張姍姍（濰坊科技學(xué)院,山東 濰坊 262700）

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腐植酸應(yīng)用化學(xué)研究進(jìn)展之我見

張姍姍
（濰坊科技學(xué)院,山東 濰坊 262700）

摘 要：通過分析腐殖酸應(yīng)用化學(xué)研究，分析腐殖酸的構(gòu)成、提取方式、性能乃至在農(nóng)業(yè)中的運(yùn)用，來探討腐殖酸應(yīng)用化學(xué)研究的進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：腐殖酸；應(yīng)用化學(xué)；研究進(jìn)展

0 引言

腐殖酸是在自然環(huán)境中具有一類高分子的物質(zhì)，是動(dòng)植物殘?bào)w透過繁瑣的生物、化學(xué)作用所構(gòu)成。因?yàn)楦乘峋邆涞牟煌钚怨倌軋F(tuán)以及龐大的表面積，其則是環(huán)保型吸附劑。在腐殖酸分析工作的深入當(dāng)中，儀器設(shè)施不斷獲得改進(jìn)，腐殖酸類產(chǎn)品的應(yīng)用范疇會(huì)不斷擴(kuò)大。身為一類能夠研發(fā)運(yùn)用的潛在有機(jī)資源，腐殖酸愈發(fā)被國(guó)內(nèi)外的科研人員所注重，也會(huì)為煤炭行業(yè)、工農(nóng)業(yè)發(fā)展提供有利的因素。

1 腐殖酸的構(gòu)成以及分子構(gòu)造

腐殖酸的原則構(gòu)成尤為繁瑣。通過不斷分析可以發(fā)現(xiàn)，腐殖酸的重要元素包含了碳、氫、氧、氮、磷以及硫。而其中的碳含量會(huì)由于腐殖化程度的深入而增加，通常泥炭、褐煤以及風(fēng)化煤中的氮容量分別是50%、55%以及60%，在土壤內(nèi)的胡梅酸碳容量為50%至60%，富里酸碳容量通常是40%至50%，氫等元素的容量則會(huì)由于腐殖化程度的加大而降低，土壤胡梅酸氧的含量是30%至35%，富里酸氧的含量是44.50%。氫、硫、氮在土壤胡敏酸以及富里酸內(nèi)的容量大致相同，分別是4%至6%、2%至6%以及0%至2%［1］。

腐殖酸是高分子的聚合物，分子構(gòu)造十分繁瑣，單體內(nèi)具有芳核構(gòu)造，芳核中有眾多取代基，并與多肽及脂肪族側(cè)鏈相連接。并且，也會(huì)具有雜環(huán)態(tài)氮的構(gòu)造，這些氮十分難分解，只有在芳核損壞后才會(huì)被排放出來。

2 腐殖酸的來源及提取方法

2.1 來源

褐煤及草炭乃至風(fēng)化煤的腐殖酸具有較高的成分，也成為腐殖酸最主要的提取來源。草炭被稱作泥炭及泥煤，在沼澤植物死亡后，通過生物的化學(xué)作用而構(gòu)成的物質(zhì)，也可以說屬于沼澤植物死亡后殘留的疏松堆積物，是煤的首個(gè)階段，屬于最初期的煤。褐煤是通過泥炭經(jīng)由成巖時(shí)期而獲取的產(chǎn)物，因此成為了煤的第二個(gè)階段。風(fēng)化煤也是露頭煤，屬于近地表層的褐煤、煙煤以及無煙煤，透過空氣及水長(zhǎng)期作用引發(fā)的產(chǎn)物。草炭是腐殖酸中提取率最高的物質(zhì)，褐煤位居第二，風(fēng)化煤最低。褐煤胡敏酸的氧化度以及芳香度最佳，其次則為風(fēng)化煤胡敏酸，最低的物質(zhì)為草炭胡敏酸。風(fēng)化煤富里酸的氧化度以及芳香度最佳，其次為褐煤富里酸與草炭富里酸。風(fēng)化煤胡敏酸具有最高的腐殖化程度，之后是褐煤富里酸以及草炭富里酸。風(fēng)化煤胡敏酸具有最高的腐殖化，褐煤胡敏酸其次，而草炭胡敏酸具有最低的腐殖化程度。風(fēng)化煤胡敏酸的回收率最高，褐煤胡敏酸位居第二，而草炭胡敏酸最低。

2.2 提取的方法

2.2.1 酸抽提劑法

通過酸抽提劑法以風(fēng)化煤內(nèi)提取可以符合汽車運(yùn)用蓄電池技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)的腐殖酸。而制備工藝則為風(fēng)化煤、添加稀硫酸、蒸汽煮沸、攪拌沉積、提取上端液體、水洗pH5、沉積物烘干、粉碎過濾、承裝。

酸抽提劑法提取腐殖酸的工藝尤為簡(jiǎn)便，較易操控，生產(chǎn)周期較短，并且節(jié)省了碳酸物，所以酸法腐殖酸的價(jià)格遠(yuǎn)比堿法腐殖酸的價(jià)格低30%?？墒撬岢樘釀┓ㄋ崛〉母乘?，由于其具有較多雜質(zhì)，所以會(huì)受到較多的束縛。

2.2.2 微生物溶解法

微生物溶解法提取腐殖酸具有較長(zhǎng)的反應(yīng)周期，不具備較高的產(chǎn)率，可是反應(yīng)較為溫和，可以情節(jié)轉(zhuǎn)化，具有較高的產(chǎn)物生物活性，當(dāng)前主要處在試驗(yàn)分析階段，與工業(yè)生產(chǎn)對(duì)比還具有一些距離。

2.2.3 堿溶酸析法

當(dāng)前主要通過堿溶酸析法則為堿抽提劑法研發(fā)腐殖酸，由于方法漸變而被大量運(yùn)用?？梢酝ㄟ^硫酸溶液與氫氧化鈉溶液由褐煤提取腐殖酸。

因?yàn)橐恍┰蟽?nèi)有利的腐殖酸含量并非較高，直接抽取腐殖酸則無法獲得較高的提取率。為了提升腐殖酸提取率，大多對(duì)原料先進(jìn)行處理，在采取堿溶酸析法。普遍預(yù)處理方式有空氣氧化預(yù)處理、硝酸氧化預(yù)處理以及超聲波預(yù)處理。對(duì)于特殊的原料，在提取中可以使用一些特殊的方式。比如對(duì)水體沉積物來講，可以使用稀HCI、HF混合液進(jìn)行預(yù)處理，以便減少灰分。土壤內(nèi)腐殖質(zhì)因?yàn)檩^難溶解在水內(nèi)的鈣、鎂、鐵、鋁等離子絡(luò)合，較易溶解在水內(nèi)的鉀、鈉等離子融合的腐殖質(zhì)乃至量較少的游離態(tài)具有的腐殖質(zhì)。通過0.1mol/L焦磷酸鈉以及0.1mol/L氫氧化鈉融合液提取腐殖質(zhì)，能夠把土壤內(nèi)較難溶于水以及較易溶于水的結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)直接絡(luò)合為較易溶于水的腐殖質(zhì)鈉鹽，以此真正提取出腐殖質(zhì)，再通過鹽酸溶液把腐殖酸沉降出來［2］。

通過堿溶酸析法提取的腐殖酸有機(jī)質(zhì)具有較高的含量，樣品分子內(nèi)芳香環(huán)與脂肪鏈中的羧基乃至羧基內(nèi)具有的可離解的氫離子，令腐殖質(zhì)有酸度的互換容量，以此令其與眾多有機(jī)物、無機(jī)物有產(chǎn)生作用的潛能。

2.3 產(chǎn)率的核算

腐殖酸在強(qiáng)酸性溶液內(nèi)可通過重鉻酸鉀把其中的碳氧變成二氧化碳。依照重鉻酸鉀的耗費(fèi)量以及腐殖酸的含碳比，可核算出腐殖酸的產(chǎn)量。這一方式的特點(diǎn)為腐殖酸提取量過大，欠缺之處為重鉻酸鉀具有毒性，操控時(shí)具有危險(xiǎn)，并且步驟尤為繁瑣。

3 腐殖酸的性能與應(yīng)用

3.1 腐殖酸的吸附性能

因?yàn)楦乘峋哂胁煌δ芑?，比如羧基、酚羥基、醇羥基、羰基以及甲氧基等，所以具備較高的反應(yīng)活性，可以和環(huán)境內(nèi)的金屬離子、氧化物、礦物質(zhì)、氫氧化物、有機(jī)質(zhì)以及有毒活性污染物等產(chǎn)生相互作用。

毒死蜱作為有機(jī)磷農(nóng)藥中使用最為普遍的一種，對(duì)生物具有顯著的毒害作用。腐殖酸吸附毒死蜱，來源不同的腐殖酸對(duì)毒死蜱的吸附效果展現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，吸附量最高可達(dá)到1000μg/g。對(duì)硝基苯胺屬于芳香胺內(nèi)尤為主要的一個(gè)化合物，國(guó)家環(huán)保局將其制定成優(yōu)先控制的污染物［3］。

3.2 腐殖酸在農(nóng)業(yè)內(nèi)的應(yīng)用

3.2.1 具備改良土壤的作用

提取的腐殖酸和土壤有機(jī)質(zhì)內(nèi)的腐殖酸具備相近的構(gòu)造以及性質(zhì)，對(duì)土壤的改良效果以為顯著，并且也具備了膠體性有機(jī)物質(zhì)，所以可以將土壤內(nèi)的團(tuán)粒構(gòu)造進(jìn)行改良，疏松土壤、加大吸水量，不但可以透氣、提升溫度，還能夠儲(chǔ)水，將土壤的作用進(jìn)行改良。

腐殖酸通過鹽堿土壤的改良，由于其具有較多活性基團(tuán)，鹽基互換容量較大，可以吸附較多的土壤內(nèi)可溶性鹽，并且阻留過多數(shù)量的有害陽(yáng)離子，減少了土壤內(nèi)鹽濃度以及鹽堿土酸堿度。腐殖酸在干旱的白沙以及紅黏土地內(nèi)運(yùn)用，均可以令土壤容重顯著降低，令土壤孔隙度以及持水量有所提高，有利于提升土壤內(nèi)的保水、保肥的能力，以此改良作物的生態(tài)氛圍。

3.2.2 增效化肥的作用

腐殖酸可以提升化肥的有效運(yùn)用，在化肥增效的同時(shí)，降低化肥對(duì)土壤理化性狀引發(fā)不良作用。增效作用展現(xiàn)在加大肥效、加快氮的吸收，提升氮肥的利用率，降低土壤對(duì)速效磷的穩(wěn)固，加快農(nóng)作物對(duì)磷的吸收，激發(fā)作物根系的生長(zhǎng)，降低土壤對(duì)鉀的固定，加快難溶性鉀的排放，緩和鉀肥對(duì)土壤以及作物引發(fā)的不良作用。

3.2.3 刺激作物生長(zhǎng)發(fā)育的作用

根系可以吸收腐殖酸，加快種子的發(fā)芽，加大出苗率以及成苗率，并且加快作物根系發(fā)育，加快幼苗發(fā)根，根良的加大、根系的加長(zhǎng)，均令作物更加有利于吸收水分及養(yǎng)分。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，雖然腐殖酸的研究獲取了較大的進(jìn)步，可是腐殖酸的應(yīng)用當(dāng)中還具有一些問題。腐殖酸自身則為污染物，是眾多水體有害化學(xué)物的驅(qū)使者，并且在一定環(huán)境中能夠在水中溶解。選擇相符的配比研發(fā)腐殖酸類的肥料，令其實(shí)現(xiàn)最大的使用效率，降低污染。因?yàn)楫?dāng)前腐殖酸的提取成本過高，極大阻礙了其在農(nóng)業(yè)乃至其他行業(yè)中的運(yùn)用。為減少成本，可以通過研發(fā)新工藝來降低試劑的用量，將反應(yīng)環(huán)境進(jìn)行簡(jiǎn)化。通過低成本的原材料，提高復(fù)合化的分析。

參考文獻(xiàn)：

［1］歐曉霞,何小慧，楊名，劉靖,李聰.腐殖酸的光化學(xué)行為研究進(jìn)展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010（20）：10809-10810.

［2］黎關(guān)超,劉紅纓,左娟,張瑞欣.腐植酸基-粉煤灰型保水劑的制備和性能測(cè)試［J］.腐植酸,2010（02）：16-21.

［3］鄭易安,王文波,王愛勤.腐植酸高吸水性樹脂研究進(jìn)展［J］.高分子通報(bào),2011（08）：38-47.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.046

作者簡(jiǎn)介：張姍姍，碩士研究生，助教，研究方向：化學(xué)合成、應(yīng)用化學(xué)。