CN104190370A - 一种用于吸附海洋蛋白酶解液中重金属的多孔吸附剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于吸附海洋蛋白酶解液中重金属的多孔吸附剂的制备方法，步骤为：以木本植物为原料，经预处理后得到木本植物纤维素；接着进行酸碱处理，得到酸碱处理木本植物纤维素，置干燥器中保存备用；然后进行酶解处理降解；最后羧基化修饰得到多孔结构羧基的木本植物纤维素吸附剂。本发明具有工艺简单、操作方便、原料广泛、成本低的特点，制得的多孔吸附剂绿色环保，无污染，对海洋蛋白酶解液中重金属离子具有高效脱除效果，可用来吸附海洋蛋白酶解液中铅、镉、铜等多种重金属，吸附容量大、效果好，并且具有再生循环使用的能力，可多次重复使用。

Description

一种用于吸附海洋蛋白酶解液中重金属的多孔吸附剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种多孔吸附剂领域，尤其涉及一种用于吸附海洋蛋白酶解液中重金属的多孔吸附剂的制备方法。

背景技术

随着现代经济发展及近海领域海洋资源的开发利用，大量含有重金属离子的废水和生活污水被排入大海，海洋水体中重金属污染急剧加重，生态环境也遭受了巨大的破坏。重金属离子可以通过食物链富集聚积，已有大量的研究表明，海水中鱼类的重金属含量已严重超标[贺亮,范必威.海洋环境中的重金属及其对海洋生物的影响[J].广州化学,2006,31(3):63–69.]。海洋水产品在加工之后会产生许多废弃的加工副产物(如鱼头，内脏等)，目前一般是提取其风味成分及营养物质来做成水产调味品或者功能性食品。如蚝油是由贻贝蒸煮液制得，水产品加工的下脚料和低值鱼也可发酵制得鱼露等。而重金属污染一般多累积在内脏等加工副产物中，极易导致酶解液等重金属超标。

重金属具有一定的毒性。例如镉，当环境受到污染后，镉可通过食物链等进入人体富集，破坏体内的巯基酶系统，影响组织代谢，对局部的组织细胞造成损害，导致各种炎症和水肿。一旦吸收进入血液则会在人体内形成镉蛋白，然后选择性的蓄积在肝、肾等组织器官，从而损害肝、肾等器官的功能。铜是一种必需的微量元素，但如果摄入过多，则会造成消化系统紊乱，长期过量还可能导致肝硬化，过多的铜进入人体后可产生铜中毒[刘桂荣.扇贝中重金属残留及食用风险分析[D].山东:中国海洋大学,2005.]，铜与蛋白质等形成的络合物脂溶性高，易与酶、核酸等发生作用，与DNA反应后可促使细胞恶性分化生长，有研究认为肝癌的死亡率与环境中的铜含量存在着正相关的关系。

由于重金属的毒害作用，我国对蛋白酶解液中重金属含量做出了限量规定。传统的水溶液中重金属脱除方法主要有：化学沉淀法，离子交换树脂法，吸附法等[NamasivayamC,Ranganathan K.Removal of Pb(II),Cd(II),Ni(II)and mixture of metal ions by adsorption onto‘waste’Fe(III)/Cr(III)hydroxide and fixed bed studies[J].Environmental technology,1995,16(9):851–860.]。化学沉淀法是处理废水中重金属污染中使用最为广泛的方法之一，该方法工艺简单，然而需要用到化学沉淀剂。离子交换树脂法具有处理容量大方便快捷等优点，但其操作费用高，离子交换剂再生操作复杂，且树脂中残留的致孔剂容易污染蛋白酶解液。因此从食品安全的角度来看，上述两种方法不适合于蛋白酶解液中重金属离子的脱除。吸附法工艺较简单、吸附容量大，吸附剂种类多，常用活性炭，凹凸棒土，硅藻土等。天然吸附材料(如壳聚糖，木质纤维素等)吸附溶液中的重金属离子报道很多[O’Connell D W,Birkinshaw C,O’Dwyer T F.Heavy metal adsorbents prepared from the modification ofcellulose:A review[J].Bioresource Technology,2008,99(15):6709–6724.]。从天然木质纤维素的微观结构来看，其分子排列具有定向性，具备晶体的特征(称为纤维素结晶区)[刘一星，赵广杰.木质资源材料学(第一版).中国林业出版社,北京,2004]，木质纤维素在植物组织中与其它高分子往往是以共价键结合形成木质素-碳水化合物复合体，这些微观结构可能在两方面对吸附容量与吸附选择性产生影响：(1)结晶区的存在限制了溶液中金属离子向木质纤维素吸附剂颗粒内部的扩散[D.W.O’Connell,C.Birkinshaw,T.F.O’Dwyer,Heavy metal adsorbents prepared from the modification of cellulose:A review,Bioresour.Technol.,99(2008)6709-6724.]，结晶区也会屏蔽部分活性吸附基团，进而导致吸附容量偏低；(2)由于木质素-碳水化合物复合体的存在，木质纤维素吸附剂颗粒的表面积，孔容积、平均孔半径以及孔径分布不在适合的范围，影响吸附选择性与吸附容量。上述原因导致只有在金属离子浓度较高的溶液体系中，天然木质纤维素才表现出高效的吸附性能。[Li X,Zheng W,Wang D,et al.Removal of Pb(II)from aqueous solutions byadsorption onto modified areca waste:Kinetic and thermodynamic studies[J].Desalination,2010,258(1):148–153.]。事实上，海洋蛋白酶解液中重金属离子残留水平通常不高[Hosseini S M,Sobhanardakani S,Navaei M B,et al.Metal content in caviar of wild Persian sturgeon from the southernCaspianSea[J].Environmental Science and Pollution Research,2013,20(8):5839–5843.]，而酶解液体系中盐分、氨基酸及多肽等浓度较高[Hmidet N,Balti R,Nasri R,et al.Improvement of functionalproperties and antioxidant activities of cuttlefish(Sepia officinalis)muscle proteins hydrolyzed by BacillusmojavensisA21proteases[J].Food Research International,2011,44(9):2703–2711.]。溶液离子强度对金属离子在木质纤维素中的吸附影响较大[Guo X,Zhang S,Shan X.Adsorption of metal ions onlignin[J].Journal of hazardous materials,2008,151(1):134–142.]，溶液中存在高浓度的NaCl等电解质时，会降低体系吸附容量；因此海洋蛋白酶解液中重金属离子的吸附过程，还要考虑到氯化钠、氨基酸、多肽、蛋白质的竞争吸附问题。现有的研究没有涉及到含盐及氨基酸、多肽、蛋白质溶液体系中重金属离子的吸附脱除，因此如何提高多孔木质纤维素的吸附选择性，进而提高吸附容量，是亟待解决的问题。

竹屑、秸秆等木质纤维素具有天然的纤维素结构和多种官能团，而农业生产过程中会产生大量废弃物，大部分被当作燃料或直接丢弃，造成大量资源的浪费。近年来关于木质纤维素作为重金属吸附已有较多的研究[Garg V K,Gupta R,Bala Yadav A,et al.Dyeremoval from aqueous solution by adsorption on treated sawdust[J].Bioresource Technology,2003,89(2):121–124.]，但采用酶法对木本植物纤维素进行结构调控制备多孔吸附剂，用于吸附海洋蛋白酶解液中重金属离子吸附的研究还未见报道。直接采用天然木质纤维素进行化学修饰引入羧基等活性基团，而直接修饰法无法构建出多孔结构，影响重金属离子在吸附材料内部的扩散吸附，进而影响吸附容量。

本发明通过酶解法构建木质纤维素多孔结构，结合化学修饰法引入活性吸附基团，制备得到一种新型高效的多孔生物吸附剂(制备多孔生物吸附剂路线如图1所示，以制备羧基化多孔木质纤维素为例)。目前采用酶解法结合化学修饰法制备多孔生物吸附剂并将其用于海洋蛋白酶解液中重金属离子的吸附脱除，尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于吸附海洋蛋白酶解液中重金属的多孔吸附剂的制备方法,它通过酶解法构建木质纤维素多孔结构，结合化学修饰法引入活性吸附基团，制备得到一种新型高效的多孔生物吸附剂。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于吸附海洋蛋白酶解液中重金属的多孔吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)以木本植物屑作为原料，经预处理后得到木本植物纤维素；

2)将上述预处理后的木本植物纤维素在超声波下进行酸或/和碱处理，得到酸或/和碱处理的木本植物纤维素，置干燥器中保存备用；

3)将上述酸或/和碱处理木本植物纤维素进行酶解处理：称取上述一定量酸碱处理木本植物纤维素，加入占木本植物纤维素重量1～24％的纤维素酶酶解，再加入一定量pH值4～6的醋酸–醋酸钠缓冲液，在摇床转速在80～120rpm，45～55℃水浴条件下震荡22～26h后取出纤维素酶灭活，得到纤维素酶改性的木本植物纤维素；

4)将上述酶解改性的木本植物纤维素用丙酮洗涤，按照4.5～5.5g木本植物纤维素加丁二酸酐9～11g的比例在100～140mL吡啶溶液中95～105℃反应0.5～1.5h，依次用0.9～1.1mol/L的醋酸/二氯甲烷溶液，0.09～0.11mol/L的HCl，94～96wt％乙醇，蒸馏水，丙酮，94～96wt％乙醇洗涤，75～85℃干燥，烘干后用0.09～0.11mol/L的碳酸氢钠震荡处理3.5～4.5h，用蒸馏水，94～96wt％乙醇洗涤烘干，得到多孔结构的加羧基的木本植物纤维素吸附剂，用于吸附海洋蛋白酶解液中的重金属离子。

作为改进，所述步骤1)的预处理具体过程为：将木本植物屑用蒸馏水煮0.5～1.5h去除杂质，之后置于烘箱中75～85℃烘干22～26h，接着用粉碎机粉碎，过90～110目筛，用蒸馏水洗涤2～3次后于75～85℃烘干得到预处理后的木质素纤维素，储存于干燥器中备用。

作为改进，所述步骤1)的木本植物屑采用竹屑或者花生壳或者甘蔗屑。

作为改进，所述步骤2)的酸或/和碱处理优选酸和碱处理具体过程为：取35～45g预处理后的木本植物纤维素与浓度为0.9～1.1mol/L的250～350mL HCl混合，超声处理2.5～3.5小时后抽滤，滤渣用蒸馏水洗涤2～4次后与浓度为0.9～1.1mol/L的250～350mLNaOH混合，超声处理2.5～3.5h抽滤，滤渣用蒸馏水洗涤至洗液为中性，再用90～98wt％乙醇浸泡0.5～1.5h后过滤，得到的滤渣用蒸馏水洗至没有醇味后，75～85℃烘干，得到酸碱处理木本植物纤维素(NHB)，置干燥器中保存备用。

作为优选，所述步骤3)的纤维素酶的加入量为酸碱处理木本植物纤维素重量的4％。

所述步骤3)的醋酸–醋酸钠缓冲液的pH值为5.0。

所述重金属离子是海洋蛋白酶解液中铅、镉、铜多种重金属。

所述步骤2)中超声波处理为30～50KHz超声波。

最后，所述步骤3)中加入占木本植物纤维素重量4％的纤维素酶酶解。

与现有技术相比，本发明的优点在于：针对海洋蛋白酶解液中重金属离子的吸附脱除问题，以木本植物屑作为原料，采用酸碱处理、纤维素酶部分降解以及羧基化修饰等方法对木本植物纤维素进行结构调控，得到对海洋蛋白酶解液中重金属离子具有高效脱除效果的多孔结构的木本植物纤维素吸附剂。本发明具有工艺简单、操作方便、原料广泛、成本低的特点，制得的吸附剂绿色环保，无污染，可用来吸附海洋蛋白酶解液中铅、镉、铜等多种重金属，吸附容量大、效果好，并且具有再生能力。

附图说明

图1多孔生物吸附剂制备路线图；

图2.1是本发明实施例中制备的NB、SNB、CB1、SCB1的扫描电镜图片；

图2.2是本发明实施例中制备的NHB的扫描电镜图片；

图3是吸附剂NB、SNB、CB1、SCB1以及吸附Pb(Ⅱ)后的SCB1的傅立叶变换红外光谱图；

图4是Pb(Ⅱ)标准曲线；

图5是不同吸附剂对Pb(Ⅱ)的吸附量比较图；

图6是加酶量不同对Pb(Ⅱ)吸附量影响图；

图7是pH对SCB1吸附Pb(II)的影响曲线图；

图8是吸附时间对SCB1吸附Pb(II)的影响曲线图；

图9是氯化钠对SCB1吸附Pb(II)的影响曲线图；

图10是精氨酸对SCB1吸附Pb(II)的影响曲线图；

图11是SCB1对Pb(II)的吸附–解吸再生实验图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例中采用的主要试剂如表1所示：

表1主要实验试剂列表

制备步骤具体如下：

1、以竹屑作为原料，用蒸馏水煮1h去除杂质，之后置于烘箱中，80℃烘干24h，粉碎机粉碎，过100目筛，蒸馏水洗涤三次后于80℃烘干得到预处理后的竹木质纤维素(NB)，储存于干燥器中备用。

2、酸碱处理竹木质素纤维素：

预处理得到的竹木质纤维素(NB)40g与300mL HCl(lmol/L)混合，超声处理3小时后抽滤，超声波处理采用30～50KHz超声波，滤渣用蒸馏水洗涤三次后与300mL NaOH(lmol/L)混合，超声处理3h，抽滤后滤渣用蒸馏水洗涤至洗液为中性，再用95wt％乙醇浸泡1h后过滤，得到的滤渣用蒸馏水洗至没有醇味后，80℃烘干，得到酸碱处理竹木质纤维素(NHB)，置干燥器中保存备用。

3、酶处理竹木质纤维素吸附剂：

称取一定量酸碱处理过后干燥竹屑样品，按比例加入一定量纤维素酶酶解(分别加1％，4％，8％，16％，24％酶加酶量(g/g，例如4％酶是指如果是100g的竹屑则加入4g纤维素酶)制备纤维素酶降解过的竹纤维，按照料液比1:18～22g/mL加入pH5.0醋酸–醋酸钠缓冲液，在摇床转速在100rpm，50℃水浴条件下震荡24h后取出纤维素酶灭活。得到纤维素酶改性过的竹木质纤维素CB1。

4、酶处理竹木质纤维素加羧基：

分别取不同纤维素酶用量酶解过的木本植物纤维素CB1用丙酮洗过，按照5gCB1加丁二酸酐10g的比例在120mL吡啶溶液中100℃反应1h，依次用1mol/L的醋酸(用二氯甲烷溶解)，0.1mol/L的HCl，95wt％乙醇，蒸馏水，丙酮，95wt％乙醇洗涤，在80℃干燥，烘干后用0.1mol/L的碳酸氢钠震荡处理4h，用蒸馏水，95wt％乙醇洗涤烘干，得到加羧基的竹木质纤维素吸附剂SCB1。

5、预处理竹木质纤维素直接加羧基：

取步骤1预处理后的竹木质纤维素NB5g，按照上述步骤4的过程直接加羧基制备，得到吸附剂材料SNB。

接下来对本发明上述制得的多孔吸附剂通过实验进行详细说明，实验中是以吸附Pb(Ⅱ)为例，还可以吸附Cu(Ⅱ)，Cd(Ⅱ)，As(Ⅱ)等重金属。

一、实验方法

1、模拟海洋蛋白酶解液的配制

准确称取1.5984gPb(NO₃)₂(分析纯)，蒸馏水溶解后，转移至1000mL的容量瓶中，并加入一定量的硝酸，用蒸馏水稀释定容，此溶液中Pb(Ⅱ)浓度为1000mg/L，将此作为标准溶液。根据实验要求加入不同浓度的精氨酸和氯化钠，得到系列模拟海洋蛋白酶解液。

2、吸附实验步骤

准确移取50mL一定浓度含有氯化钠和精氨酸的Pb(Ⅱ)溶液至100mL的锥形瓶中，调节蛋白酶解液的初始pH范围2～6(用0.01～0.1M的HNO₃和NaOH调节)，加入一定量的木本植物纤维素，303.2K恒温水浴震荡(150rpm)吸附，5000rpm离心10min后取上清液。吸附前后的浓度由ICP–OES检测得到。木本植物纤维素在吸附平衡时的吸附量q_e(mg/g)，木本植物纤维素在某个时间点的吸附量q_t(mg/g)和Pb(Ⅱ)的吸附率计算公式(1)、(2)、(3)。

$q_e=\frac{(C_0-C_e)V}{m}---\left(1\right)$

$q_t=\frac{(C_0-C_t)V}{m}---\left(2\right)$

$R=\left(\frac{C_o-C_e}{C_o}\right)\×100\%---\left(3\right)$

3、羧基滴定实验

用滴定实验来计算每克吸附剂中含有羧基的含量，在100mL 0.01mol/L的NaOH溶液中，加入0.1g的吸附材料(其中SCB1和SNB吸附材料取用碳酸氢钠处理之前的)。混合物在50℃吸附振荡1h。冷却到室温后过滤，分成三等份，每份20mL，然后用0.01mol/L的HCl滴定，羧基含量的计算公式如下。

$C_{\mathrm{COOH}}=\frac{C_{\mathrm{NaOH}}\×V_{\mathrm{NaOH}}-5\×C_{\mathrm{HCl}}\×V_{\mathrm{HCl}}}{m}$

4、再生实验

取0.05g已在50mg/L的Pb(Ⅱ)溶液完成吸附的吸附剂。加入到50mL 0.1mol/L盐酸解吸剂中，加入在303.2K，以设定好的振荡强度振荡4h，5000r/min离心过滤后取溶液上机测试其浓度。吸附剂用水洗涤烘干后，再重复吸附–解吸实验。重复上述实验五次。

二、吸附剂的结构表征

1、FT–IR分析

吸附剂NB、SNB、CB1、SCB1以及吸附Pb(Ⅱ)后的SCB1吸附材料的傅立叶变换红外光谱图见图3。其中(a)为SCB1、(b)为SCB、(c)为(NB)、(d)为SNB、(e)为CB。通过观察可以发现，以上吸附剂材料在都在3350cm^-1、2920cm^-1、1720cm^-1、1160cm^-1和1030cm^-1处有吸收峰，说明这些吸附材料都存在–OH、–CH2、–C＝O、–COOH等官能团。但是其峰强度存在着差别，其中经纤维素酶处理之后的CB1材料在3350cm^-1和1030cm^-1的–OH的强度明显增加。这在后续的实验中也有体现，经纤维素酶处理后吸附材料–OH增大，有利于其对重金属的吸附。

从图3可以看到，把SNB和SCB1两种加羧基的材料与未经加羧基的吸附剂对比发现，经加羧基处理之后的材料在1720cm^-1处的峰高增大，且SCB1的峰高要大于SNB，可能是由于经纤维素酶处理之后羟基增多，更利于羧基基团的连接。SCB1在吸附Pb(Ⅱ)之后，羟基和羧基基团的峰的高度下降，这说明羧基和羟基对重金属Pb(Ⅱ)的吸附存在重要影响。

2、扫描电镜分析

NB、CB1、SCB1、SNB和NHB的扫描电镜的图如图2.1～2.2。对比五种扫描电镜的图来看，只预处理的木本植物纤维素吸附剂的表面结构表现的最为光滑和平整。经酸碱处理的NHB的表面粗糙，呈现出比较多断层。CB1吸附剂出现了比较多的多孔结构，比表面积增大。从SCB1的扫描电镜可以明显的看出其多孔结构明显，而且看上去分布的比较均匀。SNB未出现明显的多孔结构但是相对于NB来说，其表面出现了许多层状结构，有可能是内部的纤维壁中的某些成分被破坏导致层状和多孔结构的出现使得吸附剂内部结构的表面积增大，在一定程度上也有利于对重金属的吸附。可以看出纤维素酶处理之后有利于吸附剂多孔形状的形成，增大了吸附剂的比表面积，有利于羧基基团的连接，这对重金属吸附容量的提高也起了很大的作用。

3、羧基含量结果比较

在100mL 0.01M的NaOH溶液中，加入0.1g的吸附材料(其中SCB1和SNB吸附材料取用碳酸氢钠处理之前的)。混合物在50℃吸附振荡1h。冷却到室温后过滤，分成均匀的三等份，每份20mL，然后用0.01M的HCl滴定，计算吸附剂中含有羧基的含量，具体数据见表2。

表2羧基滴定实验数据

Tab.3.2The result of Carboxyl Content Determination

由表2可以看出羧基含量：SCB1＞SNB＞NB＞HNB。经酶改性后再加羧基接上的羧基量是最多的，未经纤维素酶处理直接加羧基的材料，其羧基含量不如经纤维素酶处理的，说明纤维素酶处理过后能够有利于吸附剂接上羧基。酸碱处理过后的吸附剂的羧基含量最低，可能是由于强酸强碱的处理会导致原本吸附剂材料上羧基的改变。

从表2中可以看出SCB1吸附剂中加酶量不同，对于其加羧基的影响并不是很大，接上的羧基量在酶的加入量是4％时最多。

三、模拟蛋白酶解液中Pb(Ⅱ)测定方法的建立

1、Pb(Ⅱ)标准曲线

配置浓度为0、5、10、20、50、100mg/L的Pb(Ⅱ)标准溶液，选择182.2，216.9，220.3，261.4和283.3nm下检测。

其中含一定浓度的氯化钠和精氨酸，一般是氯化钠4mg/mL、精氨酸20mg/mL，在考察精氨酸和氯化钠存在的影响时，因考虑基体存在原因，每次都各配置相应条件下的标准曲线，例如在本实验中在研究精氨酸影响时，当精氨酸的浓度为10mg/mL时，则配置相应条件下一系列Pb(Ⅱ)标准溶液，此标准溶液的每个溶液中精氨酸浓度为10mg/mL，氯化钠的浓度为4mg/mL。

在波长220.3nm，氯化钠4mg/mL、精氨酸20mg/mL的条件下时，以溶液中Pb(Ⅱ)浓度为横坐标，信号值为纵坐标，得到标准曲线，如图4所示，其回归方程为y＝210.6946x+11.33686，相关系数r²＝0.99999。

2、检出限

以氯化钠4mg/mL、精氨酸20mg/mL的条件下，根据检出限测定方法，取11次平行测定试剂空白溶液结果测的仪器的检出限为0.0045mg/L。

3、精密度

分别取Pb(Ⅱ)浓度为20mg/L，50mg/L，100mg/L(氯化钠4mg/mL、精氨酸20mg/mL)蛋白酶解液，进行精密度实验，日内：同一浓度一天之内进行6次测定；日间：同一浓度检测6天。结果见表3。

表3精密度实验

四、结果和讨论

1、吸附剂的吸附容量比较

1)不同处理方式的吸附剂的吸附容量比较

准确移取50mL含有氯化钠4mg/mL和精氨酸20mg/mL的50mg/L的Pb(Ⅱ)溶液至100mL的锥形瓶中，调节蛋白酶解液的初始pH5.0，分别加入0.05g不同条件制备得到的木本植物纤维素吸附剂，以150rpm的速度在303.2K恒温水浴震荡吸附4h，研究不同制备方法得到的吸附材料的吸附量差异，见图5。

比较吸附剂NB、NHB、CB1、SCB1和SNB对于Pb(Ⅱ)溶液的吸附能力可以看出，吸附能力SCB1(34.83mg/g)＞NHB(25.85mg/g)＞CB1(24.44mg/g)＞SNB(18.64mg/g)＞NB(12.97mg/g)。说明经纤维素酶处理后加羧基后的吸附剂的吸附性能明显的提高，与未处理的吸附材料相比，其吸附能力提高了近3倍左右。纤维素酶处理过后的吸附剂吸附能力与酸碱处理过后的吸附剂吸附能力差不多，而纤维素酶处理方法更温和。未经纤维素酶处理直接加羧基的吸附材料的吸附能力只有18.64mg/g比SCB1的要低很多，说明经纤维素酶处理之后有利于羧基的加入量，有利于提高吸附剂的吸附能力。

2)纤维素酶处理对竹木质纤维素吸附容量的影响

由图6可以看出不同量的纤维酶处理过后的吸附剂吸附量差异不大，其中以4％酶加入量处理的竹纤维木质素的吸附能力最高，在4％酶加入量时其吸附量为24.44mg/g。其原因可能是纤维素酶加入的量如果太少，则对细胞壁的破坏程度不明显，若是加入的量过多，则有可能在纤维素、半纤维素和木质素等降解的过程中把有利于重金属离子吸附的官能团也降解掉，不利于吸附剂对重金属离子的吸附。

2、溶液pH对吸附容量的影响

称取吸附材料SCB10.05g到50mL含有NaCl和精氨酸的浓度分别为4mg/mL与20mg/mL的50mg/LPb(Ⅱ)重金属蛋白酶解液中，在303.2K下吸附4h，研究pH值不同对吸附实验的影响，结果如图7所示。

在pH值2～6的条件下，研究pH对SCB1吸附材料的吸附重金属Pb(Ⅱ)的影响。在pH值2～3时吸附量缓慢增长，但当pH到达3之后，SCB1的吸附量迅速增加。在pH3到6时其吸附量从5.25mg/g增大至36.42mg/g，pH到6时吸附量增大到40.23mg/g，在pH较低的情况下，静电力的作用占主导作用，斥力明显，不利于铅离子的吸附；pH逐渐增大，溶液中酸度降低，静电作用力降低，易于铅离子的吸附。在低pH条件下，溶液中存在大量H+，不利于对Pb(Ⅱ)的吸附。为了保证铅不被水解，以下实验确定在pH为5的条件下进行吸附。

3、吸附时间对吸附容量的影响

称取0.05g吸附材料，加入到50mL浓度为50mg/LPb(Ⅱ)重金属溶液(其中NaCl和精氨酸的浓度分别为4mg/mL与20mg/mL)。调节溶液pH值为5.0，温度303.2K时研究吸附剂对酶解液中Pb(Ⅱ)的吸附在10–720min吸附量随吸附时间的变化。结果如图8所示，从图8可见，在开始的10–120min的时间之内，SCB1对于Pb(Ⅱ)的吸附量随时间的增加迅速从30.52mg/g增加到34.49mg/g。在之后120min到720min的时间之内，吸附量保持缓慢增长，从34.49mg/g增加到35.64mg/g。吸附剂在吸附240min时吸附量已经达到34.83mg/g，可见随后随时间增加，吸附的量继续增加但是吸附效率明显不如之前，因此确定进行Pb(Ⅱ)离子的较佳的吸附时间为240min。

4、NaCl对吸附容量的影响

本实验配制一系列含精氨酸和NaCl的50mg/L的Pb(Ⅱ)重金属蛋白酶解液，精氨酸的浓度为20mg/mL，NaCl浓度分别为0mg/mL、2mg/mL、4mg/mL、6mg/mL、8mg/mL、10mg/mL。分别取50mL于锥形瓶中，调节pH为5.0，再加入0.05g吸附材料共同放置于100ml的锥形瓶中，吸附4h。

由图9可知，对于SCB1吸附材料，当氯化钠的浓度从0mg/mL增加到2mg/mL时吸附量迅速下降，可见氯化钠影响十分明显。氯化钠浓度在2mg/mL到4mg/mL时吸附量处在一个比较平稳的状态。在氯化钠浓度在4mg/mL到10mg/mL时，吸附量一直在缓慢的下降。这有可能是由于氯化钠在溶液中是以离子状态存在的原因。可以猜测氯化钠浓度越大，则越容易阻碍吸附剂对重金属离子Pb(Ⅱ)的吸附。

5、氨基酸对吸附容量的影响

一般海洋蛋白酶解液中都存在大量的精氨酸，本实验中研究了精氨酸浓度从0～50mg/mL时对于吸附剂SCB1吸附重金属Pb(Ⅱ)的影响。从图10可以看出，当精氨酸的浓度从5mg/mL增加到20mg/mL时吸附量迅速下降。可见精氨酸的存在对吸附剂吸附能力有着很大的影响，精氨酸浓度从20mg/mL到30mg/mL的范围时，吸附量缓慢减少。在精氨酸浓度在大于30mg/mL时，吸附量再一次急剧下降，到40–50mg/mL时达到一个比较平稳的点。说明精氨酸的存在会影响吸附剂的吸附能力，且精氨酸浓度在20mg/mL以下时表现的最为明显。

6、再生实验

将吸附过SCB10.05g吸附材料过滤烘干后加入到50mL浓度为50mg/L的Pb(Ⅱ)溶液进行吸附–解吸实验，0.1mol/L的盐酸中振荡4h，过滤用蒸馏水洗三次后于80℃烘干。总共循环使用五次。

由图11可知，随着再生次数的增加，吸附剂的解吸能力也随着降低。但是在五次吸附–解吸循环之后，SCB1的吸附剂的解吸效率都还分别在90％以上。吸附能力也没有明显的下降。说明SCB1吸附剂具有一定的可再生循环使用的能力。

最后结论

比较了不同制备方法制备木本植物纤维素作为重金属离子吸附剂，通过羧基滴定，红外，SEM的进行表征，可以看出SCB1吸附剂的羧基含量最多，经纤维素酶处理之后吸附剂的多孔结构增多，加羧基处理之后，其多孔结构表现的更为均一和明显。

通过对蛋白酶解液中重金属离子Pb(Ⅱ)进行吸附试验。研究了不同吸附材料、蛋白酶解液初始pH、吸附时间、NaCl、精氨酸浓度及温度等对于试验的影响。实验结果表明经CB1和NHB吸附材料对于蛋白酶解液中重金属Pb(Ⅱ)吸附能力差不多，SCB1吸附剂加酶量不同对于其对Pb(Ⅱ)的吸附影响不大，其中在加酶量为4％时其吸附效果最好。SCB1吸附240min后基本达到吸附平衡，其吸附蛋白酶解液中重金属离子Pb(Ⅱ)的动力学曲线更好的符合准二级动力学模型。

经过本发明专利处理的木质纤维素材料具有结构疏松、表面多孔、并且含有利于吸附的多种活性基团如羧基，可应用于吸附多种重金属离子。这个材料还可以做了镉、铜的吸附剂，本实施例子只列举了铅，但是本发明内容不只限于本实施例子，天然的木质纤维素本身都具有大量的活性基团如羟基，并且表面粗糙，且孔隙较大，其本身对重金属都具有一定的吸附能力，因而含有天然木质纤维素的各种材料均可用于重金属吸附，所以木本植物屑也不局限于采用竹屑，还可以采用花生壳或者甘蔗屑，都可以取得类似效果。

Claims (9)

1.一种用于吸附海洋蛋白酶解液中重金属的多孔吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)以木本植物屑作为原料，经预处理后得到木本植物纤维素；

2)将上述预处理后的木本植物纤维素在超声波下进行酸或/和碱处理，得到酸或/和碱处理的木本植物纤维素，置干燥器中保存备用；

3)将上述酸或/和碱处理木本植物纤维素进行酶解处理：称取上述一定量酸碱处理木本植物纤维素，加入占木本植物纤维素重量1～24％的纤维素酶酶解，再按照料液比1:18～22(g/mL)加入pH值4～6的醋酸–醋酸钠缓冲液，在摇床转速在80～120rpm，45～55℃水浴条件下震荡22～26h后取出纤维素酶灭活，得到纤维素酶改性的木本植物纤维素；

4)将上述酶解改性的木本植物纤维素用丙酮洗过，按照4.5～5.5g木本植物纤维素加丁二酸酐9～11g的比例在100～140mL吡啶溶液中95～105℃反应0.5～1.5h，依次用0.9～1.1mol/L的醋酸/二氯甲烷溶液，0.09～0.11mol/L的HCl，94～96wt％乙醇，蒸馏水，丙酮，94～96wt％乙醇洗涤，75～85℃干燥，烘干后用0.09～0.11mol/L的碳酸氢钠震荡处理3.5～4.5h，用蒸馏水，94～96wt％乙醇洗涤烘干，得到多孔结构的加羧基的木本植物纤维素吸附剂，用来吸附重金属离子。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的预处理具体过程为：将木本植物屑用蒸馏水煮0.5～1.5h去除杂质，之后置于烘箱中75～85℃烘干22～26h，接着用粉碎机粉碎，过90～110目筛，用蒸馏水洗涤2～3次后于75～85℃烘干得到预处理后的木质素纤维素，储存于干燥器中备用。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的木本植物屑采用竹屑或者花生壳或者甘蔗屑。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)的酸或/和碱处理优选酸和碱处理具体过程为：取35～45g预处理后的木本植物纤维素与浓度为0.9～1.1mol/L的250～350mL HCl混合，超声处理2.5～3.5小时后抽滤，滤渣用蒸馏水洗涤2～4次后与浓度为0.9～1.1mol/L的250～350mL NaOH混合，超声处理2.5～3.5h抽滤，滤渣用蒸馏水洗涤至洗液为中性，再用90～98wt％乙醇浸泡0.5～1.5h后过滤，得到的滤渣用蒸馏水洗至没有醇味后，75～85℃烘干，得到酸碱处理木本植物纤维素，置干燥器中保存备用。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的纤维素酶的加入量为酸碱处理木本植物纤维素重量的4％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的醋酸–醋酸钠缓冲液的pH值为5。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述重金属离子是海洋蛋白酶解液中铅、镉、铜多种重金属。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中超声波处理为30～50KHz超声波。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中加入占木本植物纤维素重量4％的纤维素酶酶解。