棉秆与盐碱土协同催化热解制备人工腐殖酸及其农业应用潜力

本文推荐：本研究创新性地利用盐碱土(SAS)替代传统强碱剂，通过热解腐殖化技术从棉秆(CS)中高效制备人工腐殖酸(AHA)，最优条件下产率达23.33%。研究发现SAS提供的碱性环境及Na+/Fe3+等金属离子可促进木质素解聚为多酚结构，提升AHA芳香性。碳流分析显示60.5%碳被固定，水培实验证实200 mg L-1 AHA显著促进小麦生长，残碳对Pb的固定率达16%，为盐碱土改良与生物质固废资源化提供了"负碳排放"新策略。

　　

Highlight

本研究成功利用盐碱土(SAS)作为经济型碱源，通过协同催化热解从棉秆(CS)中制备人工腐殖酸(AHA)。在最佳条件(250℃、2小时、SAS/CS比例4:1)下获得23.33% ± 1.12%的AHA产率。

材料与方法

实验采用新疆产棉秆与盐碱土(SAS)，经105℃干燥24小时后粉碎至100目。盐碱土特性见表S1，其富含Na⁺、K⁺、Fe³⁺和Al³⁺等金属离子，为反应提供碱性环境。

反应参数优化

通过响应面法建立二次回归模型(公式3)，发现SAS/CS比例、温度和时间对AHA产率呈正相关。交互项AB(比例×温度)和AC(比例×时间)显示协同效应，而BC(温度×时间)存在拮抗作用。

作用机制

盐碱土通过双重催化发挥作用：

1）碱性环境促进木质素解聚生成邻甲酚、丁香酚等酚类单体

2）Fe/Al氧化物加速蛋白质缩合反应

傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实产物含有典型羧基(1720 cm^-1)和芳香环(1620 cm^-1)结构。

农业验证

水培实验显示200 mg L^-1 AHA使小麦生物量提升47%。残碳比表面积达6.57 m² g^-1，对铅(Pb)的固定效率为16%，有效缓解重金属胁迫。

结论

该技术实现"一石三鸟"：盐碱土资源化利用、生物质固废增值转化、以及碳负排放目标，为农业可持续发展提供新范式。