一種利用小麥秸稈制備腐植酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及腐植酸制備的方法，具體的說是一種利用小麥秸桿制備腐植酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，小麥又是一種主要農(nóng)作物，每年秸桿資源總量達(dá)數(shù)億噸。20世紀(jì)中葉以前，小麥秸桿主要用作生活燃料、肥料和飼料。但隨著煤炭、石油液化氣燃料的普及以及化肥使用量的增加，導(dǎo)致使農(nóng)村小麥秸桿大量積余。目前農(nóng)村秸桿的利用率還不到2%，其余都被丟棄或就地焚燒，不少地方濃煙籠罩甚至導(dǎo)致道路交通事故或影響飛機(jī)起飛。不僅浪費(fèi)了寶貴的資源，而且造成環(huán)境污染。因此，小麥秸桿的處置和有效利用已成為社會(huì)亟待解決的問題和專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)。
[0003]腐植酸(Humic acid,縮寫HA)是動(dòng)植物遺骸，主要是植物的遺骸，經(jīng)過微生物的分解和轉(zhuǎn)化，以及一系列地球化學(xué)過程造成和積累起來的一類有機(jī)物質(zhì)。它主要由芳香族及其多種官能團(tuán)構(gòu)成的高分子有機(jī)酸，具有良好的生理活性和吸收，絡(luò)合，交換等功能。腐植酸作為有機(jī)物原料，廣泛應(yīng)用于農(nóng)林牧、石油、化工、建材、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域。近年來提倡生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、無公害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、綠色食品、無污染環(huán)保產(chǎn)品等，腐植酸以其獨(dú)特的特性，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種不可或缺的有機(jī)肥料。
[0004]由于腐植酸的分子結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜而不穩(wěn)定，所以至今尚不能人工合成。目前我國農(nóng)用腐植酸多為泥炭、風(fēng)化煤、褐煤中提取，但其制備需開采自然資源，易造成環(huán)境污染和生態(tài)破壞?，F(xiàn)有從秸桿中氧化制備腐植酸的工藝存在的缺點(diǎn)有:反應(yīng)用期長，催化酸濃度高，產(chǎn)率低，加熱時(shí)間長，能源浪費(fèi)等問題。由秸桿制取腐植酸多為發(fā)酵法，通過菌群降解秸軒后提取腐植酸，周期長，條件苛刻，且產(chǎn)物不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是一種利用小麥秸桿制備腐植酸的方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種利用小麥秸桿制備腐植酸的方法，以小麥秸桿為原料先經(jīng)高溫碳化，然后硝酸活化，最后經(jīng)過堿液提取硫酸沉淀而制備腐植酸。
[0008]進(jìn)一步的說，將粉碎處理的小麥秸桿于管式碳化爐熱解得到黑色固體-小麥生物炭，小麥生物炭進(jìn)行活化處理，處理后經(jīng)過堿提酸沉制備腐植酸。
[0009]所述粉碎處理的小麥秸桿是將小麥秸桿經(jīng)清洗、烘干、粉碎，過20目篩備用；其中小麥稻桿為纖維素含量為35-45%小麥稻桿。
[0010]所述粉碎處理的小麥秸桿置于管式碳化爐內(nèi)，以0.5-lL/min的流速向管式爐中通隊(duì)以排凈爐內(nèi)空氣；而后再以10-15°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升溫至400-500°C，而后在此溫度下保溫?zé)峤?-4小時(shí)；冷卻至室溫，得到黑色固體-小麥生物炭。
[0011]所述黑色固體-小麥生物炭中加入10-15% (質(zhì)量百分比)的硝酸于80度水浴中震蕩氧化2-4h ;氧化后用氨水調(diào)試樣pH=5-7，然后通過0.45 μ m的濾紙進(jìn)行抽濾，后烘干備用。其中，黑色固體-小麥生物炭與硝酸按照質(zhì)量體積比1(g):10-20 (ml)的比例混合。
[0012]所述氧化活化處理后生物炭中加入1-1.5% (質(zhì)量百分比)NaOH溶液，而后在80-100°C的條件下震蕩l_2h ;震蕩后用0.45 μ m濾膜抽濾得腐植酸的溶液；將溶液用硫酸調(diào)節(jié)pH=l-2，靜置過夜；最后用0.45 μ m濾膜抽濾得腐植酸固體樣品。其中，氧化活化處理后生物炭與NaOH溶液按照質(zhì)量體積比I (g): 100-200 (ml)的比例混合。
[0013]所述硫酸濃度為1-2M。以小麥秸桿為原料先經(jīng)高溫碳化，然后硝酸活化，最后經(jīng)過堿液提取硫酸沉淀而制備腐植酸，具體為:
[0014]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.原料低值易得:以小麥秸軒為原料，我國是農(nóng)業(yè)大國，小麥?zhǔn)侵饕r(nóng)作物，所以原料來源廣泛且成本低廉；將制備的農(nóng)用腐植酸進(jìn)行生物有機(jī)肥加工，重新應(yīng)用于農(nóng)作物實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用。
[0016]2.大幅提高了腐植酸的產(chǎn)率:腐植酸產(chǎn)率未炭化前低于2%，采用本發(fā)明的炭化后腐植酸產(chǎn)率可達(dá)20%以上。進(jìn)而采用本發(fā)明的高溫炭化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了原材料主體化學(xué)結(jié)構(gòu)由脂肪族類物質(zhì)向芳香族類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，而芳香結(jié)構(gòu)是腐植酸的母核，因此可以大幅的提高秸桿腐植酸的產(chǎn)率。
[0017]3.制備腐植酸穩(wěn)定性強(qiáng)，肥效長久。本發(fā)明高溫炭化實(shí)現(xiàn)了原材料中易分解脂肪族類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的芳香族類物質(zhì)(圖2)，而芳香族類物質(zhì)比脂肪族類物質(zhì)具有更高的穩(wěn)定性，因此該工藝制備的腐植酸更穩(wěn)定，肥效更持久，實(shí)現(xiàn)了腐植酸的長效利用。
[0018]4.本發(fā)明制備腐植酸的提取在室溫條件下進(jìn)行，條件溫和，操作簡便。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的利用小麥秸桿制備腐植酸的流程圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用本發(fā)明制備所得的腐植酸的紅外光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
[0022]制備腐植酸的方法:
[0023]I)原材料米用纖維素含量為32%,半纖維素含量21%,木質(zhì)素含量15%的小麥稻桿；
[0024]2)將上述小麥秸桿經(jīng)清洗、烘干、粉碎，過20目篩備用；
[0025]3)粉碎后的小麥秸桿100.0g于真空管式碳化爐熱解，以0.5L/min的流速向管式爐中通N2以排凈爐內(nèi)空氣；而后再以10°C /min的升溫速率將爐升溫至400°C，并保持溫度熱解4小時(shí)，而且冷卻至室溫，得到黑色固體-小麥生物炭33.0g ；
[0026]4)將制備的生物炭進(jìn)行活化:將上述制備的生物炭1g加入10ml的15% (質(zhì)量百分比)硝酸于80度水浴中震蕩氧化2h ;氧化結(jié)束后用氨水調(diào)試樣pH=7，然后通過0.45 μ m的濾紙進(jìn)行抽濾，后烘干備用；
[0027]5)氧化生物炭經(jīng)過堿提酸沉制備腐植酸:稱取1.0Og氧化后生物炭于離心管中，加入100ml，I % (質(zhì)量百分比)NaOH溶液，在80°C的條件下震蕩Ih ;震蕩結(jié)束后用0.45 μ m濾膜抽濾得腐植酸的溶液；將溶液用IM的硫酸調(diào)節(jié)pH=l，靜置過夜；最后用0.45 μ m濾膜抽濾并用去離子水充分洗滌得腐植酸固體樣品。
[0028]6 )冷凍干燥后黑色固體樣品即為小麥腐植酸0.45g，C含量為68 %，O含量為18 %，pH值為4.8。小麥生物炭腐植酸產(chǎn)率為45%，綜合產(chǎn)率為15% (參見圖2)。
[0029]由圖2所示，紅外圖譜顯示3300-35000^1締合-OH基結(jié)構(gòu)，為羥基結(jié)構(gòu)存在的特征峰帶:2850-29500^1處為烷氫結(jié)構(gòu)中C-H特征譜帶:1700-17300^1處為醛、酮或羰基中所含