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[文献14] 褐煤基黄腐酸的制备及结构表征

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发表时间:2022-10-03 21:01作者:王佳莉来源:fzstd.com网址:http://fzstd.com

大家好!我是制药卓越221班(大一)的王佳莉,今天为大家分享一篇2022年发表在Journal of Molecular Structure(三区,IF=3.841)上的文章,题目为《褐煤基黄腐酸的制备及结构表征》,通讯作者单位为中国矿业大学。

【背景】黄腐酸(FA)是一种分子量低、官能团多、水溶性好、生物活性高的腐植酸组分,其广泛应用于生态修复、污水处理、现代农业、生物医药等领域。FA作为一种金属离子吸附剂,能有效地处理废水中对环境有害的金属离子。FA可增强植物对养分的吸收,提高肥料利用率,提高籽粒品质。在医疗中,FA具有降低血糖含量、提高免疫、抵抗肿瘤形成、促进止血、抗炎症等作用。
FA在诸多领域的广泛应用使得FA的高效制备及其分子表征成为研究热点。从褐煤中提取煤基FA是FA的主要来源之一。超声辅助提取FA可以缩短反应时间,但此法提取效率较低。HNO3氧化预处理可以提高腐植酸含量。经HNO3处理后,煤样中O、N含量增加,C、H、S含量降低,芳香性改善,但使用HNO3处理对环境影响严重。Tang等采用Pd/CeO2纳米催化剂对褐煤腐植酸进行固相活化。结果表明,Pd/CeO2的加入增加了褐煤中腐植酸的活性组分,提高了腐植酸的收率,但催化剂的成本较高,限制了其应用。因此,采用高效廉价的催化剂与多种辅助手段相结合,提高FA的收率,对煤基FA的高效萃取具有重要意义。

此外,FA的结构复杂。现有研究未能全面准确地测定煤基FA的化学成分和分子结构,限制了煤基FA的科学应用。多年来,许多研究人员通过分析FA组分的官能团分布和芳香性等信息,构建了结构模型,以更深入地理解FA的分子结构。Shi等通过透析袋将提取的FA分成三种不同分子量的组分。研究了FA的分子量、浓度和酸性官能团含量对微藻富集铜的影响,从而提高了FA的结构性能和应用价值。Wang等通过间歇吸附实验,结合傅里叶变换离子回旋共振质谱和模拟方法,研究了FA在高铁酸盐上的吸附规律和性质。然而,现有的研究大多集中在不同分子量的FA的应用或单一FA模型的构建上;缺乏对FA的准确分类和对不同组分分子结构特征的详细描述和比较。

本文以我国云南褐煤为原料,以纳米氧化铜为催化剂。利用双氧水在微波辅助下氧化褐煤,制备了一种高效、环保的高产率煤基固形物。得到的FA先用透析袋分类,然后用有机溶剂洗脱进行二次分类。通过化学滴定结合多种光谱技术进一步研究了FA的结构特征,并通过量子化学分析、计算和模拟建立了分子模型。揭示了不同相对分子质量煤基FA组分的分子结构组成规律,为进一步全面研究FA的结构和性能提供了重要的实验和理论依据。

【摘要】煤基黄腐酸(FA)是一种稀缺资源,在现代农业、生态修复、生命科学等诸多领域具有独特功效。然而,高效、环保的FA制备及其结构表征仍有待于实现。本研究以曲靖褐煤为原料,以CuO为催化剂,采用微波辐射过氧化氢氧化法制备煤基FA。根据分子量和极性溶剂溶解度的不同,分离出FA组分。通过元素分析、红外(IR)光谱和13 C核磁共振(NMR)光谱,结合量子化学计算和计算分析,推导和构建了各组分的分子结构模型。结果表明,各组分含有大量含氧官能团,羧基含量>酚羟基含量>醇羟基含量>羰基含量。两种化合物的化学式分别为C44H30O25N(Mr=972)和C53H35O31N(Mr=1181)。测定了分子的三维特性。用高斯软件计算得到的模型的理论红外光谱与实际光谱吻合良好,验证了所建模型的可靠性。本研究为煤基FA的高效制备和结构表征提供了实验支持和科学依据。

【结论】以CuO为催化剂,采用微波辐射过氧化氢法从褐煤中提取FA。用透析袋和有机溶剂洗脱法对纯化的FA进行分级。分类结果表明,FA的平均分子量较低,分子量在100以下的组分约占总分子量的88%。分子量在500以下的FA组分中含有大量极性物质。元素分析、含氧官能团检测、红外光谱、核磁共振谱等表征方法表明,FA的4个袋装组分均含有羧基、酚羟基、醇羟基、羰基等含氧官能团,且各组分中含氧官能团含量随相对分子质量的增加而减少。用四种有机溶剂洗脱得到的分馏组分中也含有许多含氧官能团。各组分的苯环取代方式不同,但均存在三取代苯环。分子量为500-1000和1000-2500的FA化合物的化学式分别为C44H30O25N(Mr=972)和C53H35O31N(Mr=1181)。在FA的分子结构模型中,苯环是主要的芳香族结构,大部分苯环由脂肪族碳链、羰基和醚键连接,羧基主要位于脂肪族碳链上,少量位于苯环上。通过对FA化学成分的分类、结构表征和分子模型的建立,为全面揭示FA的结构特征,促进其科学应用奠定了基础。

引用文献:Guanqun Gong, Zhiling Li, Yingjie Zhang, et al. Preparation and structural characterisation of coal-based fulvic acid based on lignite [J]. Journal of Molecular Structure, 2022, 1260, 132766.   

DOI:10.1021/acsomega.1c00627

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