申请日2018.03.13
公开(公告)日2018.09.14
IPC分类号C08H99/00; C07G99/00
摘要
本发明涉及一种污泥堆肥富里酸的提取与纯化方法;从污泥堆肥富里酸提取以及利用XAD‑8型大孔树脂对富里酸进行纯化的方法。将腐熟的堆肥风干研磨作为提取富里酸的原料，向堆肥中按照一定的固液比先顺序加入酸性、碱性提取液，加热搅拌，离心分离得到富里酸溶液。将富里酸溶液上样到XAD‑8型大孔树脂柱上，随后用蒸馏水对柱内残存的盐分进行洗脱。用有机溶剂作为洗脱液洗脱大孔树脂吸附的富里酸，采用真空干燥方法获得富里酸固体物质，纯化富里酸样品有机元素C、H、N、S和O含量分别为46.83%、5.39%、6.35%、0.94%和34.74%，其余杂质主要为Cl、Fe和Ca，含量分别为4.0%、2.47%和0.22%。
权利要求书
1.一种污泥堆肥富里酸的提取与纯化方法，其特征是包括如下步骤：
1)、将腐熟的肥样风干研磨，肥样中加入1～4M的盐酸水溶液，采用电加热炉加热至沸腾，搅拌1～3h，随后进行离心分离，上清液含有富里酸物质;
2)、向离心分离后的固体中加入碱抽提液，用水浴加热至80～100℃下搅拌1h～3h，随后离心分离，上清液采用1M HCl水溶液酸化至pH为2，并静置2h，随后再次离心分离，其上清液中含有富里酸物质;
3)、将步骤1)和2)含有富里酸的上清液混合，随后用NaOH溶水液将pH调至为7，静置2h，然后离心分离出沉淀物，上清液作为XAD-8型大孔树脂提纯的料液;
4)、把步骤3)得到的料液用蠕动泵装入XAD-8型大孔树脂柱中，装完柱后静置1h;然后，用蒸馏水对柱内的无机盐分进行洗脱，直至流出液中检测不出氯离子为止;
5)、采用甲酸与乙醇的混合溶剂作为洗脱剂，把大孔吸附树脂吸附的富里酸洗脱下来，并收集在容器中;
6)、将洗脱液进行真空蒸发干燥，得到纯化的富里酸固体样品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤1)中向肥样中加入1～4M的盐酸水溶液的固液比1:5～20g/mL。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤2)中向离心分离后的固体加入碱抽提液的固液比1:10～20g/mL。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤2)中碱抽提液为0.5～2M的NaOH和NH4HCO3按照体积比为4:1混合后的溶液。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤5)甲酸与乙醇的混合溶剂体积比为4：1～1：4。
说明书
一种污泥堆肥富里酸的提取与纯化方法
技术领域
本发明涉及污泥堆肥中富里酸提取和利用XAD-8型大孔树脂对提取富里酸进行纯化的方法，属于环境保护与固废资源化领域。
背景技术
富里酸(FA)是腐殖质中既溶于酸又溶于碱的组分，其的元素组成较为复杂，主要包括C、H、O、N及少量的S、P等元素。富里酸含有较多的极性结构，芳香性较强，具有较高的生物活性，其分子结构内含有大量的酸性官能团，包括羧基和酚羟基等。富里酸中有各种苯环、稠苯环及杂环，环及支链上连接了各种官能团，因此具有较强的离子交换、络合吸附能力，可与金属离子、氧化物及包含有毒有害物质在内的有机物发生相互作用，从而影响这些物质的环境化学行为。富里酸在工、农、牧、医等方面均有广泛的作用。在工业方面，富里酸可以作为金属离子吸附剂对污废水 进行有害金属离子的处理;在农业方面，富里酸可改良土壤，提高作物的抗旱、抗病能力，增进肥效，促进植物生长并改善植物品质，同时对重金属污染的土地具有修复作用。在畜牧业方面，富里酸添加剂可防治畜禽常见病，促进其生长发育。在医疗方面，富里酸钠被认为具有消炎解毒、止痛、脱敏、去腐生肌与调节免疫的功能，经过几十年的基础研究及临床实践，现已应用于多种疾病的治疗，并取得了一定的疗效。
目前，富里酸的提取方法有盐酸提取法和氢氧化钠碱溶酸析法、硫酸丙酮法、离子交换树脂法、化学氧解法、电渗析法等。由于污泥堆肥中含有大量的无机盐，如Ca、Mg、Al、Fe等金属离子和氯离子等杂质，要得到纯净的富里酸固体则必须对其进行纯化。大孔吸附树脂是20世纪发展起来的一种立体网状结构的非离子型大孔径吸附剂，它是利用富里酸中不同化学性质的组分在不同树脂上的吸附能力不同，而将富里酸进行分级、提纯的一种方法。与氧化铝、碳酸钙和硅胶等无机吸附剂相比，大孔吸附树脂对极性相似的有机化合物具有较高的吸附和洗脱效率，且对有机化合物化学结构的影响较小。目前大孔吸附树脂吸附富里酸的洗脱液主要有HCl、NaOH、Na4P2O7缓冲溶液、NH3水、以及甲醇和乙醇溶剂。
目前富里酸的获得资源主要集中在泥炭、褐煤及风化煤等矿物中，从这些原料中提取富里酸存在矿产资源枯竭和开采过程中的植被和环境破坏问题。随着我国污水处理厂的增加，污泥产量也随之不断增加。而目前我国污泥处理大多采用填埋、投海和焚烧等传统方式，这些方式虽然简单方便，但是会带来占用土地、海洋环境污染及大气污染等问题。采用本发明是利用城市污水厂剩余污泥，采用好氧堆肥，经过微生物处理后污泥中污染性有机物转化为稳定的腐殖质。经过本课题组的前期研究分析发现，污泥堆肥中的富里酸含量远大于煤炭类矿物中富里酸的含量。本发明即是针对污泥堆肥中的富里酸，采用酸、碱提取后，利用大孔树脂净化提取液中的无机盐杂质，得到纯化的富里酸溶液，再经过干燥后得到纯净的富里酸固体。该发明思路不但可以避免富里酸矿物资源枯竭的问题，还能解决城市属于污泥难处置难题，同时避免了污泥堆肥直接使用的重金属生态污染风险，实现污泥的变废为宝(纯净的富里酸固体)的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种污泥堆肥富里酸的提取与纯化的方法，可为市政污泥的高效资源化处理提供技术选择。
本发明的技术方案如下：
一种污泥堆肥富里酸的提取与纯化方法，包括如下步骤：
1)、将腐熟的肥样风干研磨，肥样中加入1～4M的盐酸水溶液，采用电加热炉加热至沸腾，搅拌1～3h，随后进行离心分离，上清液含有富里酸物质;
2)、向离心分离后的固体中加入碱抽提液，用水浴加热至80～100℃下搅拌1h～3h，随后离心分离，上清液采用1M HCl水溶液酸化至pH为2，并静置2h，随后再次离心分离，其上清液中含有富里酸物质;
3)、将步骤1)和2)含有富里酸的上清液混合，随后用NaOH溶水液将pH调至为7，静置2h，然后离心分离出沉淀物，上清液作为XAD-8型大孔树脂提纯的料液;
4)、把步骤3)得到的料液用蠕动泵装入XAD-8型大孔树脂柱中，装完柱后静置1h;然后，用蒸馏水对柱内的无机盐分进行洗脱，直至流出液中检测不出氯离子为止;
5)、采用甲酸与乙醇的混合溶剂作为洗脱剂，把大孔吸附树脂吸附的富里酸洗脱下来，并收集在容器中;
6)、将洗脱液进行真空蒸发干燥，得到纯化的富里酸固体样品。
所述步骤1)中向肥样中加入1～4M的盐酸水溶液的固液比1:5～20g/mL。
所述步骤2)中向离心分离后的固体加入碱抽提液的固液比1:10～20g/mL。
所述步骤2)中碱抽提液为0.5～2M的NaOH和NH4HCO3按照体积比为4:1混合后的溶液。
所述步骤5)甲酸与乙醇的混合溶剂体积比为4：1～1：4。
本发明从污泥堆肥富里酸提取以及利用XAD-8型大孔树脂对富里酸进行纯化的方法。将腐熟的堆肥风干研磨作为提取富里酸的原料，向堆肥中按照一定的固液比先顺序加入酸性、碱性提取液，加热搅拌，离心分离得到富里酸溶液。将富里酸溶液上样到XAD-8型大孔树脂柱上，随后用蒸馏水对柱内残存的盐分进行洗脱。最后用有机溶剂作为洗脱液洗脱大孔树脂吸附的富里酸，最后采用真空干燥方法获得富里酸固体物质，其有机物含量大于93%。本发明得到一种污泥堆肥富里酸酸、碱提取方法以及XAD-8型大孔树脂对纯化富里酸的方法。
