CN110523390A - 一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂及其制备方法。该方法包括：将咖啡渣烘干脱除水分，得到去除水份的咖啡渣；将亚氯酸钠加入醋酸钠缓冲溶液中，混匀，得到亚氯酸钠溶液；将去除水份的咖啡渣加入亚氯酸钠溶液中，混匀，加热进行脱色处理，过滤，烘干，得到脱色后的产物；将脱色后的产物和硅烷偶联剂加入有机溶剂中，搅拌，过滤，烘干，得到所述具有疏水性的咖啡渣吸附剂。本发明提供的可防止霉变的咖啡渣的制备方法，该方法简单易实施，对天然咖啡渣进行改性，使得咖啡渣不易在空气中霉变，延长了咖啡渣的使用周期和吸收效率。本发明提供的具有疏水性的咖啡渣吸附剂，其具有疏松多孔的结构，能够吸附空气中甲苯、甲醛等气体。

Description

一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明属于咖啡渣加工领域，具体涉及一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂及其制备方法。
背景技术
咖啡是世界三大饮料之一，是用经过烘焙的咖啡豆制作出来的饮料，其中也会产生大量的咖啡渣。据统计，全球每年会有近8000吨的咖啡渣产生。咖啡渣含有丰富的纤维素，半纤维素和木质素等多糖类物质。同时咖啡渣是一种天然的3维多孔物质，具有非常大的比较面积，因此人们通常将咖啡渣用作室内空气净化剂，用来吸收房屋装修时产生的甲醛，甲苯的有害气体，甚至可以放在冰箱，净化冰箱空气。但天然的咖啡渣容易吸收空气中的水分，使得霉菌生长，同时霉菌的生长会占据咖啡渣里的孔隙，降低了咖啡渣对有害气体的吸收效率，同时霉变的咖啡渣为人民的健康也会带来一定的危害。
中国专利CN105217629 A公开了一种咖啡渣活性炭的制备方法，通过对咖啡渣进行真空热解脱油除去咖啡渣内的油脂并炭化得到咖啡渣碳前躯体,再用磷酸作为活化剂在不同浸渍比磷酸与咖啡渣碳前躯体的质量比下浸泡超声，干燥后于不同真空条件下活化，制备了一种咖啡渣活性炭。中国专利CN105984871 A公开了一种咖啡渣制取改性活性炭的方法，用氢氧化钠溶液浸泡咖啡渣原料，然后在高温炭化，提高了比表面积，在用喷洒氯化钾溶液，高温再次活化，恒温，再用水蒸气活化后，再喷入硫酸铁溶液活化处理，然后加入硅烷偶联剂研磨粉碎，再加入高铁酸钾、硅藻土、充分研磨混合，在焙烧，冷却，得到最终产品。以上专利制造过程比较繁琐，条件难以及控制，其中真空热解和高温炭化需消耗大量的热量，同时产品的颜色为黑色，在使用过程中会对室内环境带来一定的美观影响，因此该方法所制备的咖啡渣活性炭在现实中使用有一定的局限性。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂及其制备方法。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供的具有疏水性的咖啡渣吸附剂及其制备方法，能够解决咖啡渣在用于室内净化剂时易吸水霉变，吸收效率降低的问题。
本发明提供的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，包括：将普通咖啡渣烘干脱除水分；将咖啡渣进行脱色，并过滤烘干；将咖啡渣疏水改性。
本发明提供的一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将咖啡渣烘干脱除水分，得到去除水份的咖啡渣；
(2)脱色处理：将亚氯酸钠加入醋酸钠缓冲溶液中，混合均匀，得到亚氯酸钠溶液；将步骤(1)所述去除水份的咖啡渣加入亚氯酸钠溶液中，混合均匀，加热进行脱色处理，过滤取沉淀，烘干，得到脱色后的产物；
(3)疏水改性：将步骤(2)所述脱色后的产物和硅烷偶联剂加入有机溶剂中，搅拌处理，过滤取沉淀，烘干，得到所述具有疏水性的咖啡渣吸附剂。
进一步地，步骤(1)所述烘干的温度为80-100℃，烘干的时间为3-6h。
优选地，步骤(1)所述烘干的温度为100℃，烘干的时间为5小时。
进一步地，步骤(2)所述亚氯酸钠与去除水份的咖啡渣的质量比为1：5-1：20。
进一步地，步骤(2)所述亚氯酸钠溶液的pH值为4.0-5.0；在所述亚氯酸钠溶液中，所述亚氯酸钠与醋酸钠缓冲溶液的质量体积比为1-4:10g/mL。
步骤(2)所述醋酸钠缓冲溶液的配制，包括：将醋酸钠和冰醋酸加入水中，混合均匀，得到所述醋酸钠缓冲溶液。
进一步地，步骤(2)所述脱色处理的温度为50-100℃；所述脱色处理的时间为5-30min。
优选地，步骤(2)所述烘干的温度为100℃。
进一步地，步骤(3)所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷及十八烷基硅氯烷中的一种。
进一步地，步骤(3)所述有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、十一烷及十四烷中的一种。
进一步地，步骤(3)所述脱色后的产物与有机溶剂的质量体积比为1:4-1:5g/mL；所述硅烷偶联剂与有机溶剂的体积比为1-10mL：1L。
进一步地，步骤(3)所述搅拌处理的速率为300r/min-800r/min；所述搅拌处理的时间为12-18小时。
优选地，步骤(3)所述烘干的温度为70℃。
本发明提供一种由上述的制备方法制得的具有疏水性的咖啡渣吸附剂。
本发明提供了一种可防止霉变的咖啡渣及其制备方法，属于咖啡渣加工领域。所述可防止霉变的咖啡渣的制备方法，包括以下步骤：将普通咖啡渣烘干脱除水分；将步骤所得的咖啡渣进行脱色，并过滤烘干；将步骤所得的咖啡渣疏水改性。本发明提供的一种可防止霉变的咖啡渣的制备方法，该方法简单易实施，对天然咖啡渣进行改性，使得咖啡渣不易在空气中霉变，延长了咖啡渣的使用周期和吸收效率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明提供的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，该方法简单易实施，通过对天然咖啡渣进行脱色和疏水改性，得到一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂，且产品颜色为白色，这种具有疏水性的咖啡渣吸附剂具有很好的疏水性，不容易吸收空气中的水分，霉菌难以在其表面生长，从而不易在空气中霉变，延长了咖啡渣的使用周期和吸收效率；
(2)本发明提供的具有疏水性的咖啡渣吸附剂，其具有疏松多孔的结构，能够很好地吸附空气中甲苯、甲醛等气体。
(3)本发明提供的具有疏水性的咖啡渣吸附剂对碘和亚甲基蓝的吸附均超过了国标(国标中的碘吸附值为1000mg/g、国标中的亚甲基蓝吸附值为135mg/g)。
附图说明
图1为实施例1所得到的疏水性咖啡渣的接触角图。
图2为实施例2所得到的疏水性咖啡渣的接触角图。
图3为实施例3所得到的疏水性咖啡渣的接触角图。
图4为实施例4所得到的疏水性咖啡渣的接触角图。
图5为实施例1所得到的疏水性咖啡渣的电镜图。
图6为实施例2所得到的疏水性咖啡渣的电镜图。
图7为实施例3所得到的疏水性咖啡渣的电镜图。
图8为实施例4所得到的疏水性咖啡渣的电镜图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
实施例1
一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将咖啡渣在温度为100℃的条件下烘干，烘干的时间为5小时，脱除水分，得到去除水份的咖啡渣；
(2)脱色处理：将20g亚氯酸钠加入50mL的醋酸钠缓冲溶液中，混合均匀，得到亚氯酸钠溶液，所述亚氯酸钠溶液的pH值为4.8；将100g步骤(1)所述去除水份的咖啡渣加入亚氯酸钠溶液中，混合均匀，加热进行脱色处理，脱色处理的温度为80℃，脱色处理的时间为5分钟，过滤取沉淀，在温度为100℃的条件下烘干，得到脱色后的产物；
(3)疏水改性：将50g步骤(2)所述脱色后的产物和1mL的选用十八烷基硅氯烷加入200mL的正庚烷中，搅拌处理，搅拌处理的速率为300r/min，搅拌处理的时间为12小时，过滤取沉淀，在温度为70℃条件下烘干，得到所述具有疏水性的咖啡渣吸附剂。
经测试(测试温度为25℃，空气湿度为65％)，实施例1制得的具有疏水性的咖啡渣吸附剂，其接触角为151.6°，如图1所示；利用扫描电镜对实施例1得到的疏水性咖啡渣进行观察，其结果如图5所示，可以从图5看出，该疏水性咖啡渣具有多孔结构；对实施例1制得的疏水性咖啡渣按照中华人民共和国GB/T 12496.10-1999和GB/12496.8-1999测得其碘吸附值和亚甲基蓝吸附值，测试结果见表1。
实施例2
一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将咖啡渣在温度为100℃的条件下烘干，烘干的时间为5小时，脱除水分，得到去除水份的咖啡渣；
(2)脱色处理：将8g亚氯酸钠加入50mL的醋酸钠缓冲溶液中，混合均匀，得到亚氯酸钠溶液，所述亚氯酸钠溶液的pH值为4.0；将100g步骤(1)所述去除水份的咖啡渣加入亚氯酸钠溶液中，混合均匀，加热进行脱色处理，脱色处理的温度为80℃，脱色处理的时间为20分钟，过滤取沉淀，在温度为100℃的条件下烘干，得到脱色后的产物；
(3)疏水改性：将50g步骤(2)所述脱色后的产物和1mL的乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷加入200mL的十四烷中，搅拌处理，搅拌处理的速率为500r/min，搅拌处理的时间为15小时，过滤取沉淀，在温度为100℃条件下烘干，得到所述具有疏水性的咖啡渣吸附剂。
经测试(测试温度为25℃，空气湿度为65％)，实施例2制得的具有疏水性的咖啡渣吸附剂，其接触角为150.8°，如图2所示；利用扫描电镜对实施例2得到的疏水性咖啡渣进行观察，其结果如图6所示，可以从图6看出，该疏水性咖啡渣具有多孔结构；对实施例2制得的疏水性咖啡渣按照中华人民共和国GB/T 12496.10-1999和GB/12496.8-1999测得其碘吸附值和亚甲基蓝吸附值，测试结果见表1。
实施例3
一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将咖啡渣在温度为100℃的条件下烘干，烘干的时间为5小时，脱除水分，得到去除水份的咖啡渣；
(2)脱色处理：将8g亚氯酸钠加入50mL的醋酸钠缓冲溶液中，混合均匀，得到亚氯酸钠溶液，所述亚氯酸钠溶液的pH值为4.5；将100g步骤(1)所述去除水份的咖啡渣加入亚氯酸钠溶液中，混合均匀，加热进行脱色处理，脱色处理的温度为80℃，脱色处理的时间为10分钟，过滤取沉淀，在温度为100℃的条件下烘干，得到脱色后的产物；
(3)疏水改性：将50g步骤(2)所述脱色后的产物和1mL的硅烷偶联剂(选用乙烯基三甲氧基硅烷)加入250mL的十四烷中，搅拌处理，搅拌处理的速率为800r/min，搅拌处理的时间为18小时，过滤取沉淀，在温度为100℃条件下烘干，得到所述具有疏水性的咖啡渣吸附剂。
经测试(测试温度为25℃，空气湿度为65％)，实施例3制得的具有疏水性的咖啡渣吸附剂，其接触角为148.7°，如图3所示；利用扫描电镜对实施例3得到的疏水性咖啡渣进行观察，其结果如图7所示，可以从图7看出，该疏水性咖啡渣具有多孔结构；对实施例3制得的疏水性咖啡渣按照中华人民共和国GB/T 12496.10-1999和GB/12496.8-1999测得其碘吸附值和亚甲基蓝吸附值，测试结果见表1。
实施例4
一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将咖啡渣在温度为100℃的条件下烘干，烘干的时间为5小时，脱除水分，得到去除水份的咖啡渣；
(2)脱色处理：将5g亚氯酸钠加入50mL的醋酸钠缓冲溶液中，混合均匀，得到亚氯酸钠溶液，所述亚氯酸钠溶液的pH值为4.8；将100g步骤(1)所述去除水份的咖啡渣加入亚氯酸钠溶液中，混合均匀，加热进行脱色处理，脱色处理的温度为100℃，脱色处理的时间为30分钟，过滤取沉淀，在温度为100℃的条件下烘干，得到脱色后的产物；
(3)疏水改性：将50g步骤(2)所述脱色后的产物和1mL的选用乙烯基三甲氧基硅烷加入200mL的十四烷中，搅拌处理，搅拌处理的速率为500r/min，搅拌处理的时间为18小时，过滤取沉淀，在温度为100℃条件下烘干，得到所述具有疏水性的咖啡渣吸附剂。
经测试(测试温度为25℃，空气湿度为65％)，实施例4制得的具有疏水性的咖啡渣吸附剂，其接触角为146.1°，如图4所示；利用扫描电镜对实施例4得到的疏水性咖啡渣进行观察，其结果如图8所示，可以从图8看出，该疏水性咖啡渣具有多孔结构；对实施例4制得的疏水性咖啡渣按照中华人民共和国GB/T 12496.10-1999和GB/12496.8-1999测得其碘吸附值和亚甲基蓝吸附值，测试结果见表1，表1为各实施例的碘吸附和亚甲基蓝吸附数据汇总表。
表1
碘吸附质(mg/g) 亚甲基蓝吸附值(mg/g)
实施例1 1029 211.2
实施例2 1011 209.8
实施例3 1032 212.5
实施例4 1025 210.4
由表1可知，本发明各实施例提供的具有疏水性的咖啡渣吸附剂对碘和亚甲基蓝的吸附均超过了国标(国标的碘吸附值为1000mg/g、国标的亚甲基蓝吸附值为135mg/g)，它们都具有很好的吸附效果。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将咖啡渣烘干脱除水分，得到去除水份的咖啡渣；
（2）脱色处理：将亚氯酸钠加入醋酸钠缓冲溶液中，混合均匀，得到亚氯酸钠溶液；将步骤（1）所述去除水份的咖啡渣加入亚氯酸钠溶液中，混合均匀，加热进行脱色处理，过滤取沉淀，烘干，得到脱色后的产物；
（3）疏水改性：将步骤（2）所述脱色后的产物和硅烷偶联剂加入有机溶剂中，搅拌处理，过滤取沉淀，烘干，得到所述具有疏水性的咖啡渣吸附剂。
2.根据权利要求1所述的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述烘干的温度为80-100℃，烘干的时间为3-6h。
3.根据权利要求1所述的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述亚氯酸钠与去除水份的咖啡渣的质量比为1：5-1：20。
4.根据权利要求1所述的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述亚氯酸钠溶液的pH值为4.0-5.0；所述亚氯酸钠与醋酸钠缓冲溶液的质量体积比为1- 4:10g/mL。
5.根据权利要求1所述的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述脱色处理的温度为50-100 ℃；所述脱色处理的时间为5-30 min。
6.根据权利要求1所述的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷及十八烷基硅氯烷中的一种。
7.根据权利要求1所述的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、十一烷及十四烷中的一种。
8.根据权利要求1所述的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述脱色后的产物与有机溶剂的质量体积比为1:4-1:5g/mL；所述硅烷偶联剂与有机溶剂的体积比为1-10mL：1L。
9.根据权利要求1所述的具有疏水性的咖啡渣吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述搅拌处理的速率为300r/min-800r/min；所述搅拌处理的时间为12-18小时。
10.一种由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的具有疏水性的咖啡渣吸附剂。
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