曲靖褐煤黄腐酸的提取及其分级与表征

发布时间：2020-08-19 20:03

【摘要】：从褐煤中提取黄腐酸的研究对褐煤利用有重要意义。本文以云南褐煤为实验煤样,通过化学氧解法得到煤基黄腐酸,经萃取纯化得到高纯度黄腐酸。纯化后的黄腐酸进行不同分子量的分级,对各级分进行化学分析、仪器分析和生理活性应用实验得到不同级分的化学与生物活性差异,为煤基黄腐酸的深入研究及应用提供新思路。研究微波条件下以过氧化氢为氧化剂氧解褐煤提取黄腐酸。通过正交试验研究得到提取黄腐酸的最优工艺参数为:反应时间10 min,微波功率650 W,过氧化氢浓度25%,液固比为10。最优条件下黄腐酸提取率达到了35.16%。各因素对实验结果都有显著影响,其中过氧化氢浓度对黄腐酸的提取率影响最为显著。根据中心复合设计原理设计实验,得到黄腐酸纯化收率与各因素之间的二次回归模型,该模型决定系数达到0.9758,拟合程度较好,由该模型得出黄腐酸纯化的最佳工艺参数为:酸料比0.09、纯化时间51.28 min、醇料比14.4、纯化温度39.42℃。最优条件下的平均纯化收率为85.64%。影响纯化收率的显著因素有纯化时间、液固比、反应温度,并且三因素两两之间都存在显著的交互作用,此外,过大的酸料比会影响高纯黄腐酸的品质,产品粘稠不易烘干。黄腐酸经分级得出四种不同相对分子质量范围的级分:FA_1(Mr500)、FA_2(500Mr1000)、FA_3(1000Mr3500)及FA_4(Mr3500)。四种级分的相对含量分别为72.92%、18.07%、2.18%和3.55%。实验表明相对分子量越小的级分颜色越浅、吸水性越强,含氧酸性官能团越多,在强酸下溶解性能越好。通过元素分析、紫外光谱和红外光谱分析可知:黄腐酸不同级分中都含有一定的醇羟基、酚羟基、羰基、酯基、羧酸、酸酐等含氧基团。但相对分子量越大的级分含氧官能团相对含量越少,苯环上发生的取代类型也越少,芳香度和缩合度越高。紫外光谱分析发现不同分子量的黄腐酸在波长为200-230 nm范围内都有一较高的特征峰出现,且分子量大的级分增色效应越明显,并伴有一定红移现象。作为黄腐酸中的主要成分,FA_1芳香化程度和羰基缩合度最低,E_4/E_6值达到30,此外,与其他级分相比该级分含有更多的酯类结构。FA_4结构中含氧官能团最少,在红外谱图分析中有明显的饱和脂肪结构吸收峰。黄腐酸的生理活性应用实验表明:不同相对分子质量的黄腐酸应用效果有较大差异:相对分子量越小的黄腐酸打破种子休眠状态,促进萌发效果越明显,且不同的级分最优使用浓度有较大差异。此外,FA_1可显著提高幼苗的光合作用能力。FA_2比FA_1在降低细胞膜透性上效果更显著,幼苗在逆境下的自我保护能力和存活率明显提高。FA_3可显著促进幼苗的纵向生长。除FA_1外,其他级分在缩小气孔开张度上效果明显,使植物拥有更高的相对含水量,对生长发育有更好的促进作用。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O636.9;TD849.2
【图文】：

黄腐酸,结构模型

1 绪论说明羧基、羟基此类官能团越多，分子量较小，不易发生络合反应强，H/C 比值越接近于 1，表明黄腐酸芳香化程度越高，含有更多，如苯、萘等；腐酸含有羧基、羟基、甲氧基、羰基和琨基等多种官能团，并含吡咯、呋喃和吲哚等杂环结构。黄腐酸是以苯环为基本单元的大分之间由氧桥（—O—）、次甲基（—CH2—）和—CH2—CH2—、—桥键相连[24]，羧基、羟基、甲氧基等多种活性官能团分布在苯环黄腐酸的结构研究比较复杂，多种分析方法和仪器共同使用能够提构信息，近些年来，研究者使用 NMR、HPSEC、MS 以及元素分解析腐植酸类物质的化学结构和建立模型[26]。

红外光谱图,红外光谱图,煤样,工程硕士学位

工程硕士学位论文-1和 1384 cm-1两处为甲基的特征吸收峰，此处为一峰裂两峰判断煤样中含有偕二甲基-C(CH3)2-和偕三甲基-C(CH3)3；C-00-1000 cm-1范围内有宽而强的谱带，由谱图可知煤样中有部羟基、羧基、醚键和酯，显然这对黄腐酸的提取是有利的。其于苯环上 C-H 键的弯曲振动。

黄腐酸,提取装置

工程硕士学位论文取虽然丰富，但是大部分地区的褐煤中黄腐酸含量并溶剂抽提来提取的话，得到的黄腐酸不仅量少还造利于工业上可持续发展。由于褐煤本身的煤质特点褐煤氧解出更多的腐植酸，其中大分子的腐植酸小分子黄腐酸，从而解决黄腐酸收率低的难题。合腐酸的关键因素，过氧化氢氧化性适中且反应结束所有化学反应的重要因素，褐煤及大分子腐植酸分热反应。常规加热是外部热源通过传热使物质由表低，加热不均匀，微波将反应物质内部整体加热，此黄腐酸的提取试验以过氧化氢为氧化剂，微波进工艺参数来提高黄腐酸的收率。为以后高效提取煤思路和技术支持。

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