作者简介
成绍鑫,中国科学院山西煤炭化学研究所,研究员, 我国腐植酸领域的知名学者。一直致力于我国煤化学和腐植酸化学基础研究与技术开发工作。中国腐植酸工业协会专家委员会委员、《腐植酸》杂志di一届(北京)编委会名誉编委,在煤炭腐植酸的研究和产品的开发方面卓有成绩。主持过8项科研项目。曾任中国化工学会化肥专委会专家组成员、中国腐植酸工业协会理事。先后在《腐植酸》杂志上发表过论文50多篇。
目录
第1章 绪论
1.1 腐植酸研究与应用的意义
1.2 世界腐植酸研究与应用简史
1.3 我国腐植酸研究和开发进展
1.4 发展前景与方向
1.4.1 资源保护和原料选择
1.4.2 生产工艺技术
1.4.3 正确认识腐植酸的问题
1.4.4 关于研究方向问题
1.5 分类
1.6 定义与命名
参考文献
第2章 起源与形成
2.1 生成机理学说
2.1.1 起源物质及反应
2.1.2 转化历程
2.2 原始植物概述
2.2.1 植物的种类和组织构造
2.2.2 植物细胞的构造和组成
2.2.3 植物的化学组成
2.3 腐植酸类物质的生成机理
2.3.1 HS形成前期的表观特征
2.3.2 HS形成前期的典型反应
2.3.3 土壤腐植酸的形成及其影响因素
2.3.4 煤炭腐植酸的形成及其影响因素
2.3.5 水体腐植酸的起源及组成特点
2.4 腐植化历程模型
参考文献
第3章 腐植酸与生态环境
3.1 腐植物质在生物圈中的地位
3.2 腐植酸与土壤
3.2.1 腐植酸对土壤形成和肥力的作用
3.2.2 土壤类型及其腐植酸的稳定性
3.2.3 土壤腐殖质与土壤生态保护
3.3 腐植酸与水体
3.3.1 腐植酸在水中的结合形态
3.3.2 水体腐植酸的生物效应
3.3.3 水体腐植酸的危害及解决方案
3.4 腐植酸与微生物
3.4.1 微生物对腐植酸的降解作用
3.4.2 腐植酸对某些微生物活性的影响
3.4.3 腐植酸是环境微生物与氧化物的电子穿梭体
3.5 腐植酸与环境健康
3.5.1 对某些天然有害元素的富集
3.5.2 对有毒物质的迁移转化问题
3.5.3 对氮氧化物的作用及转化的问题
3.5.4 腐植酸自身的毒性和诱变性问题
3.6 腐植酸与碳循环
3.6.1 生物碳和能量的交换历程
3.6.2 地球碳分布及HS在碳循环中的地位
3.6.3 HS对生物碳平衡的影响因素
参考文献
第4章 资源、提质、分离与精制
4.1 资源评价要点
4.1.1 评价指标和项目
4.1.2 样品的采取和制备
4.2 低级别煤资源特点
4.2.1 泥炭
4.2.2 褐煤
4.2.3 风化煤
4.3 煤炭腐植酸原料的物理-化学预处理
4.3.1 机械活化
4.3.2 超声波处理
4.3.3 浮选和重介质分选
4.3.4 氧化降解
4.3.5 生物化学降解
4.4 生物质的生物化学处理
4.5 提取、分离与精制
4.5.1 提取与分离
4.5.2 纯化
4.5.3 国际腐殖质协会土壤腐殖质综合分离纯化法
4.6 腐植物质的分级
4.6.1 基于酸碱度、溶解和沉淀分级
4.6.2 基于分子尺寸的分级
4.6.3 基于电荷特性的分级
4.6.4 基于吸附特性的分级
参考文献
第5章 化学组成结构及其研究方法
5.1 化学分析法
5.1.1 元素组成
5.1.2 官能团
5.2 物理解析法
5.2.1 分子量及其分布
5.2.2 紫外和可见光谱(UV/VIS)
5.2.3 红外光谱(IR)
5.2.4 电子自旋共振谱(ESR)
5.2.5 核磁共振(NMR)
5.2.6 荧光光谱
5.2.7 拉曼光谱
5.2.8 热分析
5.2.9 X射线衍射
5.3 化学降解-色谱-质谱解析法
5.3.1 常用化学降解方法
5.3.2 色谱分离和分析
5.3.3 质谱法(MS)和色谱-质谱联用(GC/MS)技术
5.3.4 腐植酸类物质的降解产物组成
5.4 腐植酸的化学结构模型及现代概念
5.4.1 结构模型及研究进展
5.4.2 计算机分子模拟
5.4.3 腐植酸结构的现代概念
参考文献
第6章 物理-化学和生物化学性质
6.1 物理性质
6.2 胶体化学和表面化学性质
6.2.1 胶体颗粒尺寸与形状
6.2.2 胶体絮凝作用
6.2.3 胶溶作用
6.2.4 凝胶和干凝胶性质
6.2.5 黏度性质
6.2.6 ζ电位
6.2.7 表面活性
6.3 化学性质
6.3.1 弱酸性及酸性官能团的表征
6.3.2 离子交换性
6.3.3 络合(螯合)性能
6.3.4 氧化还原性
6.3.5 化学稳定性
6.3.6 光化学性质
6.4 生物活性
6.4.1 生物活性的分类
6.4.2 生物活性的机理
6.4.3 生物活性与腐植酸组成结构的关系
参考文献
第7章 化学改性及与其他物质的相互作用
7.1 化学改性
7.1.1 酯化和甲基化
7.1.2 硝化
7.1.3 卤化
7.1.4 磺化和磺甲基化
7.1.5 硅烷化
7.1.6 氨化和酰胺化
7.1.7 酰氯化及长链脂肪胺的合成
7.1.8 重氮化
7.1.9 聚酯化
7.1.10 缩聚与接枝共聚
7.2 与某些其他物质的相互作用
7.2.1 对金属离子的吸附
7.2.2 与砷化合物的作用
7.2.3 与黏土矿物的作用
7.2.4 对矿物的溶解或抑制分散作用
7.2.5 与磷矿及磷酸盐的作用
7.2.6 与碳酸盐的作用
7.2.7 与水泥的作用
7.2.8 与含氮化合物的作用
7.2.9 与农药及其他有机污染物的作用
参考文献
第8章 工业应用
8.1 在钻井液中的应用
8.1.1 基本原理及发展概述
8.1.2 处理剂品种与技术开发
8.1.3 不同来源的煤炭HA的性能对比
8.1.4 发展趋势和开发方向
8.2 在铅蓄电池和电极材料中的应用
8.2.1 蓄电池阴极板中应用的研发进展
8.2.2 蓄电池应用中的问题及发展方向
8.2.3 电极材料中的应用
8.3 水质处理中的应用
……
第9章 农业应用
第10章 畜牧养殖业中的应用
第11章 环境保护中的应用
第12章 医药应用
第13章 主要产品与技术
参考文献
内容摘要
第1章 绪论
五十多年前,有位在黑龙江农场插队的知青朋友给我来信说,那里的土地黑得像墨,肥得流油,“插双筷子都能生根发芽”。当时,总以为朋友的描述不可思议。又过了十几年,当我进人腐植酸研究行列,并亲自去东北考察后才真正领略到那“黑色”的深奥和内涵。朋友的描述尽管过于夸张,但那黝黑广袤的土地以及她孕育的一望无垠的绿色生命,确实令人震撼!我们现在已经知道,这种蕴藏在土壤中的黑色物质就是腐殖质,其中绝大多数是腐植酸类物质。这类物质似乎虚无缥缈,不像矿石、煤炭那样一目了然,但它们确确实实是以实体存在的宝贵资源,而且在默默地为生物和人类做着贡献。它们在地球生物圈的数量大得惊人,可以万亿吨计算;它们的起源年代非常久远,大约45亿年前地球上有生命时就出现了,而有了陆生植物时(约4亿年前)开始大量积累;它们分布的范围也非常广泛,在低级别煤炭(泥炭、褐煤和风化煤)中含量最多,在苍莽的林海、草原和寒一温带黑土地中大量积累(所以才有东北看到的景象),在耕地表层、河海底泥、动物粪便、有机肥料、污泥、垃圾、人工发酵产物中也为数不少,即使在高山荒原、冻土带表面、江河湖海水域,在死亡动植物细胞或患病组织中,甚至在大气尘埃中也有腐植酸类物质的踪迹(一般含量不到1%,所以看不到其黑色“容貌”)。可以说,凡有生命的地方,就有腐植酸的一席之地。早在史前社会,腐植酸就与生物和人类生活结下了不解之缘。到五六千年前的农耕时代,人类才开始自发地利用腐植化的有机质。直到近代和现代社会,人类已经进入理性认知和自觉应用腐植酸的时代。
1.1腐植酸研究与应用的意义
腐植酸类物质数量如此巨大.分布得如此广泛,几乎无所不在,但占地壳的重
量却平均不到1‰。虽然比例很小,但在生物圈中的地位却很重要。因此,对腐植酸类物质的研究和合理利用非常必要,可以归纳为以下几点。
(1)在多学科研究中都不能回避腐植酸 腐植酸研究较早为腐植酸化学,腐植酸化学是天然有机化学和地球有机化学的一个分支,涉及地理学、煤化学、土壤化学、微生物学、植物生理学、生态学、气象学等诸多领域。在这些学科的研究中,都不可能回避腐植酸。比如,植物的生长、土壤的形成与肥力、煤的生成与转化、微生物的繁衍与代谢、地球碳循环等等,都与腐植酸有千丝万缕的联系。深入研究腐植酸的起源、组成结构以及其在自然界的反应与转化历程,有助于加深对地球生物圈循环机制的认知,进而为人类认识自然、改造自然提供科学依据。
(2)腐植酸类物质与地球环境及人类生活有密切关系 深入研究它们如何影响矿物质的积累和迁移,如何影响土壤肥力和植物生长,它们与各种物质(如矿物、化肥、农药、生长调节剂、石油产品、酶物质等)发生什么样的作用,它们在生物碳循环中又是扮演什么样的角色,哪些作用因素对人类是有利的,哪些是有害的等等。搞清这些问题,我们就能掌握腐植酸类物质的演变规律,“调动”它们的活性,为保护地球生态环境和促进人类健康服务。
(3)发掘和评价腐植酸资源是腐植酸研究开发的基础工作土壤、水体中的腐植酸含量很低,不可能提取出来作为资源加以利用。真正能作为资源利用的,主要是低级别煤炭(包括泥炭、褐煤和风化煤),其腐植酸含量一般在20%~70%;一些天然生物质(植物残体、污泥、动物排泄物等)本身含一定数量的腐植酸,经生物化学处理后也可作为腐植酸的来源。如何有效地保护、开发和合理利用这些资源,对我国腐植酸工业和应用的可持续发展有重要的现实和长远意义。
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