煤炭腐植酸抽提后残渣液相催化氧化制腐植酸

高志明 李 涛 江歆梅

（北京理工大学理学院化学系 北京 100081）

摘 要：在煤炭腐植酸抽提后的残渣中，加入催化剂和氧化剂，室温下可使残渣中有机质大分子被催化氧化裂解成较小分子、同时引入含氧基团，即转化成腐植酸分子。所用催化剂是对土壤和作物有益的金属氧化物，氧化剂为双氧水。该方法可使残渣中有机质的转化率达35%～70%，系授权的国家发明专利技术，其优点是能够降低残渣排放量、保护环境、提高腐植酸产率和资源利用率、容易规模化生产。

关键词：风化煤 煤炭残渣 催化剂 氧化 腐植酸

Catalytic oxidation of the coal residue into humic acids

Zhiming Gao, Tao Li, Xinmei Jiang

(School of Science, Beijing Institute of Technology, Beijing, 100081)

Abstract: The coal residue, remained after extraction of natural humic acids, can be catalytically oxidized into humic acids. Conversion of the organic substance in the coal residue into humic acids can reach 35%~70%. Thus the procedure of catalytic oxidation of coal residue is an efficient way to reutilize carbon resource and increase humic acids production.

Key words: eathered coal; coal residue; catalyst; oxidation; humic acids.

1 煤炭腐植酸抽提及其残渣的工艺流程

我国风化煤、褐煤等低阶煤资源丰富。低阶煤依产地不同，所含腐植酸量不同(图1)。采用常规的碱液抽提方法可以把煤炭腐植酸溶解出来，然而剩余残渣中除含有无机物外还含有一定量的有机质。若把该残渣作为固体垃圾排放，将产生环境污染、资源浪费等消极影响。因此，为保护环境，实现资源再利用，有必要对煤炭腐植酸抽提后的残渣进行液相催化氧化反应，使残渣中有机质进一步转化成腐植酸，提高产率。见图2。

图1 常规煤炭腐植酸抽提工艺流程图
Fig.1 The conventional procedure to extract humic acids from weathered coal

图2 煤炭腐植酸抽提后残渣的液相催化氧化工艺流程图
Fig.2 The procedure of catalytic oxidation of coal residue into humic acids

由图2可以看出，存在于二次残渣中的固体催化剂可以循环使用。另外，与硝酸相比，双氧水是绿色环保氧化剂，自身被还原时不会产生对环境有害的气体。若使用硝酸作氧化剂，则会产生对环境有害的一氧化氮及二氧化氮气体。当然，使用硝酸作氧化剂可以使氧化再生腐植酸含有硝基基团。

2 结果与讨论

图3是煤炭残渣液相催化氧化反应的一个例子，所示内容为双氧水浓度对残渣有机质转化率的影响。双氧水浓度过高，会导致残渣发生过度氧化，产生大量二氧化碳气体。

图3 残渣催化氧化反应过程中双氧水浓度对残渣中有机质转化率的影响
Fig.3 Influence of concentration of hydrogen peroxide on conversion of the organic substance in coal residue into humic acids

对残渣催化氧化制得的腐植酸进行了元素分析、红外以及核磁共振(13C NMR)波谱分析。结果表明，残渣催化氧化制得的腐植酸与碱液抽提得到的腐植酸具有相似的组成和结构。因此，残渣催化氧化方法可以应用于把残渣转化成腐植酸的工艺过程。