-03