王彩虹 张文博 王岳俊 周可杰 任天赐

1 河套学院生态与资源工程系 巴彦淖尔 015000

2 新沂市苏蒙肥业有限公司 新沂 221400

黄腐酸是指腐植酸中可溶于酸性、碱性、中性溶液及丙酮、乙醇中的那部分组分[1]。它是腐植酸中溶解度较好、分子量较小、化学及生物活性较高的组分［1，2］。黄腐酸的使用范围较广，在保健美容方面可以促进细胞新生、修复和消炎、提高自身免疫力[3]；在医药卫生方面可以止血活血、消炎、增加免疫功能等[4～6]；在农业方面可以保水保肥、提高农药的药效、促进根系发育等[7]。

目前提纯黄腐酸的方法有硫酸酸析法和碱溶酸析法、发酵法、离子交换法、硫酸丙酮法和电渗析法等[8]。有文献报道，精制黄腐酸纯度一般在95%左右，且重金属含量未知，难以满足药用和食用的要求，或者所用精制纯化方法十分复杂，经济成本较高[9～12]，同时提取的黄腐酸和一些金属阳离子结合如Fe3+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、Mg2+，尤其是重金属（Pb2+、Hg2+、Cd2+），虽然含量很少，但若作为药用黄腐酸必须去除这些重金属。因此，本研究利用大孔型吸附树脂与离子交换树脂结合建立一套新的提纯工艺，用DAX-8 型树脂吸附黄腐酸，用001×7 H+型树脂通过离子交换去除黄腐酸中吸附的金属阳离子，以寻找一种材料价廉、方法简便且高效的提纯工艺，以期得到高纯度的黄腐酸，同时可以为未来黄腐酸的提纯研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验所用主要试剂为分析纯级的盐酸、氢氧化钠、氯化钠、无水乙醇及去离子水，2 种树脂分别为001×7 型树脂（购自廊坊淼阳化工有限公司）和DAX-8 型树脂（购自天津双联科技有限公司），性能参数见表1。

表1 树脂的性能参数Tab.1 Performance parameters of resin

DAX-8 型树脂是由甲基丙烯酸类物质聚合而成的，具有中等极性、聚合的大孔吸附树脂，不溶于常见的酸碱和有机溶剂。它具有大的表面积和连续的孔径，具有优良的理化稳定性，可再生重复使用。

001×7 型树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，是苯乙烯-二乙烯苯共聚交联结构的高分子基体上带有磺酸基的离子交换树脂，它在碱性、酸性、中性介质中都有离子交换功能[13]。根据树脂性能及参考文献[14]，本实验选择001×7 H+型阳离子交换树脂。

1.2 实验样品

本实验所用样品为新沂市苏蒙肥业有限公司提供的纯度为40%的矿物源黄腐酸。

1.3 实验仪器

本实验主要用实验仪器见表2。

表2 实验仪器Tab.2 Experimental instrument

1.4 实验步骤

1.4.1 DAX-8 型树脂的制备

（1）DAX-8 型树脂的装柱。

使用型号为15×300 mm 玻璃树脂柱填装。在树脂装玻璃柱之前应先在柱中加入适量的去离子水（约1/2 树脂柱），然后按以下步骤操作。

a. 将DAX-8 型树脂加入带有去离子水的玻璃柱中。

b. 多余的去离子水排出，保持水面高于树脂层面5 cm 以上。吸附树脂的床层高度根据树脂类型而定。树脂一般只填充树脂玻璃柱空间的1/2 ～1/3，以便进行反洗。

（2）DAX-8 型树脂的反洗。

反洗的目的是为调整树脂在柱中的状态，使树脂颗粒进行分级和去除树脂的碎片和杂物，反洗的步骤如下：

a.去离子水从柱底加入，缓缓的向上流动，缓慢增大去离子水的流速直到树脂床膨胀接近50%～80%，保持反洗的去离子水流速，直到所有气泡被去除，所有树脂颗粒充分扩展，小颗粒树脂被冲出。

b.反洗终止，树脂受重力作用自然沉降。

c.调整液面到树脂床层面5 cm 以上。

（3）DAX-8 型树脂的预处理。

用10%氯化钠浸泡20 h 进行处理，以便去除过量的防腐剂和残留的丙烯酸单体化合物，然后用乙醇浸泡12 h 以上，用去离子水冲洗至干净无味即可使用。

1.4.2 001×7 H+型树脂的制备

（1）称取200 ～300 g 001×7 型树脂，使用无水乙醇300 mL 浸泡树脂24 h；然后用水冲洗至无味。

（2）将浸泡好的树脂装柱，树脂一般只填充树脂玻璃柱空间的1/2 ～1/3。

（3）使用500 mL 3 mol/L 盐酸淋洗柱子，然后用1500 mL 去离子水淋洗柱子，重复此过程2 次，得001×7 H+型树脂。

1.4.3 样品的预处理

将粗级黄腐酸样品溶于适量的去离子水中，将pH 调节至2，在4000 r/min 下离心30 min，除去不溶性成分，并在60 ℃下烘干，备用。

1.4.4 DAX-8 型树脂提纯黄腐酸的研究

DAX-8 型树脂是非离子大孔树脂，其主要是根据物质的极性不同而通过范德华力和氢键来进行物质的分离[15]，黄腐酸分子极性小，DAX-8 型树脂在酸性条件下对黄腐酸吸附力极强，而氨基酸、糖类等极性大，DAX-8 型树脂对其吸附力弱，因此可以通过吸附力的强弱将其分开。

称取1 g 预处理的黄腐酸（干基）试样，溶解在100 mL 的去离子水中，缓慢注入装有DAX-8型树脂玻璃柱进行吸附，过程中用蠕动泵蠕动，让黄腐酸与树脂充分接触。黄腐酸被DAX-8 型树脂吸附与其他溶于水的化合物分开，充分吸附2 h后，弃掉吸附柱下层溶液。使用去离子水反复冲洗离子交换柱，直至柱子流出物在350 nm 处吸光值与去离子水一致（弃掉吸附柱下层洗液）。将0.1 mol/L 的氢氧化钠通过蠕动泵从柱子的顶端注入来脱洗黄腐酸，当流出物与氢氧化钠在350 nm处吸光度一致时，所有黄腐酸全部被洗脱出来。然后将滤液使用旋转蒸发器在65 ℃下进行浓缩，浓缩至大约15 mL，将其转移至烧杯用红外灯干燥至粘稠状，移入干燥箱在75 ℃下干燥至恒重，用灼烧法测定黄腐酸纯度。

1.4.5 001×7 H+型树脂提纯黄腐酸工艺条件的研究

为了后续将DAX-8 型树脂与001×7 H+型树脂结合，研究二者结合后对黄腐酸的提纯效果，必须先知道001×7 H+型树脂提纯黄腐酸时的定量值（即001×7 H+型树脂离子交换的时间、温度、树脂用量）。故取1 g 预处理的黄腐酸（干基）试样，溶解在100 mL 的去离子水中，置于锥形瓶中，通过单因素控制法研究001×7 H+型树脂提纯黄腐酸时的离子交换时间、温度、树脂用量等工艺条件。

1.4.6 DAX-8 与001×7 H+型树脂结合提纯黄腐酸

取1 g 预处理的黄腐酸（干基）试样，溶于100 mL 的去离子水中，通过装有DAX-8 型树脂玻璃柱进行吸附，后用去离子水冲洗并弃掉下渗洗液，然后用0.1 mol/L 氢氧化钠脱洗，将洗脱液置于锥形瓶中，在最佳工艺条件下用001×7 H+型树脂进行离子交换。然后将滤液使用旋转蒸发器在65 ℃下进行浓缩、浓缩至大约15 mL，将其转移至烧杯用红外灯干燥至粘稠状，移入干燥箱在75 ℃下干燥至恒重，用灼烧法测定黄腐酸纯度。

1.5 黄腐酸纯度分析法

利用灼烧法[13，16]测定黄腐酸纯度。将黄腐酸在箱式电阻炉中330 ℃条件下快速脱水1 h，在室温下冷却10 min，称重（m1）。低温灰化后在箱式电阻炉中750 ℃条件下灼烧1 h，并在室温下冷却10 min，称重（m2）。按下式计算黄腐酸纯度（FA）。

式中：FA——黄腐酸纯度，%。

m1——350 ℃快速脱水后黄腐酸的质量，g。

m2——750 ℃高温灼烧后剩余残渣质量，g。

1.6 提纯后黄腐酸的红外光谱表征

将采用DAX-8 与001×7 H+型2 种树脂结合提纯黄腐酸得到的产物在75 ℃下烘干至恒重，用傅里叶红外光谱仪测定。波长设置范围190 ～1100 nm，波长测量范围200 ～100 nm，波长精确度±0.5 nm，光度值范围0 ～200%T 或吸光度-0.3 ～4.0 Abs。

2 结果与分析

2.1 DAX-8 型树脂提纯黄腐酸的结果与分析

通过DAX-8 型树脂提纯黄腐酸，黄腐酸纯化结果见表3。

表3 DAX-8 型树脂提纯黄腐酸的结果Tab.3 The results of purif ication of fulvic acid with DAX-8 resin

由表可知，经DAX-8 型树脂提纯后黄腐酸的纯度平均达到73.74%。说明DAX-8 型树脂对黄腐酸提纯作用明显，但获得黄腐酸的纯度并不是很高。原因可能是在用去离子水冲洗树脂柱与氢氧化钠洗脱树脂中黄腐酸时，洗脱液无法达到与自身对照的吸光度值，故黄腐酸可能没有全部洗脱出来。另外实验中使用的0.1 mol/L 氢氧化钠洗脱液，氢氧化钠洗脱黄腐酸时生成黄腐酸钠，钠离子在高温下被氧化成氧化钠残留下来，或是黄腐酸溶液中残留的氢氧化钠，在高温灼烧时氢氧化钠会氧化为过氧化钠残留下来，都会影响实验结果。

2.2 001×7 H+型树脂提纯黄腐酸工艺条件的结果与分析

黄腐酸具有吸附功能，为除去黄腐酸对重金属的吸附，本实验采取离子交换树脂法以H+取代黄腐酸盐中的金属阳离子释放出黄腐酸，离子交换树脂可经再生处理重复使用，研究树脂的交换效果及时间、温度、树脂用量对提纯效果的影响。

2.2.1 离子交换时间对黄腐酸纯度的影响

固定树脂用量5 g，离子交换温度25 ℃条件下，探究001×7 H+型树脂离子交换时间对黄腐酸纯度的影响，实验结果见图1。

图1 001×7 H+型树脂离子交换时间对黄腐酸纯度的影响Fig.1 Effects of 001×7 H+ resin ion exchange time on fulvic acid purity

由图可直观看出，001×7 H+型树脂在离子交换时间小于120 min 时随着离子交换时间的增加黄腐酸纯度上升，在120 min 时达到最大纯度，在120 min 后黄腐酸纯度基本不变，说明吸附达到饱和。表明它的最佳交换时间为120 min，此时H+型树脂最大纯度FA=84.38%。

2.2.2 离子交换温度对黄腐酸纯度的影响

固定树脂用量5 g，离子交换时间120 min 条件下，探究001×7 H+型树脂离子交换温度对黄腐酸纯度的影响，实验结果见图2。

图2 001×7 H+型树脂离子交换温度对黄腐酸纯度的影响Fig.2 Effects of 001×7 H+ resin ion exchange temperatures on fulvic acid purity

由图可直观看出，随着离子交换温度的升高黄腐酸的纯度上升，在25 ℃时出现峰值，之后随着温度的升高黄腐酸的纯度值略有下降。表明H+型树脂离子交换的最佳温度为25 ℃，此时H+型树脂最大纯度FA=84.41%。

2.2.3 001×7 H+型树脂用量对黄腐酸纯度的影响

固定离子交换温度25 ℃，交换时间120 min条件下，探究001×7 H+型树脂用量对黄腐酸纯度的影响，实验结果见图3。

由图可直观看出，随着树脂用量的增加黄腐酸的纯度呈现先增大再下降之后持平的趋势。表明001×7 H+型树脂用量在4 g 左右黄腐酸的纯度最高，此时H+型树脂最大纯度FA=84.58%。

2.3 DAX-8 型树脂与001×7 H+型树脂结合提纯黄腐酸的结果与分析

使用001×7 H+型树脂离子交换法提纯DAX-8型树脂洗脱液，可进一步提纯黄腐酸，实验结果见表4。

由表可以看出，使用001×7 H+型树脂离子交换法提纯DAX-8 型树脂洗脱液后黄腐酸的纯度均值为94.49%。从结果可以看出DAX-8 型树脂与001×7 H+型树脂结合后提纯效果比单一DAX-8 型树脂要高很多。但是结果未达到99%以上，分析原因可能是001×7 H+型树脂以H+未完全取代黄腐酸盐中的金属阳离子，在高温灼烧时金属阳离子被氧化，影响黄腐酸的纯度。

图3 001×7 H+型树脂离子交换树脂用量对黄腐酸纯度的影响Fig.3 Effects of 001×7 H+ resin ion exchange dosage on fulvic acid purity

表4 DAX-8 型树脂和001×7 H+型树脂结合提纯黄腐酸结果Tab.4 The results of purif ication of fulvic acid with 001×7 H+ and DAX-8 resin

2.4 提纯后黄腐酸的红外光谱表征

对提纯后的黄腐酸进行红外光谱分析，结果见图4。

黄腐酸含有羟基、氨基、羰基、羧基和脂肪族的基团和链，以及酮、醛、醌和酯，轭合有羰基的芳香结构、烯键、酰胺等。由图4 可见，位于3436.53 cm-1处的吸收峰为醇、酚和羧酸基团的O-H的伸缩振动峰。位于2024.89 cm-1的吸收峰为叁键和累积双键中-C=C=O 伸缩振动峰，这个谱带相对较狭。羧酸、酯、酮和醛中C=O 的伸缩振动峰出现在1596.77 cm-1处。小于1400 cm-1的吸收，主要为羧酸和丙烯醚的C-O 伸缩振动和O-H 变形振动。1199.51 cm-1波数处的吸收峰归属于醇、醚的C-O伸缩振动。1039.44 cm-1波数处的吸收峰归属于醚、酯、酚羟基C-O 伸缩振动。600 ～800 cm-1波数范围内的吸收峰为苯环上的C-H 弯曲振动所致。

图4 提纯后黄腐酸的红外光谱图Fig.4 Infrared spectrogram of purif ied fulvic acid

3 结论

使用纯度为40%的矿物源黄腐酸进行提纯研究，得出以下结论：

（1）不同树脂提纯黄腐酸效果对比。使用DAX-8 型树脂吸附提纯黄腐酸纯度为73.74%，使用001×7 H+型树脂提纯黄腐酸的纯度为84.58%，DAX-8 型树脂与001×7 H+型树脂结合提纯黄腐酸纯度为94.49%。DAX-8 型树脂与001×7 H+型树脂结合后提纯效果比单一使用DAX-8 型树脂或是单一使用001×7 H+型树脂提纯效果好。

（2）001×7 H+型树脂提纯黄腐酸工艺条件的研究。001×7 H+型树脂提纯黄腐酸的最佳条件为：离子交换时间120 min，离子交换温度25 ℃，树脂用量4 g。