成都生物所在稻草联产腐植酸水溶肥和纤维素的研究中获进展

　　

 腐植酸作为一种大分子有机物质，具有提高肥料利用率、固碳固氮、调控土壤微生物等作用，在农业生产具有重要的意义。天然腐植酸的形成需要上万年的地质活动，从天然资源中提取腐植酸虽然产量较高，但需消耗大量不可再生资源。目前人工腐植酸的生产主要依靠好氧堆肥方法，但存在产率低、耗时长、臭气逸散等问题。因此寻找一种温和、高效、清洁的腐植酸生产方式对于绿色农业具有重要意义。 

 本研究以典型有机废弃物稻草为原料，以氢氧化钾和尿素为助剂，在常温条件下进行人工腐殖化反应。所得液体产物经磷酸中和后成为腐植酸型水溶肥料，所得固体产物纤维素可用于糖平台发酵的生物炼制或生产纤维材料，实现了无三废的秸秆全组分高值转化利用。实验中利用响应曲面法探究了氢氧化钾浓度、液固比、反应时间对腐植酸转化率、纤维素保留率等关键指标的影响规律，并结合多种测试手段对人工腐植酸进行理化表征，探究了尿素促进腐殖化和参与腐植酸改性的相关机制。该成果对于生物质资源的高值化和精细化利用具有重要的科学意义。 

 研究发现，相对于液固比和反应时间，氢氧化钾浓度是人工腐植酸转化率最显著的影响因子。氢氧化钾浓度的增高促进了腐殖化前体物质木质素和半纤维素的分解，进而提升了腐植酸转化率。但过高的氢氧化钾浓度不仅显著增加成本，还降低了稻草中纤维素组分的保留。最终经响应面优化，结合含腐植酸水溶肥料标准（NY 1106-2010），确定了人工腐殖化的最佳工艺条件为：氢氧化钾浓度为1.5mol/L，液固比为6，反应时间为4h。此时腐植酸转化率为18.36%，浓度为30.60 g/L，同时稻草的纤维素保留率高达93.15 %。在此基础上，尿素的加入促进了稻草中木质素和半纤维素组分的分解，为人工腐殖化过程提供了更多可利用的前体物质。添加1 mol/L的尿素后，腐植酸产量提高了20.71%。尿素的加入也对人工腐植酸的理化性质和形貌特征产生了影响。在腐殖化反应过程中尿素和腐植酸之间形成了C-N键，提高了人工腐植酸的含氮官能团含量。同时，尿素作为一种氢键破坏剂也减弱了木质素之间的氢键作用，使得人工腐植酸的粒径整体减小，在酸性pH值下的溶解度得到提升，拓宽了产品应用场景。该项研究创新提出了一种常温下联产腐植酸水溶肥和纤维素的人工腐殖化技术，对稻草的高值化和精细化利用具有重要的科学意义。 

 本研究得到了江西省科技厅揭榜挂帅项目（20213AAF02023）的支持。研究成果以李东研究员和联合培养硕士研究生王儒贤为共同第一作者，助理研究员邓放为通讯作者发表在Chemical Engineering Journal期刊上。 

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　　常温尿素辅助人工腐殖化联产腐植酸水溶肥和粗纤维材料的研究