热处理对腐植酸元素含量和热稳定性的影响

刘媛媛卜兆君*译

(1 俄罗斯托木斯克理工大学 托木斯克 634050

2 俄罗斯托木斯克州立大学 托木斯克 634050

3 东北师范大学地理科学学院 长春 130024)

热处理对腐植酸元素含量和热稳定性的影响

刘媛媛3卜兆君3*译

(1 俄罗斯托木斯克理工大学 托木斯克 634050

2 俄罗斯托木斯克州立大学 托木斯克 634050

3 东北师范大学地理科学学院 长春 130024)

检验了热泥炭改性对腐植酸元素含量和性质的影响。结果显示，不同分解程度的泥炭加热预处理后均导致元素含量变化；恰恰是加热预处理导致高分子苯化度的增加，从而导致热稳定性的增强。

泥炭 热处理 热稳定性 族组成 元素含量

腐植酸是土壤(泥炭)的重要组成部分，决定着土壤(泥炭)的性能特点。此外，腐植酸是很多种产品必不可缺的原材料，在许多行业(医药、农业、化妆品等)中均具有潜在的应用价值。腐植酸特定的性质、数量和质量直接决定了其在不同行业中的应用。

当前的研究提出了一个非常复杂的问题。当人们从不同类型的泥炭中提取腐植酸时，腐植酸基质中的有机和无机组分会有不同程度的改变，所获得的腐植酸在组分和性质上均有显著差异。所以，为了解决这个问题，学者们需要进行大量调查，来开发一种既可以调节腐植酸产量又可以监测它们组成和性质改变的方法，这项研究具有十分重要的实践和理论意义。

前期的合作研究显示，在本身分解气体保护下进行250 ℃泥炭热处理是提高泥炭腐植酸产量的方法。然而，所获得的数据不足以计算出加热预处理对从不同分解程度的泥炭样品中提取的腐植酸组分和性质的影响。对此，需要进行进一步的复杂研究，准确地确定腐植酸的元素组成，并基于所获得的计算特征来描绘腐植酸大分子的结构变化。

本研究的主要目的是调查热处理对不同泥炭样品中提取的腐植酸元素组成和性质的影响，并分析其热稳定性特征变化情况。

1 材料与方法

在本研究中，选择雨养型、过渡型和矿养型泥炭沼泽的中、低分解度(R：5%～45%)的泥炭，进行自然风干或热处理，过0.25 mm筛，从中提取获得所需要的腐植酸。研究所用的泥炭样品来自于俄罗斯托木斯克地区的瓦休干湿地。每个泥炭样品的代码如下：雨养型泥炭提取的腐植酸(HAh)，过渡型泥炭提取的腐植酸(HA m)，矿养型泥炭提取的腐植酸(HA l)。

泥炭有机质的元素含量(C、H、N、S+O)利用EUROEA3000自动元素分析仪进行测试。元素含量通过燃烧法进行测量，其具体操作为：称取1.5 mg样品放入含有1050 ℃惰性氦气的垂直反应器(氧化管)中，燃烧过程添加氧气(10 mL)；热裂解获得的产品随后在反应器的偏低位置利用氧化催化剂进行氧化，然后通过已充满氢气、在500 ℃下初步还原的铜还原区；氧化氮和硫的混合物分别被转换为氮气和二氧化硫。

使用气象色谱分离柱分离得到氮气、二氧化碳、水、二氧化硫，并使用热导检测器进行测定。所获得的平均值以干燥无灰分的腐植酸样品计算。

2 结果与分析

数据显示腐植酸元素含量随热处理条件的改变而变化。例如随着Н和O含量的降低，С和N元素含量增加(表1)。

表1 泥炭热处理对腐植酸元素含量的影响Tab.1 Impact of peat heat treatment on humic acid elemental content

雨养型泥炭提取的腐植酸元素含量(ΔC、ΔH、ΔN、ΔO)的相对变化证明了初始分解度的重要性：泥炭的分解度越高，ΔC、ΔH、ΔN、ΔO的值越低。这是由于在泥炭形成阶段有机物质分解更加强烈的原因。反过来，这导致了热处理对中等分解程度泥炭中提取的腐植酸元素含量的影响微乎其微。

基于元素分析数据，根据Н∶С和О∶С原子比，计算出每个腐植酸的苯化度α(%)。准确地说，从风干泥炭提取的腐植酸的苯化度α值范围从30.04%到36.37%，而从热处理泥炭提取的腐植酸具有更高的苯化度，α值范围从35.49%到42.29%(表2)。以上所获得的实验数据表明，随着从热处理泥炭提取的腐植酸苯化度的增加，腐植酸大分子的内部(核)和外围部分的比例发生了变化。

为了验证前面试验中所得出的假设，在惰性气体氮气和5 ℃/min升温速率的环境条件下，采用示差分析仪进行腐植酸的分析，并且在600 ℃下计算所有研究样品的热稳定性(重量损失指标G，%)(表2)。

根据热稳定性值显示，热泥炭改性导致了腐植酸重量损失降低。换句话说，这样的腐植酸含有更多的热稳定元素，这些元素可以构成分子内部(核)，但不涉及其外围部分。

泥炭热处理造成腐植酸重量损失的相对变化(ΔG)表明，热稳定性强烈变化是低分解度的雨养型泥炭腐植酸的重要特征：ΔG＝19.71%和21.57%。当分解度增加，ΔG指标降低(表2)，这符合元素含量分析显示的规律(表1)。

表2 热处理对泥炭腐植酸苯化度和热稳定性的影响Tab.2 Impact of peat heat treatment on humic acid benzoid degree and thermal stability

3 结论

(1) 泥炭的初始热处理导致腐植酸中C含量增加、O和H含量减少，反过来增加了腐植酸分子的苯化度。

(2) 热处理泥炭获得的腐植酸具有更好的热稳定性。

(3) 从分解程度低的热处理泥炭中提取出的腐植酸的元素含量和重量损失指标有更大变化。

致谢及参考文献(略)

译自：Procedia Chemistry，2015，(15)：288～291。

Natalia Chukhareva1, Tatiana Malinovskaya2, Tatiana Korotchenko1, Darya Rozhkova1著

Impact of Heat Treatment on Humic Acid Elemental Content and Thermal Stability Natalia Chukhareva1, Tatiana Malinovskaya2, Tatiana Korotchenko1, Darya Rozhkova1write

Liu Yuanyuan3, Bu Zhaojun3*translate
(1 Tomsk Polytechnic University, Tomsk, 634050
2 Tomsk State University, Tomsk, 634050
3 School of Geographical Science, Northeast Normal University, Changchun, 130024)

The article examines the impact of thermal peat modifi cation on the elemental content and properties of humic acids. It has been revealed that preliminary heat treatment of different peat types characterized by various decomposition degrees causes the changes in elemental content; precisely it leads to the increase in macromolecule benzoid degree and subsequent enhancement of its thermal stability.

peat; heat treatment; thermal stability; group composition; elemental content

TQ314.1，TG156.1

A

1671-9212(2016)06-0041-03

2016-08-29

刘媛媛，1996年生，在读本科生，主要从事自然地理学与湿地科学研究。*通讯联系人：卜兆君，男，教授，E-mail：buzhaojun@nenu.edu.cn。