CN107051400A - 一种sds或peg‑400处理的菠萝皮渣基吸附材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种sds或peg‑400处理的菠萝皮渣基吸附材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SDS或PEG‑400处理的菠萝皮渣基吸附材料及其制备方法与应用。该制备方法包括步骤：（1）将新鲜菠萝皮渣清洗后打浆、干燥、粉碎、过筛，得到菠萝皮渣干粉；（2）将得到的菠萝皮渣干粉采用SDS溶液或PEG‑400溶液浸泡后，取出，干燥，粉碎，过筛，得到所述SDS或PEG‑400处理的菠萝皮渣基吸附材料。本发明制备吸附材料的主要原料来源于农业生产废弃物菠萝皮渣，材料丰富，容易获得，经济性好，SDS或PEG‑400处理的菠萝皮渣基吸附材料对亚甲基蓝染料的吸附性能显著，相对于未经处理的菠萝皮渣，吸附能力提高1.5倍以上，可用作良好的染料吸附剂，具有良好的应用前景。

Description

一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料及其制备方法 与应用
技术领域
本发明属于吸附材料的技术领域，具体涉及一种菠萝皮渣基吸附材料及其制备方法与应用。
背景技术
菠萝(Ananas comosus)，学名凤梨，是著名的热带水果之一，资源丰富、风味独特，并深受大众的喜爱，原产美洲热带地区，主要产地集中在中国、泰国、巴西、墨西哥、菲律宾和马来西亚等。我国菠萝的年产量约为200多万吨，菠萝大部分作为鲜食，或者是加工成菠萝罐头、果酱、沙拉、鸡尾酒辅料等，以及作为菠萝蛋白酶的提取原料。在菠萝产品加工过程中，菠萝皮渣占据了菠萝加工废物的30-42％，通常作为加工副产物而丢弃，污染环境的同时也造成了资源浪费。因此，如何充分利用和加工菠萝皮渣对促进菠萝产业的高值化及环境保护具有重要意义。研究发现，菠萝皮渣主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶组成，其中纤维素干重含量达到22％，充分利用这些纤维素是菠萝皮渣高值化的重要切入点，但是目前对于菠萝皮渣高值化利用的研究相对较少。
十二烷基硫酸钠(SDS)是一种常用的阴离子表面活性剂，易溶于水，与阴离子、非离子复配伍性好，具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能，同时无毒，生物降解快，广泛用于牙膏、香波、洗发膏、洗发香波、洗衣粉、液洗、化妆品、塑料脱模、润滑、制药、造纸、建材以及化工等行业。
聚乙二醇400(PEG-400)是一种非离子型离子表面活性剂，为环氧乙烷和水缩聚而成的混合物，无毒、无刺激性，可用作溶剂、助溶剂、O/W型乳化剂和稳定剂，在化妆品、制药、橡胶、塑料、油漆、农药、金属加工及食品加工等行业中应用广泛。
因此以农业生产废弃物菠萝皮渣为原料，采用阴离子表面活性剂SDS或非离子表面活性剂PEG-400溶液处理制备菠萝皮渣基吸附材料具有重要意义。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种SDS和PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料。
本发明的另一目的在于提供所述的一种SDS和PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的制备方法。
本发明的目的还在于提供所述的一种SDS和PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的应用，主要应用于重金属吸附、染料(包括亚甲基蓝染料)或废水的吸附处理。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将新鲜菠萝皮渣清洗后打浆、干燥、粉碎、过筛，得到菠萝皮渣干粉；
(2)将得到的菠萝皮渣干粉采用SDS溶液或PEG-400溶液浸泡后，取出，干燥，粉碎，过筛，得到所述SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料；采用SDS溶液浸泡处理得的菠萝皮渣基吸附材料(SDS-PP)或采用PEG-400溶液浸泡处理得的菠萝皮渣基吸附材料(PEG-400-PP)。
进一步地，步骤(1)、(2)中，所述干燥均是在温度50-60℃干燥24-36h。
进一步地，步骤(1)、(2)中，所述粉碎的仪器为中草药粉碎机。
进一步地，步骤(1)、(2)中，所述过筛均是过80-100目筛。
进一步地，步骤(2)中，所述菠萝皮渣干粉与SDS溶液或PEG-400溶液的料液比均为1:10-1:20g/mL。
进一步地，步骤(2)中，所述SDS溶液和PEG-400溶液的浓度均为0.09-0.10g/mL。
进一步地，步骤(2)中，采用SDS溶液或PEG-400溶液浸泡为水浴45-55℃浸泡，浸泡的时间为9-11h。
由上述任一项所述的制备方法制备的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料。
所述的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料应用于重金属吸附、染料或废水的吸附处理。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明制备吸附材料的主要原料来源于农业生产废弃物菠萝皮渣，材料丰富，容易获得，经济性好，采用SDS或PEG-400溶液处理菠萝皮渣，反应条件温和，生态环保，符合绿色化学的特征。
(2)本发明对菠萝皮渣进行处理的方法易操作，工艺简单，设备要求低；
(3)本发明SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料对亚甲基蓝染料的吸附性能显著，相对于未经处理的菠萝皮渣，吸附能力提高1.5倍以上，可用作良好的染料吸附剂，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例2制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-2和SDS-PP-2的FTIR谱图；
图2为实施例3制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-3和SDS-PP-3的XRD衍射谱图；
图3为实施例1制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-1和SDS-PP-1在不同添加量下对亚甲基蓝吸附容量的影响结果图；
图4为实施例1制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-1和SDS-PP-1在不同亚甲基蓝染料浓度下对亚甲基蓝吸附容量的影响结果图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明和描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将新鲜菠萝皮渣经过清洗后打浆，50℃干燥36h，中草药粉碎机粉碎后于80目筛筛分，得到菠萝皮渣干粉；
(2)将菠萝皮渣干粉按料液比1:20g/mL分别浸泡于浓度均为0.09g/mL的SDS溶液或PEG-400溶液混合，55℃浸泡9h，60℃干燥24h后过80目筛，分别得到SDS溶液处理后的菠萝皮渣基吸附材料SDS-PP-1和PEG-400溶液处理后的菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-1。
实施例2
(1)将新鲜菠萝皮渣经过清洗后打浆，55℃干燥30h，中草药粉碎机粉碎后于100目筛筛分，得到菠萝皮渣干粉；
(2)将菠萝皮渣干粉按料液比1:10g/mL分别浸泡于浓度均为0.10g/mL的SDS溶液或PEG-400溶液，45℃浸泡11h，50℃干燥36h后过100目筛，分别得到SDS溶液处理后的菠萝皮渣基吸附材料SDS-PP-2和PEG-400溶液处理后的菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-2。
制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-2和SDS-PP-2的FTIR谱图如图1所示，由图1可知，菠萝皮渣、SDS-PP-2和PEG-400-PP-2在3200-3700cm-1的吸收峰为-OH的特征吸收峰，2900cm-1附近的峰为C-H伸缩振动吸收峰，1730cm-1附近的吸收峰为C＝O伸缩振动吸收峰，1639cm-1是纤维素吸收水后形成的一个特征峰，为O-H弯曲伸缩振动峰；1038cm-1附近的吸收峰为C-O-C伸缩振动吸收峰。与菠萝皮渣相比，SDS-PP-2和PEG-400-PP-2的吸收峰强度有所降低，但基本保留了菠萝皮渣原有的吸收峰，说明处理过程中结构未发生明显改变。其中-OH的特征吸收出现显著降低，说明SDS和PEG-400溶液处理能够降低菠萝皮渣纤维素分子间的氢键作用。
实施例3
(1)将新鲜菠萝皮渣经过清洗后打浆，60℃干燥24h，中草药粉碎机粉碎后于80目筛筛分，得到菠萝皮渣干粉；
(2)将菠萝皮渣干粉按料液比1:15g/mL分别浸泡于浓度均为0.95g/mL的SDS溶液或PEG-400溶液，50℃浸泡10h，55℃干燥30h后过80目筛，分别得到SDS溶液处理后的菠萝皮渣基吸附材料SDS-PP-3和PEG-400溶液处理后的菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-3。
制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-3和SDS-PP-3的XRD衍射谱图如图2所示，由图2可知，菠萝皮渣、SDS-PP-3和PEG-400-PP-3在21.5°附近出现宽而强的衍射峰，以及在16.1°和34.6°出现较弱衍射峰，这些都属于纤维素I型的XRD特征衍射峰，说明菠萝皮渣、SDS-PP-3和PEG-400-PP-3中含有较多的纤维素。而处理后的纤维素衍射峰未发生明显改变，说明原有的晶体结构没有被破坏。
实施例4
利用实施例1中制备的菠萝皮渣基吸附材料SDS-PP-1和PEG-400-PP-1应用于亚甲基蓝染料的吸附，并与未处理的菠萝皮渣干粉进行吸附性能对比。
考察吸附材料添加量和亚甲基蓝溶液浓度对菠萝皮渣基吸附材料吸附性能的影响。
(1)不同菠萝皮渣基吸附剂添加量对亚甲基蓝吸附容量的影响：分别准确称量定量(50、100、200、300、400、500mg)的菠萝皮渣干粉、SDS-PP-1和PEG-400-PP-1于100mL烧杯中，将浓度为100mg/L亚甲基蓝溶液50mL移入烧杯中；
(2)不同亚甲基蓝溶液浓度下菠萝皮渣基吸附剂对亚甲基蓝吸附容量的影响：分别称量50mg的菠萝皮渣干粉、SDS-PP-1和PEG-400-PP-1于烧杯中，准确将定量浓度的亚甲基蓝溶液(50、100、150和200mg/L)50mL移入烧杯中；
(1)和(2)均在室温条件下搅拌吸附2h至吸附平衡，离心后取上清液，用紫外分光光度计于664nm处测定吸光度，根据标准曲线计算出溶液中亚甲基蓝浓度，根据式(1)计算菠萝皮渣基吸附材料对亚甲基蓝染料的吸附容量Qe(mg/g)：
其中Qe为吸附容量(mg/g)，Co为染料初始浓度(mg/L)，Ce为吸附平衡时染料浓度(mg/L)，m为吸附剂的质量(g)，V为测试溶液的体积(L)。
图3为实施例1中制备的菠萝皮渣、菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-1和SDS-PP-1在不同添加量下对亚甲基蓝吸附容量的影响。由图3可知，随着吸附剂添加量的增加，吸附容量呈现明显的下降趋势，说明少量的吸附剂添加能够获得更高的吸附效率。当吸附剂添加量为0.05g时，菠萝皮渣、PEG-400-PP-1和SDS-PP-1对亚甲基蓝的吸附容量分别为27.64、46.21和48.74mg/g，说明PEG-400和SDS处理能够显著提高菠萝皮渣吸附亚甲基蓝性能。
图4为不同亚甲基蓝染料浓度对实施例1中制备的菠萝皮渣、菠萝皮渣基吸附材料PEG-400-PP-1和SDS-PP-1吸附亚甲基蓝性能影响结果图。由图4可知，随着染料浓度的增加，菠萝皮渣、PEG-400-PP-1和SDS-PP-1均对亚甲基蓝的吸附容量呈现先升后降的趋势。未处理的菠萝皮渣在亚甲基蓝溶液浓度为100mg/L时达到最大吸附容量，为25.59mg/g，说明此时已经达到吸附饱和，继续增加染料浓度将降低吸附容量。而PEG-400-PP-1和SDS-PP-1在亚甲基蓝溶液浓度为150mg/L才达到吸附饱和，吸附容量分别为44.95和49.03mg/g，进一步说明PEG-400和SDS溶液处理能够显著提高菠萝皮渣对亚甲基蓝的吸附性能。

Claims (8)

1.一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将新鲜菠萝皮渣清洗后打浆、干燥、粉碎、过筛，得到菠萝皮渣干粉；
（2）将得到的菠萝皮渣干粉采用SDS溶液或PEG-400溶液浸泡后，取出，干燥，粉碎，过筛，得到所述SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）、（2）中，所述干燥均是在温度50-60℃干燥24-36h。
3.根据权利要求1所述的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）、（2）中，所述过筛均是过80-100目筛。
4.根据权利要求1所述的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述菠萝皮渣干粉与SDS溶液或PEG-400溶液的料液比均为1:10-1:20g/mL。
5.根据权利要求1所述的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述SDS溶液和PEG-400溶液的浓度均为0.09-0.10g/mL。
6.根据权利要求1所述的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，采用SDS溶液或PEG-400溶液浸泡为水浴45-55℃浸泡，浸泡的时间为9-11 h。
7.由权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料。
8.权利要求7所述的一种SDS或PEG-400处理的菠萝皮渣基吸附材料应用于重金属吸附、染料或废水的吸附处理。
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