利用Fenton试剂实现浒苔小时级腐殖化制备富里酸类肥料的技术研究

本研究针对海洋富营养化导致的浒苔(Enteromorpha prolifera, EP)泛滥问题，创新性地采用Fenton试剂(FeSO4·7H2O/H2O2)实现了EP的快速腐殖化转化。通过自由基介导的降解-聚合路径，1小时内成功制备出含25.5±4.3%富里酸类物质(FLA)的有机肥料，田间试验显示可使卷心菜鲜重提升609.7%。该技术为海洋生物质废弃物资源化提供了高效低碳解决方案。

　　

研究背景
近年来，全球海岸线频发的浒苔绿潮已成为海洋生态系统的重大威胁。这种由富营养化引发的生物入侵现象，每年在我国沿海地区产生数十万吨含水率高达80-90%的浒苔生物质。传统堆肥处理需30-60天且产物品质不稳定，而填埋和焚烧又面临二次污染风险。如何实现这类高湿度海洋废弃物的快速资源化，成为环境与农业领域亟待突破的科学难题。

研究创新
来自东华大学等机构的研究团队独辟蹊径，将传统用于污染物降解的Fenton反应创造性应用于生物质转化领域。通过调控Fe²⁺/H₂O₂比例引发的自由基链式反应，在常温常压下仅用1小时就完成了通常需要数周的腐殖化过程，相关成果发表于《Nature Communications》。这项研究不仅解决了浒苔处置难题，更开辟了自由基化学在有机固废定向转化中的新应用场景。

关键技术
研究采用多尺度表征技术联用策略：通过电子顺磁共振(EPR)捕获·OH/·O₂自由基；利用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)解析分子转化网络；结合三维荧光(3D-EEM)和凝胶渗透色谱(GPC)追踪腐殖质形成过程；最后通过盆栽和田间试验验证肥料效果。实验选用江苏盐城海岸采集的新鲜浒苔，水分含量控制在85±5%。

研究结果

条件优化与产物特性
在0.3g FeSO₄·7H₂O/7mL H₂O₂最佳配比下，体系10分钟内自升温至85°C。产物(OEPF)呈现典型富里酸荧光特征峰(λ_Ex/Em=300-350/375-450nm)，分子量降至500-1000Da范围。XPS显示羧基含量提升58.6%，FT-IR证实芳香化进程符合腐殖化规律。

分子转化机制
FT-ICR MS揭示DOM组分发生显著重构：氮化合物占比从27%增至41%，木质素类物质提升至47%。质量差网络分析识别出30类转化反应，其中加氧(+2O-2H)和脱烷基(-C₂H₆)为主导路径。GC-MS检测到糠醛、吡咯等关键中间体，证实了糖类脱水环化与氨基酸缩合的并行反应机制。

自由基作用验证
淬灭实验显示乙醇(EtOH)处理使体系温度仅达60°C，产物荧光特征消失。EPR捕获到烷基自由基(·R)信号，支持自由基耦合(C-C)形成FLA的假说。这种非生物聚合路径避免了传统堆肥的微生物依赖性。

农业应用验证
盆栽实验中0.2%OEPF使繁缕鲜重提升27.1%，根长增加154.3%。田间试验更显示卷心菜生物量激增609.7%，显著优于原始浒苔(227.8%)和纯铁剂(163.7%)处理。土壤微生物分析发现Vicinamibacteraceae等功能菌丰度提升，证实了产物的生态安全性。

结论与展望
该研究建立了Fenton反应驱动生物质腐殖化的新技术范式，其小时级转化效率较传统堆肥提升720倍。产物中FLA的植物直接吸收特性与微量营养元素(Fe≥2.28%)形成协同增效，为发展"海洋-农田"物质循环提供了关键技术支撑。未来通过反应器设计与热能回收优化，这项技术有望成为沿海城市应对藻华危机的标准化解决方案。研究揭示的自由基介导聚合机制，也为其他高湿度有机废弃物的定向转化提供了理论借鉴。