CN105688827A - 多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子 - Google Patents

多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子，包括以下步骤：制备多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶、对水中栀子黄的吸附。本发明的有益效果是：多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶的制备方法简便易行、无污染、成本低廉且具有优良的生物降解性，该复合材料对栀子黄分子的吸附效率高、操作简便。

Description

多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子
技术领域
本发明涉及多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子，属于废水处理和材料合成领域。
技术背景
栀子黄是从栀子果实中提取的天然色素，广泛应用于食品和衣物的染色。栀子黄具有较好的水溶性且溶液呈橙黄色，常伴随着水一起排放至江河中，水质的颜色是水质污染最明显的鉴定指标,不经处理直接排放有颜色的水，不仅影响大自然的美观，而且大量有颜色的水体阻碍了水中的光合作用，导致水质的污染。另外，栀子黄中含有京尼平，该物质被证明具有基因毒性。
目前，一些吸附剂已经运用到染料废水处理中，比如：氧化碳纳米管、石墨烯氧化物、生物质材料、黏土及其改性物质、活性炭和天然多糖改性材料。基于天然多糖的改性吸附剂由于其来源丰富、价格低廉、无污染和良好的生物降解性已经被广泛使用，天然多糖中含有大量的活性基团如氨基、羟基和羧基，有利于与染料分子发生分子间作用力，从而达到去除的目的。
淀粉由于其成本低和来源广被认为是最有前途的天然多糖之一，淀粉分子中存在众多羟基，可进行多种修饰，但是，天然的、非改性的淀粉几乎没有工业实用性。因此，有必要根据淀粉的结构及其理化性质对其进行修饰处理，使之能符合应用的要求。淀粉分子内含有较强的氢键，本发明将硫代苹果酸作为小分子掺杂在淀粉的链之间，破坏了淀粉分子内的氢键，首次合成了一种多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶，并将其应用到吸附水中的栀子黄分子中。这种廉价又环保的绿色材料在染料废水处理中具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶的制备以及其对水中栀子黄的吸附，且具有较好的吸附效果。
本发明所述多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子，包括以下步骤：
a、制备多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶：称取一定量的硫代苹果酸溶解于超纯水中，然后向其中加入马铃薯淀粉，加热搅拌。得到凝胶化的淀粉/硫代苹果酸复合物。冷冻干燥，得到多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶；
b、对栀子黄的吸附：配制一定浓度的栀子黄溶液，移取适量栀子黄溶液置于烧杯中，将步骤a中制得的多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶吸附水中的栀子黄，同时使用紫外可见分光光度计检测吸附后栀子黄溶液的特征吸收峰强度，当栀子黄的特征吸收峰强度保持不变时，即多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶吸附栀子黄达到平衡。
进一步，步骤a中硫代苹果酸的质量为4～6g。
进一步，步骤a中超纯水的体积为80～120mL。
进一步，步骤a中马铃薯淀粉的质量为4～6g。
进一步，步骤a中加热温度为80～100℃。
进一步，步骤a中搅拌时间为20～50min。
进一步，步骤b中栀子黄的浓度为100～400mg/L。
进一步，步骤b中栀子黄的特征吸收峰为442nm。
本发明的有益效果是：多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶的制备方法简便易行、无污染、成本低廉且具有优良的生物降解性，该复合材料对栀子黄分子的吸附效率高、操作简便。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为实施例一中制备的多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶的场发射扫描电镜图。
图2为实施例二中栀子黄浓度与紫外吸光强度的关系曲线图。
图3为实施例三中吸附时间对栀子黄平衡吸附量的影响。
图4为实施例四中栀子黄初始浓度对栀子黄平衡吸附量的影响。
图5分别为对比例一、二、三中硫代苹果酸、马铃薯淀粉和淀粉干凝胶以及实施例一中的多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶对水中栀子黄吸附性能对比图；a:硫代苹果酸，b:马铃薯淀粉，c:淀粉干凝胶，d:多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
在本发明详细叙述和实施例子中所示的栀子黄的平衡吸附量是按下述方法测定的：qe＝V(C0–Ce)/W，式中，C0为栀子黄的初始浓度(mg/L)，Ce为吸附后栀子黄的浓度(mg/L)，qe为平衡吸附量(mg/g)，V为栀子黄溶液的体积(L)，W为吸附剂投加量(g)。
实施例一：
制备多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶包括以下步骤：
称取5g硫代苹果酸溶解在100mL的超纯水中，然后向其中加入5g马铃薯淀粉，在90℃下搅拌30min。得到凝胶化的淀粉/硫代苹果酸复合物。冷冻干燥48h，得到多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶。通过氢键自组装制备所得到的多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶具有良好的形貌，可从附图1看出其蓬松多孔的结构。
实施例二：
将栀子黄溶液稀释成不同浓度(15mg/L、30mg/L、60mg/L、90mg/L、120mg/L、150mg/L、180mg/L)，并在442nm处测定其吸光强度，以吸光强度y对浓度x作图(附图2)，绘制标准曲线求得回归方程。回归方程的相关系数显示，在所测定的浓度范围内，栀子黄的浓度与吸光强度之间有良好的线性关系。因此，可以用紫外分光光度计测定吸附后栀子黄的吸光强度，然后把吸光强度代入标准曲线方程计算出吸附后的栀子黄的浓度。
实施例三：
称取0.2g实施例一制得的多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶加入100mL300mg/L的栀子黄溶液中，在25℃、100rpm下吸附1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h后，在10000rpm条件下离心15min，取上层清液，在442nm处记录其紫外吸收强度并计算其平衡吸附量。如附图3所示，在吸附开始的2h内，多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶对栀子黄的吸附量达到52mg/g，占吸附总量的72.2％。2h之后对栀子黄的吸附变得缓慢，在10h时达到吸附平衡，平衡吸附量为72mg/g。
实施例四：
取0.2g实施例一制得的多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶加入100mL浓度分别为100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、400mg/L的栀子黄溶液中，在25℃、100rpm下吸附10h后，测定并计算多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶对栀子黄的吸附量。如附图4所示，随着栀子黄浓度的增加，多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶对栀子黄的吸附量增大，当初始浓度上升到300mg/L时，吸附量达到72mg/g。
对比例一：
硫代苹果酸对水中栀子黄的吸附。
称取0.2g硫代苹果酸加入100mL300mg/L的栀子黄溶液中，在25℃、100rpm下吸附1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h后，在10000rpm条件下离心15min，取上层清液，在442nm处记录其紫外吸收强度并计算其平衡吸附量。如附图5所示，在10h时硫代苹果酸对栀子黄的吸附达到平衡，平衡吸附量为6.4mg/g。
对比例二：
马铃薯淀粉对水中栀子黄的吸附。
称取0.2g马铃薯淀粉加入100mL300mg/L的栀子黄溶液中，在25℃、100rpm下吸附1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h后，在10000rpm条件下离心15min，取上层清液，在442nm处记录其紫外吸收强度并计算其平衡吸附量。如附图5所示，在10h时马铃薯淀粉对栀子黄的吸附达到平衡，平衡吸附量为9.6mg/g。
对比例三：
淀粉干凝胶对水中栀子黄的吸附。
称取0.2g淀粉干凝胶加入100mL300mg/L的栀子黄溶液中，在25℃、100rpm下吸附1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h后，在10000rpm条件下离心15min，取上层清液，在442nm处记录其紫外吸收强度并计算其平衡吸附量。如附图5所示，在10h时马铃薯淀粉对栀子黄的吸附达到平衡，平衡吸附量为19.2mg/g。

Claims (3)

1.多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子，步骤如下：
a、制备多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶：称取一定量的硫代苹果酸溶解于超纯水中，然后向其中加入马铃薯淀粉，加热搅拌。得到凝胶化的淀粉/硫代苹果酸复合物。冷冻干燥，得到多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶；
b、对栀子黄的吸附：配制一定浓度的栀子黄溶液，移取适量栀子黄溶液置于烧杯中，将步骤a中制得的多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶吸附水中的栀子黄，同时使用紫外可见分光光度计检测吸附后栀子黄溶液的特征吸收峰强度，当栀子黄的特征吸收峰强度保持不变时，即多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶吸附栀子黄达到平衡。
2.根据权利要求1所述多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子，其特征是：所述步骤a中硫代苹果酸的质量为4～6g，超纯水的体积为80～120mL，马铃薯淀粉的质量为4～6g，加热温度为80～100℃，搅拌时间为20～50min。
3.根据权利要求1所述多孔淀粉/硫代苹果酸复合干凝胶应用于吸附水中的栀子黄分子，其特征是：所述步骤b中栀子黄的浓度为100～400mg/L，栀子黄的特征吸收峰为442nm。
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