提取褐煤中腐殖酸的新方法.doc

提取褐煤中腐殖酸的新方法 摘 要：提出了一种简单易行的提取褐煤中腐殖酸的方法，即根据褐煤的特点利用稀硫酸和氢氧化钠溶液对腐殖酸进行溶解和提取；实验发现，提取的腐殖酸量多少与硫酸浓度、氢氧化钠浓度、浸泡时间三因素密切相关；采用正交实验法找出了最优条件。 关键词:褐煤；腐殖酸；提取；正交实验法；影响因素 中图分类号: TQ53　　文献标识码: A　　文章编号: 1005-8397 (2007) 02-0029-04 　　腐殖酸是动植物遗骸，其中主要是植物的遗骸，经过微生物的分解和转化以及地球化学的一系列过程而形成和积累起来的一类有机物质。自然界中，腐殖酸广泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭、褐煤、风化煤中，它主要分为三大类，即土壤腐殖酸、水体腐殖酸和煤炭腐殖酸。而开发利用腐殖酸资源，煤炭行业具有得天独厚的资源优势，如褐煤中含有大量的腐殖酸。腐殖酸的用途非常广泛:农业上可作为肥料改善土壤，还可做植物的生长调节剂；工业上作为化工原料的添加剂或粘结剂；1974年，煤炭科学研究院、广东省团煤试验厂和广东省化肥工业公司等单位就研制过腐殖酸类煤球，后来吉林、山西、北京等不少单位也进行过这方面工作。所以能否找到一种简单易行的腐殖酸提取方法对于满足工业需求是十分重要的。 我国褐煤资源丰富，储量大约为1431亿t约占我国煤炭资源总储量的17%，以内蒙古东北部与东北三省相邻地区的储量最多，达468·7亿t。褐煤是泥炭沉积后经脱水压实转变为有机生物岩的初期产物，因外表呈褐色或暗褐色而得名，主要形成于新生代第三世纪(距今6700万a至150万a)，主要产地在内蒙古、辽宁、云南等地。 1　腐殖酸的常规提取方法 腐殖酸属于羟基芳香族羧酸的混合物，常规的提取方法是用焦磷酸钠碱液和氢氧化钠溶液从试样中抽取，再在强酸性溶液中用重铬酸钾将腐殖酸中的碳氧化成二氧化碳。根据重铬酸钾消耗量和腐殖酸的含碳比，可计算出腐殖酸的产率。 主要反应过程如下: R - ( COO )4Ca2+ Na4P2O7→R -(COONa)4 (R-(COO4))3Fe(或Al4)+3Na4P2O7→3R-(COONa)4+Fe4(或Al4)(P2O7)3 2K2Cr2O7+8H2SO4+3C 2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2↑+8H2O K2Cr2O7+7H2SO4+6FeSO4K2SO4+Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O 该方法是将煤样放入锥形瓶中加入焦磷酸钠碱抽提液，润湿后置于沸水浴中加热，冷却后全部转移到容量瓶中加蒸馏水稀释，然后吸取静置澄清后的试液5mL于300mL锥形瓶中，加入重铬酸钾和浓硫酸，于沸水浴中加热30min，冷却后用水稀释至100mL，加入邻菲啰啉指示剂，用硫酸亚铁指示剂滴至砖红色。用1%氢氧化钠溶液代替焦磷酸钠碱液抽提时，则为游离腐殖酸。实验中用到的试剂有:焦磷酸钠碱抽提液、1%氢氧化钠抽提液、0.1N重铬酸钾标准液、0.4N重铬酸钾溶液、0.1N硫酸亚铁铵标准溶液、邻菲啰啉指示剂、二苯胺指示剂、硫酸(密度1.84g/cm3，化学纯)和磷酸(85% H3PO4，化学纯)。 该方法的优点是腐殖酸提取量比较大，不足之处是重铬酸钾有毒，操作时很危险，而且步骤繁琐、复杂。据此，本文提出新的提取方法———利用硫酸溶液和氢氧化钠溶液提取。褐煤中主要包括:腐殖酸(Humic acid)———可溶于稀碱液但不溶于酸的部分，分子量由数千到数万；富里酸(Fulvic acid)———可溶于酸又可 溶于碱的部分，分子量由数百到数千；腐黑物(Humin)———不能被酸和碱提取的部分。根据分子量数可知其中主要成分是腐殖酸，所以只要在实验过程中把腐黑物提取出来，剩余部分即以腐殖酸为主。该法曾应用于提取土壤腐殖酸，实验 效果比较理想。 对于含腐殖酸的褐煤样品，其三个组分分离过程如图1所示。 图1　褐煤中腐殖酸提取示意图 2　实验部分 2．1　仪器设备及试剂 在实验中用到的仪器设备名称、型号见表1实验试剂有浓硫酸(98% )和氢氧化钠，均为分析纯，由北京化工厂生产。 表1 主要仪器设备型号 仪器名称 型号 用途 生产厂家 分析天平 DT-100型分析天平 称重 北京光学仪器厂 工业分析仪 MAC-400型 煤样工业分析 美国力可仪器公司 电热鼓风干燥箱 101-2B型 干燥沉淀物 天津市泰斯特仪器有限公司 2．2　实验步骤 称取褐煤2.0g(准确至0.002g)，放入250mL烧杯中，加入一定浓度的稀硫酸浸泡一定时间； 把溶液过滤，滤液即为溶于稀酸的富里酸，把沉淀物用一定浓度的氢氧化钠冲洗到烧杯中，然后加入一定量的氢氧化钠溶液浸泡；对溶液进行过滤，沉淀物即为腐黑物；将腐黑物用蒸馏水冲洗到一个已称重的烧杯中，然后放入电热鼓风干燥箱中于105℃下干燥，然后