腐酸)的全部,而且和其它溶剂抽提所得也不尽相同。王兴业同志曾用丙酮从大同风化煤腐植酸中抽提得到棕腐酸几十克,其色泽明显低于醇溶腐植酸,显然分子量也会低一些。可惜后来未能继续作深入研究。
从王天立的研究可以看出,用乙醇抽提法提取棕腐酸和黄腐酸,在经济上是合算的。笔者当时也仅从丙酮沸点低、易燃和价高,而乙醇价格低、沸点比丙酮高,比较安全等条件,选定了用乙醇抽提法作进一步的深入研究。
2、醇溶腐植酸抽提工艺的研究:
在对醇溶腐植酸进行了不同pH值沉淀级分研究的基础上,发现了醇溶腐植酸中≤pH3可溶组分比率较大(大于30%),其理化指标均近似于黄腐酸⒈⑷;从而决定从提取醇溶腐植酸入手,分离制取黄腐酸。由此,开始了醇溶腐植酸提取工艺的研究。
首先试验了不同条件下抽提醇溶腐植酸的收率,发现用95%乙醇,在pH值低于1.4,腐植酸与乙醇的固 / 液比为1∶7时,收率最高⑸。抽提时间以每次2小时,连续抽提三次,收率可达8.5%。在pH偏高(2.4~3..3)时,收率下降,但E4 / E6值增高,这表明在高pH值抽提时,分子量较低的腐植酸才溶于醇 。后来又试验观察了在pH1.4条件下,不同乙醇浓度、不同固液比和加大盐酸用量进行抽提,对醇溶腐植酸收率的影响⑹。结果是:pH1.4条件下,用95%的乙醇,固液比愈低(乙醇用量大)收率愈高,但大于1∶25时,收率提高辐度不显著;又分别用95%、90%、85%、80%、和75%(V/V)浓度的乙醇抽提,固液比为1∶100,腐植酸收率以80% 的乙醇浓度收率最高(47%),到 75% 略有下降 ,但不显著(降为46.38%),且仍远高于95%乙醇的收率 (37.78%)。这表明抽提时乙醇浓度并不需要很高。对盐酸的用量,试验了在pH1.4的基础上,滴加盐酸(每100毫升乙醇滴加浓盐酸 0.5~4毫升),结果在固液比为1∶25条件下,初始(pH1.4)收率为13.38%,加0.5毫升盐酸后猛增为23.25%,加1毫升盐酸时,收率为28.13%,以后按每次1毫升递增盐酸,收率增加不明显(由1.5毫升的28.75%增加到8毫升的32.0%)。这表明抽提液的pH值只要维持强酸即可。
抽提温度问题,由于一般来讲,温度较高时抽提速度会加快,因而所有试验都在沸腾状态。另外,在大罐中抽提,由于难以搅拌,寄托由沸腾作用来翻动固体物料,因而也希望在沸腾状态下抽提。
3、抽提条件的选定:
试验表明:抽提时溶剂用量愈大,收率愈高。抽提时间延长或抽提次数增加,也可提高收率。但是要考虑设备利用率、能源消耗等经济因素,不能盲目追求高收率。另外,根据笔者体会,乙醇中腐植酸的浓度,一般不超过1.2%。达到此浓度以后,液面即有结皮现象(类似于饱和),因此抽提的终点似以腐植酸浓度0.7%左右手为佳。以此为据,腐植酸的投入量应依据其醇可溶腐植酸的测定值计算,不超过溶剂的1%为度。盐酸用量为在乙醇pH1.0的基础上,适量增加,以确保在反应终点时仍在pH1.0以下。至于乙醇浓度,由于生产过程中,总会有
些水份混入,因而抽提液的乙醇浓度会逐步降低,可在浓度低于50%时不再回收利用。抽提时间,采取第一次2小时,第二次0.5~1小时,只抽提两次即可。如果设备有余,时间充裕,也可以增加抽提次数。
二、抽提工序原料的准备
抽提醇溶腐植酸的原料,可有两种选择:一是用纯度较高的腐植酸,可以提取到纯度较高的醇溶腐植酸,从而减少精制工作的负担;另一途径是直接从风化煤提取。这样做,精制工作量较大,但省却了腐植酸提纯工作,且风化煤中的棕、黄腐植酸不致在提纯腐植酸时被丢弃。而且占用生产场地较少。二者的利弊,可以权衡取捨。
1、使用提纯腐植酸:
纯腐植酸的制备工艺与本章第二节相同,但某些指标不一定那样严格,如灰份的高低对抽提所得醇溶腐植酸的质量影响不大,可以略为放松。而所含无机盐有可能转入醇溶腐植酸,应严格控制(否则醇溶腐植酸的精制工序不能简化)。
2、直接使用风化煤:
对风化煤的处理 ,与本章第二节的酸处理煤相同 。煤的粒度适当减小,以5毫米左右为宜。料度过细不利于与乙醇的接触,也影响收率。煤中水份含量会在抽提时转入乙醇,使乙醇浓度不断降低,故应尽量减少水份。
3、盐酸:
盐酸在浓度较高时会因气化而剌鼻。为此,在使用前可先将其配成1∶1的稀盐酸。当然这样做会增加乙醇的含水量,但应以人身安全为重。
403 第三节 醇溶腐植酸的提取(上)
腐植酸的三个组份 ,除了黑腐酸外,其余都能溶于乙醇。因此,醇溶腐植酸包含有棕腐酸和黄腐酸。至于二者的比例,则视原料煤的降解程度而定。
一、腐植酸的溶剂抽提依据
1、溶剂的选择:
溶剂抽提(或者说萃取)是天然中药提取的一个重要方法。 腐植酸中分子量较低的部分,可以部分地溶解于多种溶剂。但各个级分的溶解度不同 。王天立等曾对风化煤中的黄腐酸,用不同的有机溶剂进行分级⑵,发现巩县风化煤黄腐酸在水和乙二醇中的溶解度最大,可达100% ;其次是乙醇(79.1%)、丙醇(73.0%)、甲醇60.2% )、苯甲醇(59.5%)、四氢呋喃(46.2%)、丙酮(15.8%) ,最低是乙酸甲酯(8.1%)和乙酸乙酯(~1.3%)。大琢紘雄用不同浓度的乙醇,抽提不同埋藏深度的土壤腐植酸,显现不同的收率⑶:表层土壤腐植酸以80%的乙醇抽出率最高,达81%,大于80%的乙醇抽出率为16%;60%乙醇抽出率只有2%;而深层土壤中的腐植酸则以60%和30%乙醇抽出率较高,有的在15%的乙醇浓度下可以抽出40%的腐植酸。以上两种腐植酸,虽然与大同风化煤腐植酸有所不同,但它表明了乙醇(或不同浓度的乙醇)抽提所得物,并不是某种腐植酸(比如棕腐酸)的全部,而且和其它溶剂抽提所得也不尽相同。王兴业同志曾用丙酮从大同风化煤腐植酸中抽提得到棕腐酸几十克,其色泽明显低于醇溶腐植酸,显然分子量也会低一些。可惜后来未能继续作深入研究。
从王天立的研究可以看出,用乙醇抽提法提取棕腐酸和黄腐酸,在经济上是合算的。笔者当时也仅从丙酮沸点低、易燃和价高,而乙醇价格低、沸点比丙酮高,比较安全等条件,选定了用乙醇抽提法作进一步的深入研究。
2、醇溶腐植酸抽提工艺的研究:
在对醇溶腐植酸进行了不同pH值沉淀级分研究的基础上,发现了醇溶腐植酸中≤pH3可溶组分比率较大(大于30%),其理化指标均近似于黄腐酸⒈⑷;从而决定从提取醇溶腐植酸入手,分离制取黄腐酸。由此,开始了醇溶腐植酸提取工艺的研究。
首先试验了不同条件下抽提醇溶腐植酸的收率,发现用95%乙醇,在pH值低于1.4,腐植酸与乙醇的固 / 液比为1∶7时,收率最高⑸。抽提时间以每次2小时,连续抽提三次,收率可达8.5%。在pH偏高(2.4~3..3)时,收率下降,但E4 / E6值增高,这表明在高pH值抽提时,分子量较低的腐植酸才溶于醇 。后来又试验观察了在pH1.4条件下,不同乙醇浓度、不同固液比和加大盐酸用量进行抽提,对醇溶腐植酸收率的影响⑹。结果是:pH1.4条件下,用95%的乙醇,固液比愈低(乙醇用量大)收率愈高,但大于1∶25时,收率提高辐度不显著;又分别用95%、90%、85%、80%、和75%(V/V)浓度的乙醇抽提,固液比为1∶100,腐植酸收率以80% 的乙醇浓度收率最高(47%),到 75% 略有下降 ,但不显著(降为46.38%),且仍远高于95%乙醇的收率 (37.78%)。这表明抽提时乙醇浓度并不需要很高。对盐酸的用量,试验了在pH1.4的基础上,滴加盐酸(每100毫升乙醇滴加浓盐酸 0.5~4毫升),结果在固液比为1∶25条件下,初始(pH1.4)收率为13.38%,加0.5毫升盐酸后猛增为23.25%,加1毫升盐酸时,收率为28.13%,以后按每次1毫升递增盐酸,收率增加不明
显(由1.5毫升的28.75%增加到8毫升的32.0%)。这表明抽提液的pH值只要维持强酸即可。
抽提温度问题,由于一般来讲,温度较高时抽提速度会加快,因而所有试验都在沸腾状态。另外,在大罐中抽提,由于难以搅拌,寄托由沸腾作用来翻动固体物料,因而也希望在沸腾状态下抽提。
3、抽提条件的选定:
试验表明:抽提时溶剂用量愈大,收率愈高。抽提时间延长或抽提次数增加,也可提高收率。但是要考虑设备利用率、能源消耗等经济因素,不能盲目追求高收率。另外,根据笔者体会,乙醇中腐植酸的浓度,一般不超过1.2%。达到此浓度以后,液面即有结皮现象(类似于饱和),因此抽提的终点似以腐植酸浓度0.7%左右手为佳。以此为据,腐植酸的投入量应依据其醇可溶腐植酸的测定值计算,不超过溶剂的1%为度。盐酸用量为在乙醇pH1.0的基础上,适量增加,以确保在反应终点时仍在pH1.0以下。至于乙醇浓度,由于生产过程中,总会有些水份混入,因而抽提液的乙醇浓度会逐步降低,可在浓度低于50%时不再回收利用。抽提时间,采取第一次2小时,第二次0.5~1小时,只抽提两次即可。如果设备有余,时间充裕,也可以增加抽提次数。
二、抽提工序原料的准备
抽提醇溶腐植酸的原料,可有两种选择:一是用纯度较高的腐植酸,可以提取到纯度较高的醇溶腐植酸,从而减少精制工作的负担;另一途径是直接从风化煤提取。这样做,精制工作量较大,但省却了腐植酸提纯工作,且风化煤中的棕、黄腐植酸不致在提纯腐植酸时被丢弃。而且占用生产场地较少。二者的利弊,可以权衡取捨。
1、使用提纯腐植酸:
纯腐植酸的制备工艺与本章第二节相同,但某些指标不一定那样严格,如灰份的高低对抽提所得醇溶腐植酸的质量影响不大,可以略为放松。而所含无机盐有可能转入醇溶腐植酸,应严格控制(否则醇溶腐植酸的精制工序不能简化)。
2、直接使用风化煤:
对风化煤的处理 ,与本章第二节的酸处理煤相同 。煤的粒度适当减小,以5毫米左右为宜。料度过细不利于与乙醇的接触,也影响收率。煤中水份含量会在抽提时转入乙醇,使乙醇浓度不断降低,故应尽量减少水份。
3、盐酸:
盐酸在浓度较高时会因气化而剌鼻。为此,在使用前可先将其配成1∶1的稀盐酸。当然这样做会增加乙醇的含水量,但应以人身安全为重
402 第二节 腐植酸的提取(2)
⑶残渣的水洗回收:
碱溶抽提腐植酸以后,上清液送去沉淀。剩余残渣内仍含有不少腐植酸钠溶液。应在搅拌下加水洗涤回收。这不仅可提高腐植酸收率,节约烧碱,而且回收时用腐植酸钠处理了自来水,使水中的钙镁离子被沉淀脱除,从而有利于提高产品质量。
⑷清液酸化
酸化的目的是富集腐植酸。抽提所得溶液,本身就是腐植酸钠;若加蒸发浓缩,即可直接制成腐钠干粉。但由于腐植酸的浓度很低,一般只有2%左右。要蒸发掉98%的水份,将消耗大量的热能。另外,碱抽提时,酸洗风化煤残留的盐酸,会形成氯化钠混入抽提液;烧碱中还有一些其它可溶性盐类也混在溶液中。因而直接蒸发所得产品,含量会偏低。因此,要得到高纯度的产品,还需充分冼涤腐植酸。
需要说明的是:腐植酸钠溶液经酸化以后,沉淀物就是腐植酸,溶液含有无机盐。此时 若将溶液分离,并洗涤沉淀,应该能得到纯净的腐植酸。为什么不就此进行洗涤呢?这是因为此时的腐植酸沉淀,颗粒非常细小,沉淀物所占体积很大。比如1%的腐钠溶液,酸化后沉淀过夜,沉淀物体积约占30%,这就要消耗大量的洗涤用水。而且在洗涤后期,洗至pH3左右时,就很难再沉淀;处于洗不下去的境地。因此,我们采取酸化后过滤,取沉淀物加碱中和使成钠盐后烘干,然后再用酸处理。这时可得到粒度较大的腐植酸。当以每100升水洗涤1公斤腐植酸时,沉淀物体积可低于10%;从而可节约洗涤用水,并使洗涤操作变得顺利一些。
⑸过滤:
酸化后的腐植酸混悬液,沉淀过夜,次日倾出上清液,沉淀物过滤。沉淀过夜的目的有二:一是使酸化反应进行完全;二是经过沉淀去除一部分溶液,减轻过滤的负担。过滤用布应选质地细密的尼龙布,但又不能过于紧密,否则滤液不能穿过。过滤初期若发现有沉淀穿滤,应回收初滤液进行再过滤。过滤的速度较慢,约需一昼夜以上。滤液含有微量的黄腐酸(主要是钙、镁、铁、铝的氯化物),回收价值不高,可经污水处理后弃去。
⑹滤饼加碱中和烘干 :
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