好氧堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法

2023-06-24 02:38:11

專利名稱：：好氧堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法
技術領域：
：本發明屬於固體廢物堆肥處理技術中腐殖酸類物質的提取純化並測定其含碳量的方法，具體涉及一種在農業廢物堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法。
背景技術：
：堆肥化就是依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，有控制地促進可被生物降解的有機物向穩定的腐殖質轉化的生物化學過程。堆肥產品中含有腐殖酸類物質及N、P等營養成分，培肥土壤後，對土壤的理化性質及生物學特性具有十分重要的影響，對作物的生長發育也具有積極的作用。堆肥產品中腐殖酸類物質的含量是決定堆肥質量的重要因素，而胡敏酸作為腐殖酸類物質的核心部分也成為固體廢物堆肥處理技術研究中的一個熱點。在對堆肥中腐殖酸類物質研究之前，首先需將腐殖酸類物質從堆肥中提取出來，再經過分離和純化。目前對堆肥中腐殖酸類物質的提取、分離和純化大多採用從土壤中提取腐殖質的傳統方法。而土壤腐殖質的組成和結構尚無定論，其主要原因之一就是提取問題。提取劑化學性質太強時，會改變腐殖質的結構和性質，並破壞某些非腐殖化物質，增加鑑定的困難；提取劑化學性質太弱時，不能使腐殖質與礦物質完全分開，收率太低。目前應用最廣泛的提取劑是氫氧化鈉或氫氧化鈉和焦磷酸鈉的混合液，其提取率高於其它提取劑。但由於這兩種提取劑的鹼性過強，被提取物容易發生鹼解，且其中有些腐殖質與礦質通過分子引力和靜電引力作用形成牢固的有機-礦質複合膠體，很難完全分離開來。所以目前迫切需要找到一種既能避免被提取物結構和性質發生改變，同時又能將腐殖酸類物質完全提取出來的方法。
發明內容本發明的目的在於克服上述現有方法的缺陷，提供一種操作簡便、高效的從農業廢物堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法，從而更好的滿足科研需要。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案將堆肥鮮樣與蒸餾水和有機螯合劑混合進行反應，加入焦磷酸鈉提取液充分反應後高速離心並過濾得到腐殖酸類提取物混合液，測定提取物混合液的含碳量，再用酸沉澱方法分離提取物混合液中的胡敏酸和富裡酸並測定富裡酸的含碳量，求差額得到胡敏酸的含碳量；提取物混合液經過反覆的酸沉4澱和焦磷酸鈉溶液溶解，再通過用含0.lmol/LHC1和0.3mol/LHF的混合液和去離子水反覆洗滌純化，冷凍乾燥後得到胡敏酸晶體。本發明包括以下具體步驟a.將農業有機廢物粉碎後用麩皮調節C/N為2530，含水率為55%60%，有機質含量為60%70%進行堆肥，堆肥腐熟後將堆肥鮮樣與蒸餾水和有機螯合劑混合進行反應，709(TC下反應3040min後在混合液中加入焦磷酸鈉提取液，使得混合溶液中焦磷酸鈉的最終含量為O.1M，然後通氮氣5min並密封，間隔振蕩4h，靜置過夜，高速離心後上清液過濾膜得到腐殖酸類提取物混合液，所述濾膜孔徑小於或等於0.45ym;b.用總有機碳分析儀測定上述提取物混合液的含碳量，根據堆肥鮮樣的含水率算出每克堆肥幹樣中腐殖質的含碳量；吸取提取物混合液，用6.Omol/LHC1調節pH值在l2之間，於709(TC保溫3040min，使胡敏酸與富裡酸充分分離，然後將此溶液靜置過夜，高速離心分離沉澱和上清液，用總有機碳分析儀測定上清液的含碳量，算出每克堆肥幹樣中富裡酸的含碳量，胡敏酸含碳量由腐殖質的含碳量與富裡酸的含碳量之差得到；c.上一步中分離後的沉澱即為胡敏酸粗品，將胡敏酸粗品用O.1M焦磷酸鈉溶液溶解，調其固液質量比為1:30，間隔振蕩4h，靜置過夜；高速離心後去除殘渣，上清液用6.0mol/LHC1調其pH值在12之間，將此溶液放於70卯。C保溫3040min，使胡敏酸與富裡酸充分分離，然後將此溶液靜置過夜，高速離心後分離沉澱並重複本步驟34次，使得沉澱物不斷純化；d.向上一步中最終離心所得的沉澱物中加入HC1和HF混合液洗滌以去除矽酸，所述混合液中含有O.lmol/LHCl和0.3mol/LHF，調其沉澱物與混合液質量比為1:30，間隔振蕩4h，高速離心分離沉澱，重複洗滌沉澱34次，最後用去離子水反覆洗滌沉澱，直至上清液中無cr，冷凍乾燥後得到黑色胡敏酸晶體。所述農業有機廢物為各類菜葉、秸稈、雜草、落葉、垃圾等富含纖維素、半纖維素和木質素的物質；所述有機螯合劑是指葡萄糖酸或酒石酸與EDTA按照重量比為23:1的比例形成的混合有機螯合劑，所述堆肥鮮樣與混合有機螯合劑按重量比為1:0.20.3的比例混合，所述堆肥鮮樣與水的重量比為i:5。本發明的優點是本發明採用有機螯合劑和焦磷酸鈉溶液的混合提取液對堆肥樣品進行提取，不使用傳統方法中常用的氫氧化鈉或氫氧化鈉與焦磷酸鈉的混合液，以避免提取液的鹼性過強，從而減少被提取物發生鹼解的機率；加入有機螯合劑能夠把樣品中難溶於水的與鈣、鎂、鋁、鐵等絡合的腐殖質一次絡合成易溶於水的腐殖質鈉鹽，從而比較完全地將腐殖質提取到溶液中來，從而增加了被提取物的提取率；提取物混合液和其中富裡酸的含碳量所採用的總有機碳分析儀測定的方法較傳統的氧化法更方便、更精確；另外，本發明中純化胡敏酸的方法操作簡單，生產成本低。通過對等質量的堆肥鮮樣分別採用不同的提取液提取腐殖酸類物質的提取率進行比較(見表l)可知，加入有機螯合劑明顯增加了腐殖酸類物質的提取率，儘管有機螯合劑和焦磷酸鈉的混合提取液的腐殖酸類物質的提取率略低於其他兩種混合提取液，但考慮到另外兩種混合提取液的鹼性過強，可能引起提取物發生鹼解，從而引起被提取物結構和性質的改變。因此，採用有機螯合劑和焦磷酸鈉的混合提取液提取腐殖酸類物質是一種既能避免被提取物結構和性質發生改變，同時又能將腐殖酸類物質完全提取出來的方法。表l不同提取液的腐殖酸類物質的提取率(％)tableseeoriginaldocumentpage6圖1為好氧堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的工藝流程圖。具體實施方式實施例1:1.腐殖酸類物質的提取(如圖1所示)選擇具有代表性的農業有機廢物，包括小白菜葉、芽白葉、萵苣葉、扁豆莖葉、秸稈、庭院雜草，切至1020mm長，用麩皮調節C/N為30，含水率為55%，有機質含量為70%進行堆肥，堆制42天後取堆肥鮮樣3g(經測定含水率為53.75%)加入到15mL蒸餾水中，加入兩種有機螯合劑葡萄糖酸0.75g和EDTA0.3g，充分混合併在8(TC下進行反應；反應30min後在混合液中加入15mL0.2M焦磷酸鈉提取液，混合後通氮氣5min並密封，間隔振蕩4h，靜置過夜，高速離心(10000g)後上清液過0.45"m濾膜得到提取物混合液。2.胡敏酸的提取測定將提取物混合液定容至50mL後取lmL用總有機碳分析儀測定其含碳量為3.28mg/mL，根據公式(^￡=epX50(其中MC為堆肥鮮樣的含水率，C。為提取物混合液3x(1-MC)的含碳量)得到腐殖質含碳量為118.2g/(kg，幹樣)；吸取20mL提取物混合液，用6.0mol/LHCl調節pH值為2，將此溶液放在電熱板上以8(TC保溫半小時，使胡敏酸與富裡酸充分分離，然後將混合液靜置過夜，高速離心(10000g)分離沉澱(HA)和上清液(FA)，上清液定容至50mL後取lOmL用總有機碳分析儀測定其含碳量為3.39mg/mL，根據公式CfCix50x5Q(其中MC為堆肥鮮樣的含水率，d為上清液的含碳量)得到富3x(1-MC)x20裡酸含碳量為30.5g/(kg幹樣)，胡敏酸含碳量為腐殖質的含碳量與富裡酸的含碳量之差即87.7g/(kg，幹樣)。3.胡敏酸的純化上一步中分離後的沉澱即為胡敏酸粗品，將0.5g胡敏酸粗品用15mL0.1M焦磷酸鈉溶液溶解，間隔振蕩4h,靜置過夜，高速離心(10000g)後去除殘渣，上清液用6.0mol/LHCl調其pH值為2.0，將此溶液放在電熱板上以8(TC保溫半小時，使胡敏酸與富裡酸充分分離，然後將混合液靜置過夜，高速離心(10000g)後分離沉澱並重複前述步驟34次，使得沉澱物不斷純化。向最後一次離心後所得的沉澱物中加入15mL含有0.lmol/LHC1和0.3mol/LHF的混合液，間隔振蕩4h，高速離心(10000g)分離沉澱，重複洗滌沉澱4次，最後用去離子水反覆洗滌沉澱，直至上清液中無Cl—即無白色的AgCl絮狀沉澱為止(用WAgN03檢査)，冷凍乾燥後得到黑色胡敏酸(HA)晶體。實施例2:在腐殖酸類物質的提取步驟中，用有機螯合劑酒石酸代替實施例1中的葡萄糖酸，其他步驟同實施例1;其中提取物混合液和上清液的含碳量分別為3.31mg/mL和3.36mg/mL，同理由實施例1中的對應公式得出腐殖質含碳量為119.3g/(kg幹樣)，富裡酸含碳量為30.3g/(kg幹樣)，胡敏酸含碳量為腐殖質的含碳量與富裡酸的含碳量之差即89.0g/(kg'幹樣)。權利要求1.一種從好氧堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法，其特徵在於將堆肥鮮樣與蒸餾水和有機螯合劑混合進行反應，加入焦磷酸鈉提取液充分反應後高速離心並過濾得到腐殖酸類提取物混合液，測定提取物混合液的含碳量，再用酸沉澱方法分離提取物混合液中的胡敏酸和富裡酸並測定富裡酸的含碳量，求差額得到胡敏酸的含碳量；提取物混合液經過反覆的酸沉澱和焦磷酸鈉溶液溶解，再通過用含0.1mol/LHCl和0.3mol/LHF的混合液和去離子水反覆洗滌純化，冷凍乾燥後得到胡敏酸晶體。2、根據權利要求1所述的從好氧堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法，其特徵在於包括以下具體步驟a.將農業有機廢物粉碎後用麩皮調節C/N為2530,含水率為55%60%，有機質含量為60%70%進行堆肥，堆肥腐熟後將堆肥鮮樣與蒸餾水和有機螯合劑混合進行反應，709(TC下反應3040min後在混合液中加入焦磷酸鈉提取液，使得混合溶液中焦磷酸鈉的最終含量為O.1M，然後通氮氣5min並密封，間隔振蕩4h，靜置過夜，高速離心後上清液過濾膜得到腐殖酸類提取物混合液，所述濾膜孔徑小於或等於0.45um;b.測定上述提取物混合液的含碳量，根據堆肥鮮樣的含水率算出每克堆肥幹樣中腐殖質的含碳量；吸取提取物混合液，用6.Omol/LHC1調節pH值在12之間，於7090。C保溫3040min，使胡敏酸與富裡酸充分分離，然後將此溶液靜置過夜，高速離心分離沉澱和上清液，測定上清液的含碳量，算出每克堆肥幹樣中富裡酸的含碳量，胡敏酸含碳量由腐殖質的含碳量與富裡酸的含碳量之差得到；c.上一步中分離後的沉澱即為胡敏酸粗品，將胡敏酸粗品用O.1M焦磷酸鈉溶液溶解，調其固液質量比為1:30，間隔振蕩4h，靜置過夜；高速離心後去除殘渣，上清液用6.Omol/LHC1調其pH值在12之間，將此溶液放於7090。C保溫3040min，使胡敏酸與富裡酸充分分離，然後將此溶液靜置過夜，高速離心後分離沉澱並重複本步驟3~4次，使得沉澱物不斷純化；d.向上一步中最終離心所得的沉澱物中加入HC1和HF混合液洗滌以去除矽酸，所述混合液中含有O.lmol/LHCl和0.3mol/LHF，調其沉澱物與混合液質量比為1:30，間隔振蕩4h，高速離心分離沉澱，重複洗滌沉澱34次，最後用去離子水反覆洗滌沉澱，直至上清液中無cr，冷凍乾燥後得到黑色胡敏酸晶體。3、根據權利要求2所述的從好氧堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法，其特徵在於所述農業有機廢物為各類菜葉、秸稈、雜草、落葉、垃圾等富含纖維素、半纖維素和木質素的物質。4、根據權利要求1或2或3所述的從好氧堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法，其特徵在於所述有機螯合劑是指葡萄糖酸或酒石酸與EDTA按照重量比為23:1的比例形成的混合有機螯合劑,所述堆肥鮮樣與混合有機螯合劑按重量比為1:0.20.3的比例混合，所述堆肥鮮樣與水的重量比為1:5。5、根據權利要求1或2或3所述的從好氧堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法，其特徵在於用總有機碳分析儀測定含碳量。全文摘要本發明涉及一種在農業廢物堆肥中提取純化胡敏酸並測定其含碳量的方法。本發明改進了傳統提取液的組成成分，減少了被提取物發生鹼解的機率；同時堆肥鮮樣與有機螯合劑混合進行反應，增加了被提取物的提取率；提取物混合液和其中富裡酸的含碳量所採用的總有機碳分析儀測定的方法較傳統的氧化法更方便、更精確；另外，本發明中純化胡敏酸的方法操作簡單，生產成本低。文檔編號C05F17/00GK101260124SQ20081003116公開日2008年9月10日申請日期2008年4月29日優先權日2008年4月29日發明者曼喻,曾光明,蔣榮清,袁興中,黃國和,黃紅麗申請人:湖南大學