黃麻多糖的超臨界提取及其應(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(guó)際公認(rèn)的3種致癌金屬物之一，同時(shí)也是美國(guó)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(shù)科(T i I iaceae)黃麻屬(Corchorus) 一年生草本植物，長(zhǎng)期以來(lái)黃麻主要被用作天然纖維原料，近年來(lái)研究表明，長(zhǎng)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(kāi)了一種利用黃麻纖維吸附重金屬鉛的水處理裝置(專(zhuān)利公開(kāi)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(zhuān)利公開(kāi)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(lái)說(shuō)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(zhuān)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(lèi)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(lái)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(jiǎn)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(zhǎng)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(lèi)物質(zhì)利用物理和化學(xué)手段分離出來(lái)，所得物質(zhì)吸附效果好，操作簡(jiǎn)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]—、黃麻多糖的提取，步驟如下:
[0009](I)干燥:長(zhǎng)果黃麻開(kāi)花前收獲，將葉片和嫩梢晾曬后，在35_50°C烘箱內(nèi)烘干至恒重；
[0010](2)粉碎:用超微粉碎機(jī)粉碎，過(guò)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(jiǎn)稱(chēng)黃麻粉末)。
[0011](3)超臨界酶解:向黃麻粉末中加入5-10倍重量的去離子水，攪拌均勻，加入復(fù)合酶去除纖維素、半纖維素、果膠和蛋白質(zhì)，酶解過(guò)程在超臨界二氧化碳流體中進(jìn)行，具體做法是:將待酶解黃麻粉末放入高壓反應(yīng)釜，栗入二氧化碳，當(dāng)壓力為10.0MPa，溫度為55°C時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，酶解反應(yīng)時(shí)間為2.5-3.5h，酶解完成后將反應(yīng)體系置于沸水浴中停留10-20min終止反應(yīng)；
[0012](4)抽濾及濃縮:將步驟(3)獲得的酶解液經(jīng)石英砂抽濾，得到澄清的液體；
[0013](5)絡(luò)合沉淀:向步驟(4)中的液體中加入I %體積的氯化十六烷基吡啶，靜置5-Sh，收集絡(luò)合沉淀物；
[0014](6)沉析:向步驟(5)的沉淀物中加入3倍體積的無(wú)水乙醇并攪拌均勻，靜置4_6h后虹吸去除上層乙醇；
[0015](7)固相回收:將步驟(6)中的固相置于減壓干燥箱中，于45_60°C烘干至恒重，粉碎后得到黃麻多糖。
[0016]用于提取吸附材料的黃麻品種優(yōu)選為“中黃麻四號(hào)”，所述嫩梢為植株主莖頂端15cm左右的莖尖組織，上述步驟(3)中的復(fù)合酶為纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶及四種羧肽酶B的組合，其中纖維素酶的用量為黃麻粉末質(zhì)量的1-1.5%，半纖維素酶的用量為用量為黃麻粉末質(zhì)量的0.8-1.5%，果膠酶的用量為用量為黃麻粉末質(zhì)量的1-3%，羧肽酶的用量為 0.6-1.0%。
[0017]本發(fā)明使用的纖維素酶的酶活為8000U/g、半纖維素酶的酶活為8000U/g、木質(zhì)素酶的酶活為10000U/g，果膠酶的酶活為30000U/g。
[0018]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?94%。
[0019]二、應(yīng)用黃麻多糖去除水體中一定濃度的Cr(VI)離子:
[0020](I)待處理的含Cr (VI)污水的準(zhǔn)備:為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，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(cè)液，使其分別含有 80mg/L、100mg/L、120mg/L、300mg/L、500mg/L 和 700mg/L 的 Cr( VI)離子。
[0021](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 ；
[0022](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。
[0023](4)效果驗(yàn)證:取出1.4mL混合液，離心(15000r/min)2min，取上清液測(cè)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(cè)定。
[0024]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(guò)程中，只需要測(cè)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。
[0025]步驟(2)中pH值的范圍優(yōu)選為4-5。
[0026]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(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖(圖1)。
[0027]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)液體中的去除率，在Cr (VI)的濃度低于I OOmg/!時(shí)，二者區(qū)別不大，當(dāng)Cr (VI)的濃度大于I OOmg/!時(shí)，黃麻多糖對(duì)于Cr (VI)的去除率明顯高于黃麻粉末，尤其是當(dāng)Cr (VI)的濃度超過(guò)600mg/L時(shí)，黃麻粉末對(duì)含鉻污水的去除率已經(jīng)不到50%，如果不進(jìn)行再次吸附，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，如果使用黃麻多糖進(jìn)行處理，去除率高達(dá)80%以上，因此本發(fā)明的有益效果顯而易見(jiàn)。當(dāng)處理Cr(VI)濃度較高的污水時(shí)，可選擇增加黃麻多糖添加量，或者多次吸附，直至達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)為止。
[0028]因此本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0029](I)與現(xiàn)有技術(shù)的黃麻葉片粉末相比，本發(fā)明提供的