CN107118740A - 一种用于清除微藻藻粉中重金属的复合洗脱组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于清除微藻藻粉中重金属的复合洗脱组合物，pH为7.8～8.2，由C2H4O2、C2H2O4、CaCl2和人工海水组成，其中C2H4O2、C2H2O4和CaCl2的质量比为6∶9∶11.1，同时C2H2O4和CaCl2在人工海水中的浓度相同，且均为0.05～1mol/L；上述人工海水的pH为7.8～8.2，由KCl、NaCl和水以0.36～0.38g∶2.4～2.6g∶480～520mL的比例组成。本发明的复合洗脱组合物能有效洗脱微藻藻粉表面的重金属，同时不会使微藻细胞破坏，洗脱后的藻粉颜色还是绿色，不会影响其商业销售。
Description
技术领域
本发明属于微藻重金属处理技术领域，具体涉及一种用于清除微藻藻粉中重金属的复合洗脱组合物。
背景技术
藻类种类繁多，形态各异，目前已知的有30000多种。作为地球上最为庞大的生物群体，藻类在环境保护中具有重要意义，其光合作用效率高，二氧化碳固定能力强，能去除有毒有害物质，还可以制油、提取有用物，资源化利用前景广阔[1]。近年来，随着科学的不断进步，专家学者的深入研究，藻类许多不为人知的价值被不断挖掘出来，在生活中广泛应用，在食用、药用方面更是体现得尤为重要[2-3]。
微拟球藻是备受关注的藻类之一，它含有丰富的营养物质 [4]，而且繁殖快，产量高，常被大量培养，作为饵料和一些家畜的精饲料。微拟球藻在国内、外都有非常大的市场，除了应用在饵料、饲料领域外，在食品、保健品、化妆品领域的应用也相当广泛[5]。如美国的Lotioncrafter LLC公司生产出一种产品叫它是一种从微绿球藻中以生物技术手段获取的高纯度提取物并与适当比例的多聚糖结合，用于紧致肌肤，可达到快速明显紧致效果。在澳大利亚及以色列等国家，拟微绿球藻被规模化培养来用于生产高纯度的EPA。EPA是Eicosapentaenoic Acid即二十碳五烯酸的英文缩写，是鱼油的主要成分。EPA属于Ω-3系列多不饱和脂肪酸，是人体自身不能合成但又不可缺少的重要营养素[6-7]。因此，微拟球藻作为原材料被生产成各种营养品、保健品，主要有各种拟微绿球藻胶囊、拟微绿球藻片等产品，在市场上大量销售。
但是，近年来海洋污染日趋严重，其中对重金属污染的控制问题更是让人们费尽心思。此难关一时半会实难攻克，于是海洋生物皆遭牵连，藻类也不例外。在微拟球藻的培养中，微量的重金属当然是生命必需，可重金属一旦含量超标，便会破坏细胞本身及其营养价值[8]，若还制成食品、保健品、饲料等供人和其他生物食用，只会有害无益。[9]重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器 官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害。随着社会发展，重金属污染已成为现代社会的一隐形杀手[10]。重金属形成的盐少部分是溶解于水的，大部分是微溶或不溶于水的。当水中的铅质量浓度超过0.1mg/L时对人体、渔业和农业灌溉都会产生危害。
微拟球藻的商用产品也不免存在重金属铅超标问题，欲解决此难题有两种方法，其一是控制微拟球藻在培养过程中所摄入重金属铅的含量，即降低海水或培养液中铅的含量，但这种方法操作起来极其困难，且需耗费大量资金作为成本；其二是通过洗脱剂对产品洗脱，要求洗脱后的产品中铅含量不超标并且不破坏细胞结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于清除微藻藻粉中重金属的复合洗脱组合物。
本发明的技术方案如下：
一种用于清除微藻藻粉中重金属的复合洗脱组合物，pH为7.8～8.2，由C2H4O2、C2H2O4、CaCl2和人工海水组成，其中C2H4O2、C2H2O4和CaCl2的质量比为6∶9∶11.1，同时C2H2O4和CaCl2在人工海水中的浓度相同，且均为0.05～1mol/L；上述人工海水的pH为7.8～8.2，由KCl、NaCl和水以0.36～0.38g∶2.4～2.6g∶480～520mL的比例组成。
在本发明的一个优选实施方案中，其pH为8.0。
在本发明的一个优选实施方案中，所述C2H4O2、C2H2O4和CaCl2的质量比为6∶9∶11.1。
在本发明的一个优选实施方案中，所述人工海水的pH为8.0，由KCl、NaCl和水以0.37g∶2.5g∶500mL的比例组成。
在本发明的一个优选实施方案中，所述C2H2O4和CaCl2在人工海水中的浓度相同，且均为0.5mol/L。
在本发明的一个优选实施方案中，其用于洗脱的温度为18～25℃，时间为2～3h。
进一步优选的，其用于洗脱的温度为20℃，时间为2h。
本发明的有益效果：本发明的复合洗脱组合物能有效洗脱微藻藻粉表面的重金属，同时不会使微藻细胞破坏，洗脱后的藻粉颜色还是绿色，不会影响其商业销售。
附图说明
图1为本发明实施例中不同洗脱剂浓度的洗脱效果比较图，其中，除洗脱浓度不同外，其他条件一样，在20℃下洗脱2小时。
图2为本发明实施例中不同洗脱时间的洗脱效果比较图，其中，除洗脱时间不同外，其他条件一样，在20℃下洗脱
图3为本发明实施例中不同洗脱温度的洗脱效果比较图，其中，除洗脱温度不同外，其他条件一样，洗脱2小时
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
1、实验相关
1.1实验仪器
四氯乙烯消解罐；BS124S电子天平(北京赛多利斯有限公司)；格兰仕微波炉电器有限公司P70D20P-TF(WO)；美国Agilent公司型号7500CX电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)；Merck KGaA，64271Damstadt，Gemany 65％硝酸分析纯；西陇化工股份有限公司30％过氧化氢(分析纯)，实验用水超纯水。
1.2实验试剂
1.2.1样品采集
拟微绿球藻(Nannochloropsis oculata)藻粉来自于山东某生物公司，该公司建立在海边的养殖场，常年生产微拟球藻粉。分别随机收集该公司成品微拟球藻藻粉并编号，备用实验测定分析。
1.2.2不同洗脱试剂的配制
配制人工海水：KCl 0.37g，NaCl 2.5g，溶于300mL水中，滴加10mol·L-1 NaOH，调节pH值至8，移入500mL容量瓶中，加水定容。
①配制HCl试剂：用未调节pH值的人工海水配制HCl，浓度为0.1mol·L-1。
②配制本发明的复合洗脱组合物：分别称取6g的C2H4O2、9g的C2H2O4和11.1g的CaCl2倒入烧杯加人工海水搅拌使其溶解，配制成1mol·L-1的C2H2O4+CaCl2调节pH值至8。贴标签留待用。
③配制醋酸洗涤剂：将实验室原有醋酸配制成1mol·L-1。
④氯化钙
1.2.3不同浓度本发明的复合洗脱组合物的配制
把1mol·L-1的本发明的复合洗脱组合物分别稀释配制成0.05、0.1、0.2、0.4、0.5mol·L-1的本发明的复合洗脱组合物。贴上标签备用。
1.3实验方法
1.3.1测量初始藻粉的重金属含量
称取3份0.100±0.012g的藻粉加入1mL 30％过氧化氢和2mL浓硝酸，放入微波仪消解10min。冷却消解筒，倒出消解筒的溶液于10mL的离心管中，定容至10mL。用ICP-MS质谱仪分析藻粉的Pb、Hg和Cd的含量。
1.3.2不同洗脱试剂对藻粉重金属Pb、Hg和Cd的洗脱
用分析天平称取12份0.100±0.012g藻粉，分别加入1.2.2中的①、②、③+④试剂，在20℃下洗脱2h，观察藻粉的变化情况并记录，往浸泡后的藻粉中加入2mL HNO3与1mLH2O2，再加入5mL水，静置几分钟后放入微波炉中高火加热10min，待消解罐冷却后，将润洗罐内剩余的液滴并定容到15mL离心管中，静置。用ICP-MS测量Pb、Hg和Cd的含量。每个处理设置三个平行。
1.3.3不同反应时间下本发明的复合洗脱组合物对藻粉重金属Pb的洗脱
用分析天平称取15份0.100±0.012g的藻粉，放入消解罐中，往5个消解罐中加入0.2mol·L-1本发明的复合洗脱组合物，在20℃下分别洗脱0.5h、1h、2h、3h、4h、5h，将洗脱后的藻粉加入2mL HNO3与1ml H2O2，再加入5mL水，静置几分钟后放入微波炉中高火加热10min，待消解罐冷却后，润洗罐内剩余的液滴并定容到15mL离心管中。用ICP-MS测量Pb、Hg和Cd的含量。每个处理设置三个平行。
1.3.4不同温度下本发明的复合洗脱组合物对藻粉重金属Pb、Hg和Cd的洗脱
用分析天平称取15份0.100±0.012g的藻粉，放入消解罐中，往5个消解罐中加入0.2mol·L-1本发明的复合洗脱组合物，分别在5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃下洗脱2h，将洗脱后的藻粉加入2mL HNO3与1mL H2O2，再加入5mL水，静置几分钟后放入微波炉中高火加热10min，待消解罐冷却后，润洗罐内剩余的液滴并定容到15mL离心管中。用ICP-MS测量Pb、Hg和Cd的含量。每个处理设置三个平行。
1.3.5不同浓度下本发明的复合洗脱组合物对藻粉重金属Pb、Hg和Cd的洗脱
用分析天平称取15份0.100±0.012g的藻粉，放入消解罐中，往其中分别加入0.05、0.1、0.2、0.4、0.5mol·L-1的本发明的复合洗脱组合物，在20℃下洗脱2h。将洗脱后的藻粉加入2mLHNO3与1mL H2O2，再加入5mL水，静置几分钟后放入微波炉中高火加热10min，待消解罐冷却后，润洗罐内剩余的液滴并定容到15mL离心管中，静置。用ICP-MS测量Pb、Hg和Cd的含量。每个处理设置三个平行。
1.3.6计算方法
重金属洗脱率＝(初始重金属的含量-剩余的重金属含量)/初始重金属的含量*100％。2、结果与讨论
2.1洗脱剂对海洋微藻表面重金属的洗脱效果比较，如下表1和表2所示：
表1不同洗脱剂的洗脱效果(胞内+胞外)比较
注：A、在人工海水中培养，未经洗脱剂洗脱；B、用1mol·L-1的HCl洗脱；C、用1mol·L-1的HCl加CaCl2洗脱D、用1mol·L-1的本发明的复合洗脱组合物洗脱
表2不同洗脱剂的洗脱效果比较
由表1和表2数据可知，HCl的去除效果最好，本发明的复合洗脱组合物的洗脱率比HCl略低，C2H2O4+CaCl2较差。从藻粉颜色的变化来看，经过HCl洗脱的藻粉颜色变成黄色。因为HCl是强酸，用它洗脱海藻时会破坏细胞结构，导致藻粉颜色变黄。因此，HCl作为洗脱剂不能应用于活体海洋微藻细胞表面重金属的洗脱。本发明的复合洗脱组合物C2H4O2+C2H2O4+CaCl2虽然去除效果不如HCl，但是它不会使海藻细胞破坏，洗脱后的藻粉颜色还是绿色，不会影响其商业销售。本发明的复合洗脱组合物中C2H4O2和C2H2O4都是具有较强络合能力的络合试剂，它们与重金属都有较高的络合常数，可以竞争洗脱掉藻细胞表面的重金属，从而降低藻细胞的重金属浓度。研究结果同时表面本发明的复合洗脱组合物相对C2H2O4+CaCl2洗脱效果更好，因此选用它做为洗脱剂进一步分析探讨。
2.2洗脱剂浓度对海洋微藻粉重金属洗脱的影响
以洗脱试剂浓度增加后重金属浓度不变，洗脱的重金属为细胞表面重金属，即洗脱细胞表面金属100％。从图1实验结果可以得出，刚开始随着本发明的复合洗脱组合物浓度的增加，它的洗脱效果越来越好，但当到达一定浓度时，随着浓度的增加洗脱效果不再有明显变化。本发明的复合洗脱组合物中络合剂的浓度会显著影响洗脱效率。根据络合平衡理论，络合试剂越多，络合剂络合的金属含量就会越高。但是图1可见，当络合剂达到0.5mol/L之后，增加的洗脱率变化不明显。从商业成本的考虑，本发明的复合洗脱组合物的浓度控制在0.5mol/L为宜。
2.3洗脱时间对海洋微藻表面重金属的洗脱的影响
由图2实验结果可知，在相同温度与相同洗脱试剂浓度的情况下，刚开始随洗脱时间的增加，藻细胞表面的重金属的含量越少，去除的越彻底，但当到达一定时间后，洗脱效果也无明显提高。可见，洗脱时间会显著的影响洗脱效率，这是因为随着洗脱时间的增加，复合洗脱试剂中的络合试剂充分的与重金属接触，系脱掉细胞表面的重金属浓度。在洗脱时间达到2小时后，洗脱效率基本维持在90％左右，可见，2小时的洗脱后，洗脱试剂中的络合剂与藻细胞表面的重金属已经达到络合平衡，无法更进一步的减少金属含量。为了节省成本，洗脱时间是2小时为宜。
2.4洗脱温度对海洋微藻表面重金属洗脱的影响
由图3实验结果可以看出，随着洗脱温度的升高，藻粉中重金属的含量越来越低。5℃到20℃范围内，洗脱效率与温度呈一定的线性关系。20℃到30℃间洗脱效率增加并不明显。综合考虑生产季节的环境温度，春，夏和秋季无需额外加热，环境温度下洗脱都能达到较为满意的洗脱效果。但是在冬季气温低于15℃时，洗脱藻粉中的重金属就需要适当的增温，因而也增加了成本。
3.结论
在采用本发明的复合洗脱组合物(C2H4O2+C2H2O4+CaCl2)对藻粉的洗脱中，洗脱效率随洗脱剂浓度、洗脱时间、洗脱温度的增加而提高，但达到一定值后效果饱和。结果表明综合考虑成本洗脱条件为20℃，0.5mol·L-1浓度下洗脱2h即可达到较佳的洗脱效果。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种用于清除微藻藻粉中重金属的复合洗脱组合物，其特征在于：pH为7.8～8.2，由C2H4O2、C2H2O4、CaCl2和人工海水组成，其中C2H4O2、C2H2O4和CaCl2的质量比为6∶9∶11.1，同时C2H2O4和CaCl2在人工海水中的浓度相同，且均为0.05～1mol/L；上述人工海水的pH为7.8～8.2，由KCl、NaCl和水以0.36～0.38g∶2.4～2.6g∶480～520mL的比例组成。
2.如权利要求1所述的复合洗脱组合物，其特征在于：其pH为8.0。
3.如权利要求1所述的复合洗脱组合物，其特征在于：所述C2H4O2、C2H2O4和CaCl2的质量比为6∶9∶11.1。
4.如权利要求1所述的复合洗脱组合物，其特征在于：所述人工海水的pH为8.0，由KCl、NaCl和水以0.37g∶2.5g∶500mL的比例组成。
5.如权利要求1所述的复合洗脱组合物，其特征在于：所述C2H2O4和CaCl2在人工海水中的浓度相同，且均为0.5mol/L。
6.如权利要求1所述的复合洗脱组合物，其特征在于：其用于洗脱的温度为18～25℃，时间为2～3h。
7.如权利要求6所述的复合洗脱组合物，其特征在于：其用于洗脱的温度为20℃，时间为2h。
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