一種從木薯渣中提取纖維素的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種木薯渣的回收利用方法，即以木薯渣為原料提取纖維素的方法， 還涉及對該提取所得的木薯渣纖維素進(jìn)行改性制備重金屬吸附材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 木薯于19世紀(jì)20年代引入中國，首先在廣東省高州一帶栽培，隨后引入海南島， 現(xiàn)已廣泛分布于華南地區(qū)，以廣西、廣東和海南栽培最多。木薯的主要用途是食用、飼用和 工業(yè)上開發(fā)利用。木薯是工業(yè)上制淀粉的主要原料之一，每年都會產(chǎn)生大量的木薯渣。據(jù)估 計(jì)我國的木薯渣年產(chǎn)量約為30萬噸，且每年以30%比例增長。如果不能很好地利用起來， 不僅會造成浪費(fèi)，而且會危害環(huán)境，其所含廢水還會對植被、土壤造成較大污染。木薯渣的 主要成分是淀粉、粗纖維、少量的蛋白質(zhì)、脂肪及灰分等，是纖維素的較好來源。纖維素的提 取方法常見的有酸法、酸酶法、堿解法和酶法，酸法由于酸選擇性不高，除了分解原料中其 他物質(zhì)，也會使部分纖維素溶解，因此降低了纖維素的提取率，同時(shí)，由于酸作用過于激烈， 會對纖維素的功能造成一定影響，堿解法僅采用氫氧化鈉進(jìn)行堿解，提取的纖維素的含量 不高，因此生物提取法或與生物結(jié)合的提取法被廣泛重視，成為目前的研究熱點(diǎn)，其突出的 優(yōu)點(diǎn)是破壞小、污染輕等。
[0003] 重金屬是具有潛在危害的持久性污染物，主要有鉛、鎘、汞、砷和鉻等造成的污染， 由于重金屬離子難以降解，并且可以經(jīng)過水體富集到生物鏈，最終進(jìn)入人體危害人類健康， 因此，如何治理重金屬廢水及回收其中的貴重金屬離子對于可持續(xù)發(fā)展顯得越來越重要。 目前，已有多種治理重金屬廢水的技術(shù)，水中的重金屬離子可采用氧化還原、化學(xué)沉淀、離 子交換、吸附、膜分離等方法去除，其中吸附具有處理效率高、易于操作、能耗低、可重復(fù)使 用、利于回收重金屬等優(yōu)點(diǎn)，是重金屬廢水處理的最具發(fā)展前途的方法。纖維素吸附材料作 為一種新型的吸附材料，它比活性炭等傳統(tǒng)吸附劑更有優(yōu)勢。第一、纖維素吸附劑是以纖維 素為原料通過改性而得，是一種環(huán)保吸附劑，可降解，不會造成二次污染；第二、纖維素來 源廣泛，自然界儲量豐富，成本低，是一種價(jià)廉的吸附劑；第三、纖維素上有大量的羥基，容 易改性制得自己需要的吸附劑，提高吸附性能。因此，纖維素吸附劑作為的優(yōu)良的吸附材 料將會有一個良好的應(yīng)用前景。目前已有的纖維素基吸附材料主要有利用甘蔗渣纖維素、 柚皮纖維素、苧麻纖維素、竹子纖維素、棉花纖維素、香蕉莖纖維素、向日葵莖纖維素、花生 殼纖維素、鋸肩纖維素等改性制備的，利用木薯渣纖維素制備重金屬吸附材料的報(bào)道較少， 以廢棄物木薯渣為原料，提取并改性制備一種新型的重金屬吸附材料，不僅可以為海南的 廢棄物木薯渣的利用提供一種有效途徑，還能為環(huán)境水體中重金屬污染的治理提供有效手 段，具有很好的研究價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種從木薯渣中提取纖維素的方法，該方法采用生物酶結(jié)合 堿解的方法從木薯渣中提取木薯渣纖維素，操作簡單，所得木薯渣纖維素含量高。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種以上述方法提取得到的木薯渣纖維素為原料制備 重金屬吸附材料的方法，該方法所得產(chǎn)品對重金屬吸附效果好，且實(shí)現(xiàn)了木薯渣的回收利 用，變廢為寶，降低了環(huán)境污染，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下【具體實(shí)施方式】： 一種從木薯渣中提取纖維素的方法，包括以下步驟： (1) 將木薯渣進(jìn)行水洗，除去其中的雜質(zhì)和可溶性物質(zhì)，然后干燥、粉碎，備用； (2) 向粉碎后的木薯渣中加入水，煮沸，使木薯渣中的淀粉糊化，然后加入酶，在超聲下 進(jìn)行酶解，酶解后滅酶，離心，棄去上清液； (3) 向步驟（2)的剩余物中加入氫氧化鈉溶液進(jìn)行堿解，堿解后洗滌、過濾、干燥，即得 木薯渣纖維素。
[0007] 上述步驟（1)中，木薯渣在70-80 °C下干燥6-8h，干燥后粉碎至40-60目。
[0008] 上述步驟（2)中，加入木薯渣6-8倍質(zhì)量的水煮沸5-10min，使其中的淀粉充分糊 化。淀粉糊化完成后，待溫度降至酶的合適溫度，再加入酶進(jìn)行酶解。
[0009] 上述步驟（2)中，可以采用液態(tài)酶或固態(tài)酶進(jìn)行酶解，所述液態(tài)酶為a-淀粉酶 液，所述固態(tài)酶為a-淀粉酶、異淀粉酶和葡聚糖酶的混合物。
[0010] 上述步驟（2)中，當(dāng)所用酶為a-淀粉酶液時(shí)，a-淀粉酶液的質(zhì)量濃度為 0? 2%-L0%，優(yōu)選為 0? 8%。
[0011] 上述步驟（2)中，當(dāng)所用酶為a-淀粉酶液時(shí)，a-淀粉酶液的加入量為木薯渣質(zhì) 量的10倍。
[0012] 上述步驟（2)中，當(dāng)所用酶為固態(tài)酶時(shí)，a-淀粉酶、異淀粉酶和0 -葡聚糖酶的質(zhì) 量比 55-65:7-8:1-3,優(yōu)選為 56:7. 5:1. 3。
[0013] 上述步驟（2)中，當(dāng)所用酶為固態(tài)酶時(shí)，酶的加入量為木薯渣質(zhì)量的2-10%，優(yōu)選 為8%。
[0014] 上述步驟（2)中，當(dāng)所用酶為液態(tài)酶和固態(tài)酶時(shí)，酶解溫度均為50_60°C，酶解pH 均為 5. 5-7. 0。
[0015] 上述步驟（2)中，當(dāng)所用酶為a-淀粉酶液時(shí)，酶解溫度優(yōu)選為60°C、酶解pH優(yōu) 選為6. 0。當(dāng)所用酶為a-淀粉酶、異淀粉酶和0 -葡聚糖酶的混合物時(shí)，酶解溫度優(yōu)選為 55 °C，酶解pH優(yōu)選為6.0。
[0016] 上述步驟（2)中，酶解時(shí)間為30min-90min，優(yōu)選為45min。
[0017] 上述步驟（2)中，超聲功率為90W-150W，優(yōu)選為105W。
[0018] 上述步驟（2)中，酶解完全后，升至KKTC進(jìn)行高溫滅酶。
[0019] 上述步驟（3)中，NaOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%-7%，優(yōu)選為5%。
[0020] 上述步驟（3)中，木薯渣與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為1:8-12,優(yōu)選1:10。
[0021] 上述步驟（3)中，堿解溫度為70_80°C，堿解時(shí)間為45min_105min，優(yōu)選為90min。
[0022] 本發(fā)明還提供了一種重金屬吸附材料的制備方法包括以下步驟： A. 按照上述方法從木薯渣中提取得到木薯渣纖維素； B. 將木薯渣纖維素、琥珀酸酐和溶劑吡啶混合，加熱至回流進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)琥珀酸酐 對木薯渣纖維素的改性，反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥，得到琥珀酸酐改性的木薯渣纖維素，記為 MCR1 ； C.按照下述_、題、_中的任意一種方法對琥珀酸酐改性的木薯渣纖維素進(jìn)行進(jìn)一步 的改性，得到重金屬吸附材料： _.將琥珀酸酐改性的木薯渣纖維素加入飽和NaHC03溶液中，攪拌反應(yīng)30-40min，然 后過濾、洗滌、干燥，得重金屬吸附材料，記為MCR2 ; 瓿.將琥珀酸酐改性的木薯渣纖維素、N，N-二異丙基碳二亞胺、乙二胺和溶劑N，N-二 甲基甲酰胺混合，在惰性氣體保護(hù)、無水環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)乙二胺對琥珀酸酐改性的木 薯渣纖維素的改性，反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥，得重金屬吸附材料，記為MCR3 ; 讓.將琥珀酸酐改性的木薯渣纖維素、N，N-二異丙基碳二亞胺、三乙烯四胺和溶劑N，N-二甲基甲酰胺混合，在惰性氣體保護(hù)、無水環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)三乙烯四胺對琥珀酸 酐改性的木薯渣纖維素的改性，反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥，得重金屬吸附材料，記為MCR4。
[0023] 上述步驟B中，木薯渣纖維素和琥珀酸酐在溶劑中進(jìn)行回流反應(yīng)，木薯渣纖維素 與琥珀酸酐的質(zhì)量比為5 :12_13。
[0024] 上述步驟B中，回流反