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有关腐植酸应用化学的探究

2020-01-04 384 上传者：管理员

摘要：在我国提倡生态农业建设、无污染环保的理念下，使腐植酸的应用备受关注。因此文章研究了腐植酸的应用化学，对腐植酸的构成、提取方式及性能进行了分析，并研究了腐植酸在各领域的应用。

关键词：
应用化学
提取
构成
现状研究
腐植酸
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腐植酸（Humic acid）是自然界当中广泛存在的一种大分子有机物质，是动植物的遗骸，经过微生物的分解以及转化而形成的。自身结构相对比较复杂，包含着很多种元素，正是因为构成部分的复杂性使其广泛应用在农、林、化工、石油、环保、医药卫生等领域。

1、腐植酸的分类及构成

1.1 腐植酸的分类

从来源的角度可以将腐植酸分为三类：原生、再生、合成。原生指的是自然界中天然物质自身化学成分发生反应所形成的腐植酸，而再生和合成是通过人工技术处理所形成的腐植酸，再生腐植酸是对自然物质进行人工技术处理，合成腐植酸则属于人工合成物[1]。而从可溶性方面也可以进分类，同样被分为三类：黄腐植酸、棕腐植酸和黑腐植酸。黄腐植酸的可溶性最强，能够于水相容，棕腐植酸不能够溶于水，但是能够溶于酸碱之中，而黑腐植酸可溶性最差，只能和碱相溶。

1.2 腐植酸的构成

腐植酸的自身结构相对比较复杂，主要有碳元素、氧元素、氢元素、磷元素、硫元素以及氮元素。动植物遗骸的腐植化程度会随着时间的推移，而逐渐的加大，从而使碳元素的含量不断的提升，氢元素含量逐渐减少。我国的土壤中所存在的腐植酸含量大概在50%~60%之间。而在腐植酸当中有30%~35%是一种叫胡梅酸氧的化学物质。而磷元素、硫元素、氮元素在腐植酸当中所占的含量大致是相同的，总体一般在6%以下。

2、腐植酸的提取方法

腐植酸是动植物遗骸通过降解所形成的，过程中经历了一系列的化学反应，而这一过程需要大量的时间，所以人们在进行腐植酸的提取时通常会选择从煤炭当中进行提取。而常见的提取方式有3种：

2.1 酸抽提剂法

酸抽提剂法最大的优势就是其提取时间较短，并且整个提取过程当中的操作步骤也比较简单，所需要的碳酸物用量也较少，能够节省一定的成本，但是酸抽提剂法也有一定的缺陷，就是其提取出的腐植酸中杂质较多，往往在后续的实际应用中会因为纯度不够而无法和其他物质产生化学反应[2]。

2.2 微生物溶解法

微生物溶解法很好的弥补了酸抽提剂法在纯度不够上的缺点，所提取物的活性是非常强的，但是这种提取方式所需要的提取时间比较长，所以往往该方式都会被应用在实验分析的研究中。

2.3 碱溶酸析法

该方式是目前较为常用的一种方式，其提取出腐植酸的活性较高，提取周期也相对较短，该方式在提取时都会对原材料进行一定的处理，比如：空气氧化处理、超声波处理以及硝酸氧化处理等[3]。通过该方式进行提取的腐植酸，其分子内芳香环和脂肪链当中的羧基均具有可离解氢离子，这也让腐植酸能够有效的进行酸度容量的互换。

3、腐植酸的应用化学研究

3.1 腐植酸应用于生命科学领域

腐植酸在生命科学领域能够起到抵抗疾病、促进动植物发育的作用。腐植酸应用到农药当中，能够对植物的腐烂病、烂秧病起到明显的效果。在针对蚜病时，腐植酸能够对植物的组织细胞进行强烈的刺激，从而使愈伤组织能够得到快速的繁殖和生长，可以降低辣椒的炭疽病和红薯的黑斑病发病概率，还能够有效的对部分经济作物的质量进行改善[4]。

有国外学者认为，在腐植酸中的多共轭芳香结构、官能团的氢键缔合体系以及电子性质的交换结构会对生物效应造成一定的影响。能够为农作物提供生长中所需要的营养，并使农作物自身的养分一直处于一个均衡的状态，而这种状态在化学反应当中被归为氢醌的氧化还原反应。所以腐植酸在植物生长过程中能够起到激素的作用，通过对农作物采用适量的腐植酸进行促进生长实验，可以发现腐植酸不但能够起到生长素的作用，还有促进细胞分裂的作用。主要是因为腐植酸会对吲哚乙酸氧化酶起到抑制的作用，使农作物通过腐植酸得到有效的成长。

农作物的生理活性与自由基有着很大的联系，是通过农作物的新陈代谢所进行的，如图1所示。图1腐植酸氧化还原结构的互相转化腐植酸能够加大农作物的生理活性，通过刺激或者提高农作物当中一些酶的活性，使农作物的呼吸强度以及根系作用得到提高，不但能够促进农作物的生长还能够对防治常见的疾病。腐植酸在生命科学领域不但只是应用在农业上，腐植酸还还可以作为动物饲料当中的添加剂，只需要在动物饲料当中添加0.1%～0.5%的腐植酸钠，就能够起到促进新陈代谢的作用，加快动物的生长速度，并且还能够改善一些动物的肉质，减少动物发生疾病的概率。腐植酸还被应用在药理的研究以及临床试验当中，能够抵抗炎症、活血止血、促进微循环、调节内分泌、最重要的是腐植酸还能够减少动物体内所在存在的肿瘤数量，成为了治疗癌症的一个重要工具。

3.2 腐植酸应用在能源化学领域

针对于石油能源，腐植酸主要应用在钻井液的调节剂上。其中包括降滤剂、降粘剂、防塌剂等，钻井液调节液的主要作用就是调节页岩的分散抑制性、降滤失性以及流变性。腐植酸成本较低，来源也比较广泛，并且能够和粘土矿物进行相互的作用，这也让腐植酸成为了石油开采中钻井工程里常用的调节剂。腐植酸在钻井液调节剂当中不光起到了粘土吸附的作用，还能够提高空间稳定化和体系静电的作用，一些没有被吸附的腐植酸大分子能够有效的对粘土粒子聚合起到阻止的作用，使粘土粒子能够保证均匀的分布，从而达到整体的稳定性要求。本文以钻井液降粘剂为例阐述相关的化学应用。在钻井的过程中，泥浆会受到岩石当中可溶性盐的影响，对于一些钙质的地层会产生污染，而受到污染后，会使泥浆的粘度加大，所以为了能够正常的进行钻井需要降低泥浆的粘度[5]。降粘剂主要是通过腐植酸吸附在粘土颗粒之上，阻止颗粒相互进行粘合的过程。腐植酸钾当中的K+能够将钙质地层中泥浆中的Ca2+进行交换，使钙污染减少，降低泥浆的粘度，从而起到稀释的作用。而腐植酸钠还能够作为石油开采中稠油井筒乳化剂来使用，据相关实验表明，使用浓度在1%～2%，油水比在0.5～1.5且矿化度为5000g/L的乳化液进行破乳处理，其效果最为明显，而且非常适合在钻井工作中应用。

3.3 腐植酸应用于生态环境保护领域

腐植酸在环境保护的领域也起到了很大的作用。近年来，我国土壤污染情况比较严重，这也影响了农作物的产量以及品质，同时也对大气和水资源造成了一定的影响。

大气污染会引发酸雨，而酸雨会使水资源酸化、农作物减产，严重的甚至会改变的组成以及一些金属元素的活跃性。在大气当中存在的氮氧化物、SO2有70%是来自人类的活动中。而人们也开始研究关于酸雨侵蚀的防治研究，通过利用腐植酸的酸性和盐碱土当中碱性所发生的中和反应，来对土壤的PH值进行调节。从而达到盐碱地的治理效果。采用红外光谱进行分析和证明，发现在酸性的土壤当中，腐植酸分子机构、分子重量以及溶解度都是保持不变的。主要原因是，腐植酸盐溶液的浓度为0.1～5g/L时，腐植酸钾能够通过缓冲的作用，将PH值为3～9范围之内的酸碱性溶液保持在5～6.5，而腐植酸钠则可以将pH值为4～9范围内的酸碱性溶液保持在5～6.5。

腐植酸也可以应用在循环水的处理上，实现对工业循环水系统当中结垢和腐蚀上的控制，腐植酸的在循环水处理中不但能够提高相关设备的换热效率，还能够延长设备的使用寿命、并且还能达到节能、节水的效果。在养殖用水处理上通常采用黄腐酸进行工作，我国所研发的腐植酸蓝藻抑制剂就是其中的一种，能够对池水中的藻类进行生长抑制，还不妨碍池水中鱼类的生长情况，从而对使生态环境得到平衡。腐植酸还能够应用在景观水的处理上，近年来，我国很多的高档小区之中有很多建筑景观水体，而很多物业公司开始采用含有腐植酸成分的生物激活剂对景观水进行修复。而这类处理手段主要原理是，向景观水当中投放少量含有腐植酸的生物激活剂，能够有效对水体当中存在的微生物起到刺激的作用，从而实现景观水的自净能力，使水体当中污染物得到降解，从而改善水质。而该项技术修复速度快，并且对环境、生物、人体都没有影响，操作方便得到了广泛的应用。

腐植酸还常用于土壤的修复方面，在修复土壤的过程中和土壤中所含有的重金属形成化学键，然后将重金属转换成络合物从而实现关于土壤的修复。如图2所示。图2腐植酸吸附重金属离子所起的改良作用

在图2的络合反应中，可以看出有至少两个非金属的粒子官能团作用在一个重金属离子上，从而实现了土壤重金属的转化，成功的治理了存在重金属污染的土壤。腐植酸在对重金属污染严重的土壤能够起到缓冲和净化的作用，其主要的作用机制是：腐植酸和土壤中重金属离子进行交换反应，避免重金属离子进入植被内循环中，并稳定土壤的结构，促进土壤当中微生物的活性，然后和重金属离子进行络合反应将重金属离子钝化，最后腐植酸通过与氮、钾、磷等土壤中其他的微量元素进行复配，实现土壤结构和质地的改良。

4、结语

腐植酸有着十分明显的优势，其吸附能力强，被广泛的应用在生命科学、能源科学、环境科学当中。比如：腐植酸植物生长调节剂、腐植酸类控释符合肥料、腐植酸水煤浆添加剂、重金属离子处理等。但是科学研究是不断进步的，所以还需要对腐植酸进行相关的科学研究和评价，实现在其他领域上的应用。

参考文献：

[1]林明武.腐植酸应用化学研究进展分析[J].中国石油和化工标准与质量,2016(10):41.

[2]王倍.关于腐植酸的应用化学研究综述[J].化工管理,2017(02):86.

王小豪.腐植酸的应用化学研究[J].化工管理,2019,(26):14-15.