汽爆法制得的黃麻多糖及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于含重金屬離子污水治理領(lǐng)域，具體涉及一種以黃麻提取物為吸附材料去除水中六價(jià)鉻離子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自18世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)金屬元素鉻以后，鉻及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，成為冶金、金屬加工、電鍍、制革、油漆、印染、制藥、照相制版等行業(yè)必不可少的原料，由此產(chǎn)生大量的含鉻廢水。鉻在自然界中主要以Cr(m)和Cr(VI)的形式存在，Cr(m)是一種人體必需的微量元素，而水溶性Cr(VI)則被列為對(duì)人體危害最大的8種化學(xué)物質(zhì)之一，為國際公認(rèn)的3種致癌金屬物之一，同時(shí)也是美國EPA公認(rèn)的129種重點(diǎn)污染物之一，含Cr(VI)廢水必須經(jīng)處理達(dá)標(biāo)方可排放。
[0003]黃麻為椴樹科(T i I iaceae)黃麻屬(Corchorus) 一年生草本植物，長期以來黃麻主要被用作天然纖維原料，近年來研究表明，長果黃麻對(duì)Cr(VI)、Cd、Pb、N1、Cu等重金屬具有很強(qiáng)的吸附性能，黃麻全株均可用于吸附重金屬，江平公開了一種利用黃麻纖維吸附重金屬鉛的水處理裝置(專利公開號(hào)CN203513320U)，鄭彤發(fā)明了一種微波快速改性黃麻制備重金屬離子交換纖維的方法(專利公開號(hào)CN104562632A)，發(fā)明人致力于Cr(VI)的陰離子基團(tuán)的吸附研究，發(fā)現(xiàn)黃麻葉和嫩梢相對(duì)于莖桿來說對(duì)于Cr(VI)具有更強(qiáng)的吸附能力(《黃麻吸附重金屬Cr(VI)專用種質(zhì)篩選》，溫嵐等)，同時(shí)，發(fā)明人還就黃麻對(duì)溶液中Cr(VI)的生物吸附機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明黃麻葉(干燥后粉碎)對(duì)Cr(VI)的最大吸附量可達(dá)185.09mg/g，吸附動(dòng)力學(xué)符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，吸附等溫線符合Langmuir模型。
[0004]黃麻葉片和嫩梢之所以具有更優(yōu)異的去除水體中六價(jià)鉻的性能，是因?yàn)檫@些組織細(xì)胞富含果膠等多糖類物質(zhì)，這些多糖中的-OH和-NH2等基團(tuán)是典型的堿性基團(tuán)，從構(gòu)象上來看，都是平伏鍵，這種特殊結(jié)構(gòu)使得它們對(duì)具有一定離子半徑的金屬離子在一定的PH值條件下具有螯合作用，是一種天然的金屬螯合劑。
[0005]以黃麻葉片和嫩梢為吸附材料去除水體中六價(jià)鉻，具有價(jià)格低廉、高效、操作簡單等突出特點(diǎn)，但是黃麻葉片和嫩梢不易保存和運(yùn)輸，而且附加值低，不易推廣，本發(fā)明提供一種從黃麻葉片和嫩梢中提取有效成分——黃麻多糖的方法，可實(shí)現(xiàn)廢物利用，增加黃麻的附加值，同時(shí)為含Cr(VI)的污水處理提供了一種新的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明使用長果種黃麻的葉片和嫩梢作為原料，將其中豐富的果膠等多糖類物質(zhì)利用物理和化學(xué)手段分離出來，所得物質(zhì)吸附效果好，操作簡單，成本低，容易實(shí)現(xiàn)商品化，增加黃麻這一傳統(tǒng)纖維作物的附加值。
[0007]本發(fā)明包含以下內(nèi)容:
[0008]—、以新鮮黃麻葉片和嫩梢為原料提取黃麻多糖的方法，步驟如下:
[0009](I)原料準(zhǔn)備:長果黃麻開花前收獲葉片和嫩梢，所述嫩梢為植株主莖頂端以下15cm左右的莖尖組織，將新鮮組織洗凈，打漿機(jī)打碎制漿；
[0010](2)預(yù)處理:向步驟(I)制得的漿液中添加濃度5%的酸性溶液，添加量為原料質(zhì)量的10-15%，常溫下攪拌30-60min;
[0011](3)蒸汽爆破:爆破壓力為1.5MPa，維壓時(shí)間為3-12min;
[0012](4)分離過濾:紗布過濾或石英砂抽濾，收集爆破渣；
[0013](5)汽爆渣的處理:利用酸性溶液在室溫條件下浸提汽爆渣，浸提時(shí)間l_2h，過濾得浸提液；
[0014](6)收集沉淀:向步驟(5)中獲得的浸提液中加入1-5 %體積的飽和氯化十六烷基吡啶，收集沉淀，沉淀為粗萃的黃麻多糖；
[0015](7)純化:將步驟(6)中的粗萃物用高壓液相色譜分離、提純得到分子量為500-20000道爾頓的黃麻多糖。
[0016]優(yōu)選的，本發(fā)明使用的長果黃麻的品種為“中黃麻四號(hào)”。
[0017]優(yōu)選的，步驟(2)中添加的酸性溶液為有機(jī)酸，進(jìn)一步優(yōu)選為醋酸。
[0018]優(yōu)選的，步驟(3)中維壓時(shí)間為5-10min。
[0019]優(yōu)選的，步驟(4)分離過濾的方法優(yōu)選為石英砂抽濾。
[0020]優(yōu)選的，步驟(5)中使用的酸性溶液為有機(jī)酸，進(jìn)一步優(yōu)選為濃度為15-30%的醋酸。
[0021 ]采用高效液相色譜鑒定所制得的黃麻多糖純度為85?90%。
[0022]二、以干燥的黃麻葉片和嫩梢為原料提取黃麻多糖的方法，步驟如下:
[0023](I)干燥:長果黃麻開花前收獲葉片和嫩梢，所述嫩梢為植株主莖頂端以下15cm左右的莖尖組織，將葉片和嫩梢晾曬后，在35_50°C烘箱內(nèi)烘干至恒重；
[0024](2)粉碎:用超微粉碎機(jī)粉碎，過100目網(wǎng)篩，得到粒徑為0.15mm的黃麻葉片和嫩稍組織粉末(以下步驟中簡稱黃麻粉末)。
[0025](3)預(yù)處理:向步驟(2)制得的粉末中添加濃度5 %的酸性溶液，添加量為原料的100-150%，常溫下攪拌30-60min;
[0026](4)蒸汽爆破:爆破壓力為I.5MPa，維壓時(shí)間為8min ；
[0027](5)分離過濾:紗布過濾或石英砂抽濾，收集爆破渣；
[0028](6)汽爆渣的處理:利用酸性溶液在室溫條件下浸提汽爆渣，浸提時(shí)間l_2h，過濾得浸提液；
[0029](7)收集沉淀:向步驟(6)中獲得的浸提液中加入1-5 %體積的飽和氯化十六烷基吡啶，收集沉淀，沉淀為粗萃的黃麻多糖；
[0030](8)純化:將步驟(7)中的粗萃物用高壓液相色譜分離、提純得到分子量為500-20000道爾頓的黃麻多糖。
[0031]優(yōu)選的，步驟(3)中添加的酸性溶液為有機(jī)酸，進(jìn)一步優(yōu)選為醋酸，添加量與原料的質(zhì)量相等。
[0032]優(yōu)選的，步驟(4)中維壓時(shí)間為8min。
[0033]優(yōu)選的，步驟(6)分離過濾的方法優(yōu)選為石英砂抽濾。
[0034]優(yōu)選的，步驟(7)中使用的酸性溶液為有機(jī)酸，進(jìn)一步優(yōu)選為濃度為15-30%的醋酸。
[0035]本發(fā)明采用高效液相色譜鑒定所制得的黃麻多糖純度為81?93%。
[0036]三、應(yīng)用黃麻多糖去除水體中一定濃度的Cr(VI)離子:
[0037](I)待處理的含Cr(VI)污水的準(zhǔn)備:將110°C下干燥2h的重鉻酸鉀用dd H2O溶解，配成Cr(VI)儲(chǔ)備液，再配制成一定濃度Cr(VI)的待測液，使其分別含有80mg/L、100mg/L、120mg/L、300mg/L、500mg/L 和 700mg/LCr( VI)離子。
[0038](2)pH值調(diào)節(jié):10mL—定濃度的Cr (VI)溶液置于燒杯中，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60 %~68%的HNO3和飽和NaOH調(diào)節(jié)pH至4-7 ；
[0039](3)吸附:向(2)中的待處理污水中加入相當(dāng)于Cr(VI)離子質(zhì)量5-10倍的黃麻多糖，置于攪拌儀上以150r/min的速度攪拌60-90min。
[0040](4)效果驗(yàn)證:取出1.4mL混合液，離心(15000r/min)2min，取上清液測定Cr(VI)濃度。溶液中Cr(VI)的濃度采用二苯碳酰二肼分光光度法(GB 7467—1987)測定。
[0041]上述步驟(I)待處理的含Cr(VI)污水的準(zhǔn)備是為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，在實(shí)際操作過程中，只需要測定待處理污水的Cr(VI)濃度，既可根據(jù)步驟(3)計(jì)算黃麻多糖的用量。
[0042]步驟(2)中pH值的范圍優(yōu)選為4-5。
[0043]應(yīng)用該吸附劑去除Cr(VI)的效果用去除率表示，與黃麻粉末進(jìn)行效果對(duì)比，結(jié)果見說明書附圖(圖1)。
[0044]圖1清楚的顯示了黃麻粉末和黃麻多糖在處理不同濃度的含Cr(VI)液體中的去