[发明专利]一种利用生物发酵从造纸黑液中提取生化黄腐酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用生物发酵从造纸黑液中提取生化黄腐酸的方法，属于废弃物资源化领域。

背景技术

黄腐酸(fulvic acid缩写FA)，它是腐植酸(humic acid缩写HA)的一个组分。相对于一般腐殖酸而言,黄腐酸具有以下特点：其缩合程度和碳含量较低，分子量较小，容易被生物吸收利用；含有较多的氧；结构上含有更多的羟基、羧基等活性基团，比一般腐殖酸的生理活性大；色泽较浅，水溶性较好，能溶于水、酸、碱溶液；絮凝极限高，缓冲容量大，pH值更接近中性，容易被生物吸收利用。因此,在实际应用上，黄腐酸表现出更高的生理活性。黄腐酸在工、农、医、牧等各个方面均有着广泛的用途。工业方面:主要是用于重金属污水处理，作为金属离子的吸附剂去除废水中的有害金属离子；农业方面：具有改善土壤质量、促进植物生长、抗旱、抗病、提高肥料利用率、对重金属及有机污染的土壤有修复功能等作用；医学方面：己经应用到临床上，黄腐酸有止血、治疗烧烫伤、抑制癌细胞生长等功能；畜牧业方面：黄腐酸添加剂可以促进动物生长发育、防治畜禽常见病等。

目前，国内外生产的黄腐酸大多为矿质黄腐酸，即从风化煤，褐煤，泥炭中提取，常用的提取方法为：碱溶酸析法、强酸法抽提法、硫酸乙醇法、硫酸丙酮法、离子交换树脂法。虽然矿质黄腐酸的提取原料风化煤的价格低廉，但是资源不可再生，且提取工艺相对复杂，需要使用大量化学试剂。再者，使用大量的强酸强碱不仅污染环境，而且容易破坏黄腐酸的活性基团，降低了黄腐酸的生物活性。

我国是纸制品生产和消费大国，造纸废水排放污染仅次于冶金、石化而居第三位。每年废水排放量已达36.7亿吨，约占全国重点统计企业废水排放总量的17.0％，而COD排放量约159.7万吨，占全国COD排放总量的32.4％。造纸黑液是造纸废水中最主要的污染源，约占整个造纸工业污染的90％，其含有难降解的木质素、半纤维素及其衍生物，是一种高碱性的复杂污染体系，易引起水体污染和生态环境的严重破坏，也严重影响了造纸工业的健康和持续发展。因此造纸工业急需解决的问题是治理黑液污染。目前，国内外采用的处理造纸黑液的常规方法主要有碱回收技术、酸析木素技术、电渗析法、湿式氧化法、絮凝沉降技术等。其中碱回收技术是国内大型造纸企业采用的最主要方法，但因为该技术存在设备投入较大，运营成本高的缺点。

一般黑液中有机物(木质素、半纤维素、糖、有机酸等)质量分数占65％-70％，无机物(碱类、硫化物等)质量分数占30％—35％，对环境的危害很大。其中木质素是造纸黑液的主要成分，它是以苯丙烷的衍生物为结构单元通过C—O键和C—C链连接而成的天然高分子化合物，具有超分子特性和高比表面积，含有大量的功能基团，如酚羟基、甲氧基、苄式羟基、羰基、羧基、乙烯基等，易于发生羟甲基化、磺化、羧基化、烷基化等各种化学反应。木质素是含量仅次于纤维素的较丰富的有机物质，如果不加以利用，实质上是对资源的一种浪费。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种利用生物发酵从造纸黑液中提取生化黄腐酸的方法；通过向造纸黑液中添加特定微生物和酶类进行生物发酵来提取生化黄腐酸；本发明首先通过微生物对造纸黒液进行发酵，严格控制发酵条件，将造纸黑液中的木质素、半纤维素等大分子物质进行生物降解，将大分子物质分解为小分子活性物质，增加其活性基团的含量，提高其生物活性。相比未经生物发酵的造纸黒液来说，生化黄腐酸的提取率增加了10％-25％。本发明属于低成本，高产能，操作简便，且适合大批量生产的方法，拥有广阔的开发和应用前景。

一种利用生物发酵从造纸黑液中提取生化黄腐酸的方法，具体步骤如下：

将造纸黒液过滤，除去残渣。将造纸黒液pH值调至7-9后加入造纸黑液体积比1％-3％的菌酶混合液(活菌数为10¹⁰个/ml)发酵；再加入适量的尿素，并控制发酵液中碳氮比(C/N)为20～35:1，含水量50％～70％，温度20～65度，适量通风，供应微生物所需的O₂(氧气)，发酵10-30天。将发酵完成后的发酵混合液置于反应釜中，并向反应釜中加入浓度为0.1mol/L的NaOH溶液；所述发酵混合物和NaOH溶液的体积比为1：10-20；然后向反应釜中通氮气5-10min，赶走O₂，恒温反应4小时；发酵混合液遮光静置10小时；用10000r/min高速离心10-20min除去残渣，使用浓度为6mol/L的盐酸溶液调整离心液pH值至1-2，再用10000r/min高速离心10-20min，得到生化黄腐酸溶液。