[发明专利]一种改性魔芋葡甘聚糖碳微球重金属吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于植物化学和吸附科学领域，具体涉及魔芋葡甘聚糖碳微球重金属吸附材料的制备方法。

背景技术

重金属离子主要来自于矿山冶炼、机械加工、电镀及，石油化工等行业，这些行业产生的废水大都被直接排放到湖泊、河流、海洋，这不仅污染了水环境，使水质迅速恶化，且随着工业的发展，其污水排放量逐年升高，水污染尤其是水中重金属污染严重已成为不争的事实，严重危害各类生物包括人类的生存。近年来，重金属污染对人类身体健康及生存环境的威胁已引起各国科学家的的广泛关注，使得重金属废水处理技术已得到了飞速发展。处理重金属废水的方法多样，大体可以归纳为：化学法、物理法、生物法。但化学及物理方法由于处理效果不理想、费用昂贵等原因，限制了它们自身的应用前景。相对于前两种的诸多弊端，生物法凭其对低浓度的重金属废水有很好的处理效果、费用低廉、废料易处理等有优点，现今成为水处理研究领域的热点。近期，国内外很多科研工作者对农林副产品或农业废弃物进行一定的改性，研制出一些不同特性功能的吸附剂。比如木屑、柿子渣、蘑菇根、茶渣等改性后制成吸附剂，但终因其处理加工过程复杂，而没有得到很好的推广。

魔芋是一种多年生草木植物，主要分布于东南亚、非洲等地；中国、日本、缅甸、越南、印度尼西亚等国，其中国魔芋产区主要分布在云、贵、川、陕西南部和湖北西部，以四川盆地周围山区的魔芋资源最为丰富。其株高约40～70公分，叶柄粗长似茎，圆柱形，淡绿色，有暗紫色斑，掌状复叶，开紫红色花。地下有球茎，呈扁圆形，直径达25cm以上，营养丰富，其含有魔芋多糖达45％以上，魔芋多糖即魔芋葡甘聚糖，又称KGM，是一种天然的高分子可溶性膳食纤维，具有水溶、增稠、悬浮、凝胶、成膜、粘结、稳定等多种理化性质，由于其粘度高、吸水多、膨胀快等理化性质，使魔芋的加工工艺受到限制，现有魔芋食品中魔芋葡甘聚糖的纯度普遍偏低，人们摄入葡甘聚糖甚少。魔芋葡甘聚糖含有碳、氢、氧元素，且其表面含有多种官能团，如醇羟基，羧基阴离子而易于被改性，能够制成吸附剂，并且其本身也具有吸附重金属离子的性能，吸附效果较好。

在专利文献CN102161711 A中对魔芋葡甘聚糖进行化学改性制备得到了重金属吸附材料，但是该吸附材料的制备方法复杂，工艺难度大，制作条件苛刻，工业化实现困难。在硕士论文《魔芋葡甘聚糖交联羧甲基改性及其对金属离子的吸附和解吸性能研究》则介绍了一种交联羧甲基改性的吸附材料的制备方法，并研究了其对重金属吸附性能，此吸附材料制备方案复杂，条件难以控制，并且所得魔芋葡甘聚糖改性产物取代度不是很高。

发明内容

作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，对魔芋葡甘聚糖进行碳化和改性处理，碳化处理可使魔芋葡甘糖成微纳米球，改性处理使魔芋葡甘聚糖的吸附性能得以大幅提高。基于这种发现，完成了本发明。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明另一个目的是提供一种改性魔芋葡甘聚糖碳微球重金属吸附材料的制备方法，通过碳化处理可使魔芋葡甘糖成微纳米球，通过硅烷偶联剂的改性处理使魔芋葡甘聚糖的吸附性能得以大幅提高。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种改性魔芋葡甘聚糖碳微球重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将0.5～1重量份魔芋葡甘聚糖加入30～50重量份超纯水中，搅拌得到胶黏状浊液，在160～200℃下，将胶黏状浊液在水热反应釜中加热8～16h，然后将反应液在10000r/min的转速下离心20min，离心得到的固体用乙醇清洗3～5次，然后在50～80℃下真空干燥12～24h，得到魔芋葡甘聚糖碳微球；

步骤二、用体积分数为1～5％的酸溶液调节醇水溶液的pH至4.5，将体积分数为1～3％的硅烷偶联剂溶液加入醇水溶液中震荡2h，得到改性液；所述醇水溶液中醇与水的体积比为1：1，所述醇水溶液与硅烷偶联剂溶液的体积比是1：0.3～0.5；

步骤三、取3～15重量份步骤一制备的魔芋葡甘聚糖碳微球加入100重量份步骤二制备的改性液中，震荡3～5h，过滤，滤饼在65℃下烘干，将烘干后的滤饼用体积比为1:1的乙醇和水洗涤3～5次，50～80℃下真空干燥12～24h，制得改性魔芋葡甘聚糖碳微球吸附材料。

优选的是，所述步骤二中酸溶液中的酸为醋酸、盐酸、硫酸、硝酸中的一种。

优选的是，所述步骤二中醇水溶液中的醇为甲醇或乙醇中的一种。