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一种油菜籽副产物的综合利用方法

申请号 CN202211539740.3 申请日 2022-12-02 公开(公告)号 CN115888169A 公开(公告)日 2023-04-04
申请人 中国农业科学院油料作物研究所; 发明人 陈文超; 刘佩; 龚阳敏; 丁小霞; 王萌;
摘要 本 发明 属于农业副产物高值化利用领域,涉及一种 油菜籽 副产物的综合利用方法,包括如下步骤:(1)将 菜籽粕 和菜籽壳分别干燥至恒重后 研磨 筛分;(2)筛分后的菜籽粕和菜籽壳在室温下与正己烷混合进行 脱脂 处理;(3)步骤(1)或(2)得到的菜籽粕和菜籽壳分别与 盐酸 乙醇 溶液混合进行多酚提取,然后离心得到上清液和底部固形物;(4)上清液经除去盐酸乙醇后通过AB‑8 树脂 对多酚进行纯化,然后以乙醇进行洗脱,再经 真空 旋转 蒸发 及烘干后得到多酚;(5)底部固形物烘干后得到改性残留物,用于 吸附 水 质中重 金属离子 。本发明把油菜籽副产物菜籽粕、菜籽壳中多酚提取出来,然后又对提取多酚后的残留物进行改性,具备优异的重金属离子吸附能 力 。
权利要求

1.一种油菜籽副产物的综合利用方法,其特征在于它包括如下步骤:
(1)预处理:将菜籽粕和菜籽壳分别干燥至恒重,均研磨筛分后,得到筛分后的菜籽粕和筛分后的菜籽壳;
(2)提取:将筛分后的菜籽粕和筛分后的菜籽壳分别与盐酸乙醇溶液混合进行多酚提取,然后离心,分别得到菜籽粕多酚上清液和相应的底部固形物Ⅰ,以及菜籽壳多酚上清液和相应的底部固形物Ⅱ;
(3)纯化:步骤(2)所得两种上清液分别经真空旋转蒸发除去盐酸和乙醇后,通过AB‑8树脂对多酚进行纯化,然后以乙醇进行洗脱,再经真空旋转蒸发及烘干后,分别得到菜籽粕多酚和菜籽壳多酚;
(4)后处理:将步骤(2)所得两种底部固形物Ⅰ、Ⅱ分别烘干后,分别得到改性菜籽粕残留物和改性菜籽壳残留物。
2.一种油菜籽副产物的综合利用方法,其特征在于它包括如下步骤:
(1)预处理:将菜籽粕和菜籽壳分别干燥至恒重,均研磨筛分后,得到筛分后的菜籽粕和筛分后的菜籽壳;
(2)脱脂:取筛分后的菜籽粕和菜籽壳分别在室温下与正己烷混合进行脱脂处理,再经超声处理后过滤,分别得到脱脂菜籽粕和脱脂菜籽壳,干备用;
(3)提取:将脱脂菜籽粕和脱脂菜籽壳分别与盐酸乙醇溶液混合进行多酚提取,然后离心,分别得到脱脂菜籽粕多酚上清液和相应的底部固形物Ⅲ,以及脱脂菜籽壳多酚上清液和相应的底部固形物Ⅳ;
(4)纯化:步骤(3)所得两种上清液分别经真空旋转蒸发除去盐酸和乙醇后,通过AB‑8树脂对多酚进行纯化,然后以乙醇进行洗脱,再经真空旋转蒸发及烘干后,分别得到脱脂菜籽粕多酚和脱脂菜籽壳多酚;
(5)后处理:将步骤(3)所得两种底部固形物Ⅲ、Ⅳ分别烘干后,分别得到改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物。
3.根据权利要求1或2所述的一种油菜籽副产物的综合利用方法,其特征在于预处理步骤中,使用30~50目的筛网将菜籽粕和菜籽壳研磨后筛分。
4.根据权利要求2所述的一种油菜籽副产物的综合利用方法,其特征在于脱脂步骤中,混合时固液比按重量计为1:2~1:4,室温下超声处理20~60分钟;脱脂步骤重复多次。
5.根据权利要求1或2所述的一种油菜籽副产物的综合利用方法,其特征在于提取步骤中,混合时固液比按重量计为1:4~1:10,混合温度为40~55℃,混合搅拌速度为100~
200rpm,混合时间为1~1.5小时;离心速度为3000~5000rpm,离心时间为10~20分钟;其中,盐酸乙醇溶液为含有盐酸的乙醇溶液,盐酸浓度为0.8~1.2M,乙醇质量百分比为50~60%。
6.根据权利要求1或2所述的一种油菜籽副产物的综合利用方法,其特征在于纯化和后处理步骤中,烘干温度为50~60℃,烘干时间为24~48小时。
7.根据权利要求1所述的方法制得的改性菜籽粕残留物和改性菜籽壳残留物作为重金属离子吸附剂的应用。
8.根据权利要求2所述的方法制得的改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物作为重金属离子吸附剂的应用。
9.根据权利要求7或8所述的应用,其特征在于具体应用方法为:将改性残留物作为吸附剂投入待处理污染水体中,吸附剂投入量范围为0.05g~0.30g/30mL,在加入吸附剂之后将待处理污染水体的pH调至2.0~7.0,接触时间范围为30~480分钟,待处理污染水体的重金属离子的初始浓度范围为100~1000mg/L。

说明书全文

一种油菜籽副产物的综合利用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及重金属污治理领域,特别是涉及一种油菜籽副产物的综合利用方法。

背景技术

[0002] 油菜(BrassicanapusL.)是世界上最重要的油料作物之一。油菜籽榨油后的副产物主要有菜籽粕和菜籽壳。菜籽粕和菜籽壳主要由蛋白质、木质素、纤维素和半纤维素组成,这与木质纤维素的主要成分相似。此外,由于含有丰富的酚类化合物,菜籽粕和菜籽壳被广泛用作提取原料。然而,从农业副产品中提取多酚后另一个被忽视的问题是如何处理提取过程后的残留物。若不加控制地丢弃这些残留物不仅会造成环境污染,还会造成浪费。
[0003] 目前,油菜籽副产物菜籽粕和菜籽壳主要作为植物性蛋白饲料,但由于油菜籽副产物中纤维含量较高会阻碍动物消化,并且油菜籽副产物中还含有硫苷、单宁或芥子等毒性成分或抗营养因子,这些缺点严重影响了油菜籽副产物作为植物蛋白在饲料方面的应用。若希望更充分地利用油菜籽副产物更全面地发挥其饲料价值,还必须进行脱毒处理。将毒性成分和抗营养因子从油菜籽副产物中提取出来,并合理利用毒性成分和抗营养因子创造的利润弥补副产物处理费用,最后将脱毒后的油菜籽副产物用作植物性蛋白饲料,这也是油菜籽副产物比较常见的利用方法。据报道,油菜籽废料还可用于连续生物吸附Pb(II)和Rb19染料等微污染物。此外,通过油菜籽饼热解获得的生物炭对Cu(II)和Zn(II)具有很强的亲和,而对As(III)的亲和力很低,这表明油菜籽副产物具有去除许多重金属污染物的潜力。但是,菜籽粕、菜籽壳及其残留物是否能够不经热解处理直接吸附Cr(VI),这能够减少吸附剂成本,且仍然是一个未被解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种新的油菜籽副产物的综合利用方法,从油菜籽副产物中提取多酚的同时,对残留物进行改性,得到性能优异的重金属吸附剂。
[0005] 本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:
[0006] 一种油菜籽副产物的综合利用方法,它包括如下步骤:
[0007] (1)将菜籽粕和菜籽壳分别干燥至恒重,均研磨筛分后得到筛分后的菜籽粕和筛分后的菜籽壳;将筛分后的菜籽粕分成a、b两部分,将筛分后的菜籽壳分成a、b两部分;
[0008] (2)取筛分后的菜籽粕a和菜籽壳a分别在室温下与正己烷按照一定的固液比混合来进行脱脂处理,再经超声处理后过滤,得到脱脂菜籽粕和脱脂菜籽壳,干备用;
[0009] (3)将菜籽粕b、菜籽壳b,脱脂菜籽粕、脱脂菜籽壳分别与盐酸乙醇溶液按照一定的固液比混合来进行多酚提取,然后离心,得到相应的上清液和底部固形物,分别为菜籽粕多酚上清液和相应的底部固形物Ⅰ,脱脂菜籽粕多酚上清液和相应的底部固形物Ⅱ,菜籽壳多酚上清液和相应的底部固形物Ⅲ,脱脂菜籽壳多酚上清液和相应的底部固形物Ⅳ;
[0010] (4)步骤(3)所得四种上清液分别经真空旋转蒸发除去盐酸和乙醇后,通过AB‑8树脂对多酚进行纯化,然后以乙醇进行洗脱,再经真空旋转蒸发及烘干后,分别得到菜籽粕多酚、脱脂菜籽粕多酚、菜籽壳多酚和脱脂菜籽壳多酚;
[0011] (5)将步骤(3)所得四种底部固形物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别烘干后,依次为改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物。
[0012] 按上述方案,步骤(1)中,使用30~50目的筛网将菜籽粕和菜籽壳研磨后筛分。
[0013] 按上述方案,步骤(2)中,固液比按重量计为1:2~1:4,室温下超声处理20~60分钟;该脱脂步骤可重复多次,如2~4次。
[0014] 按上述方案,步骤(3)中,固液比为按重量计为1:4~1:10,混合温度为40~55℃,混合搅拌速度为100~200rpm,混合时间为1~1.5小时;离心速度为3000~5000rpm,离心时间为10~20分钟;其中,盐酸乙醇溶液为含有1M盐酸的50%~60%乙醇水溶液。
[0015] 按上述方案,步骤(4)和(5)中,烘干温度为50~60℃,烘干时间为24~48小时。
[0016] 上述方法制得的改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物作为重金属离子吸附剂的应用。具体应用方法为:将改性残留物作为吸附剂投入待处理污染水体中,吸附剂投入量范围为0.05g~0.30g/30mL,在加入吸附剂之后将待处理污染水体的pH调至2.0~7.0,接触时间范围为30~480分钟,待处理污染水体的重金属离子的初始浓度范围为100~1000mg/L。
[0017] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明所提供的油菜籽副产物的综合利用方法,从油菜籽副产物中提取多酚的同时,对残留物进行改性,得到性能优异的重金属吸附剂。本发明提供的综合利用方法把油菜籽副产物菜籽粕、菜籽壳中多酚提取出来,提取的多酚具备清除自由基、抗菌、吸附重金属离子等作用,并且可作为补充剂应用于食品、药品、化妆品等领域中;然后本发明在提取多酚的同时得到改性残留物,可用于吸附水质中重金属离子,相较于油菜籽副产物菜籽粕、菜籽壳,提取多酚后的残留物具备更好的吸附重金属离子的能力。附图说明
[0018] 图1为菜籽副产物提取多酚前后的原料以及残留物对Cr(VI)吸附率的影响。
[0019] 图2A‑D为菜籽粕(A)、脱脂菜籽粕(B)、改性菜籽粕残留物(C)和改性脱脂菜籽粕残留物(D)的扫描电镜图。
[0020] 图3A‑D为菜籽壳(A)、脱脂菜籽壳(B)、改性菜籽壳残留物(C)和改性脱脂菜籽壳残留物(D)的扫描电镜图。
[0021] 图4为不同吸附剂的傅里叶红外光谱图:菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物(A);菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物、改性脱脂菜籽壳残留物(B)。
[0022] 图5为pH对吸附率的影响:菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物(A);菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物、改性脱脂菜籽壳残留物(B)。
[0023] 图6为吸附剂添加量对吸附率的影响:菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物(A);菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物、改性脱脂菜籽壳残留物(B)。
[0024] 图7为时间对吸附率的影响:菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物(A);菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物、改性脱脂菜籽壳残留物(B)。
[0025] 图8为初始Cr(VI)浓度对吸附率的影响:菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物(A);菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物、改性脱脂菜籽壳残留物(B)。
[0026] 图9为吸附剂的可重复使用性:菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物(A);菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物、改性脱脂菜籽壳残留物(B)。
[0027] 图10为改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物对共存重金属离子的吸附效果。
[0028] 图11为不同浓度菜籽粕多酚、脱脂菜籽粕多酚、菜籽壳多酚、脱脂菜籽壳多酚对六价铬吸附率的影响。
[0029] 图12为四种油菜籽副产物(菜籽粕、脱脂菜粕、菜籽壳、脱脂菜籽壳)来源多酚与相应改性残留物重新混合后对六价铬吸附率的综合影响。

具体实施方式

[0030] 为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
[0031] 下述实施例1中,含有1M盐酸的54%乙醇溶液按的配制方法为:总体积为1L的盐酸乙醇溶液,包括83mL浓盐酸,540mL无水乙醇和377mL水,相当于盐酸摩尔浓度为1M,乙醇质量浓度为54%的盐酸乙醇溶液。
[0032] 实施例1
[0033] 一种油菜籽副产物的综合利用方法,它包括如下步骤:
[0034] (1)将菜籽粕和菜籽壳分别在60℃下干燥至恒重,研磨后使用40目筛网进行筛分,分别得到筛分后的菜籽粕和筛分后的菜籽壳;将筛分后的菜籽粕分成a、b两部分,将筛分后的菜籽壳分成a、b两部分;
[0035] (2)取筛分后的菜籽粕a和菜籽壳a分别在室温下使用正己烷进行脱脂处理,固液比按重量计均为1:3,室温下超声处理40分钟后,抽滤;重复上述脱脂步骤3次,得到脱脂菜籽粕和脱脂菜籽壳,风干备用;
[0036] (3)将菜籽粕b、菜籽壳b,脱脂菜籽粕、脱脂菜籽壳分别与含有1M盐酸的54%乙醇溶液按照重量计固液比1:10进行混合,在55℃下以150rpm的搅拌速度混合1.5小时,然后在离心机中以4000rpm的速度离心20分钟,得到相应的上清液和底部固形物,分别为菜籽粕多酚上清液和相应的底部固形物Ⅰ,脱脂菜籽粕多酚上清液和相应的底部固形物Ⅱ,菜籽壳多酚上清液和相应的底部固形物Ⅲ,脱脂菜籽壳多酚上清液和相应的底部固形物Ⅳ;
[0037] (4)步骤(3)所得四种上清液分别经真空旋转蒸发除去乙醇后,通过AB‑8树脂对多酚进行纯化,然后以无水乙醇进行洗脱,再经真空旋转蒸发及烘干后,分别得到菜籽粕多酚、脱脂菜籽粕多酚、菜籽壳多酚和脱脂菜籽壳多酚;
[0038] (5)将步骤(3)所得四种底部固形物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别烘干后,依次为改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物。
[0039] 应用例1
[0040] 将实施例1制备的改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物作为吸附剂进行Cr(VI)吸附试验,计算各自的吸附率。并以菜籽粕、脱脂菜籽粕、菜籽壳、脱脂菜籽壳作为对照例。
[0041] 吸附实验采用的吸附剂分别为菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物、改性脱脂菜籽壳残留物;吸附实验在125mL锥形烧瓶中与30mLCr(VI)溶液中进行;吸附实验在恒温摇床中以150转/分钟的转速在室温下进行;吸附条件为pH2.0,吸附剂用量0.05g/30mL,接触时间300min,初始Cr(VI)浓度100mg/L。最后测定反应体系中六价铬的残留量,计算改性残留物的吸附率。
[0042] 如图1可知,无论脱脂与否,菜籽粕、菜籽壳、脱脂菜籽粕和脱脂菜籽壳都表现出较强的对六价铬的吸附能力。当吸附剂用量为0.05g/30mL时,菜籽粕和脱脂菜籽粕对Cr(VI)的吸附量分别达到30.36和30.13mg/g,相应吸附率为50.60%和50.22%;同时,菜籽壳和脱脂菜籽壳对Cr(VI)的去除效率只有35.62%和36.10%,Cr(VI)的吸附量也下降到21.37和21.66mg/g;而改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物的Cr(VI)吸附率分别为61.79%,59.66%,41.28%和46.49%,相较于菜籽粕、脱脂菜籽粕、菜籽壳和脱脂菜籽壳对Cr(VI)的吸附率分别增加了22%、19%、16%和
29%。
[0043] 从图2A~D和图3A~D中可以看出改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物表面积增大,增大了吸附剂与重金属离子的接触机会,使重金属离子更易于吸附剂结合。
[0044] 从图4中可以看出,改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物中羟基的特征吸收峰相较于菜籽粕和菜籽壳有增强,而重金属离子与吸附剂主要是通过羟基和羧基结合,这也与改性脱脂菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物对Cr(VI)的吸附率提高相一致。
[0045] 应用例2
[0046] 本应用例为探究不同吸附参数对油菜籽副产物不同吸附剂(改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物四种吸附剂,并以菜籽粕、脱脂菜籽粕、菜籽壳、脱脂菜籽壳作为对照例吸附剂)的影响,具体过程如下:
[0047] 吸附实验在125mL锥形烧瓶中与30mLCr(VI)溶液中进行。吸附实验在恒温摇床中以150转/分钟的转速室温下进行。除特别注明外,通常的吸附条件为pH2.0,吸附剂用量0.15g/30mL,接触时间300min,初始Cr(VI)浓度100mg/L。系统考察了pH(2.0、3.0、4.0、5.0、
6.0、7.0)、吸附剂用量(0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30g/30mL)、接触时间(30、60、120、
180、240、300、360、420、480min)和初始Cr(VI)浓度(100~1000mg/L)对吸附效果的影响。所有的吸附实验都至少进行了三次,结果如下:
[0048] 1.pH值。在pH2.0‑7.0的范围内进行吸附研究(图5)。这种吸附分别用菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物、改性脱脂菜籽壳残留物完成。所有吸附剂的Cr(VI)吸附能力随着pH值的增加而逐渐下降。以脱脂菜籽粕残留物和脱脂菜籽壳残留物为例,当pH值从2增加到7时,它们的Cr(VI)去除率分别从98.91%和96.79%下降到29.91%和20.01%。然而,在任何不同的pH值条件下,改性残留物对Cr(VI)的亲和力都比未经过提取多酚的原始材料(菜籽粕、脱脂菜籽粕、菜籽壳、脱脂菜籽壳)强。除了进一步证明酚类物质提取后对Cr(VI)吸附的改善外,还选择pH2.0作为进一步实验的合适条件。
[0049] 2.吸附剂用量。为了确定最大吸附金属离子的最小可能用量,改变吸附剂的用量,即在30mL100mg/LCr(VI)离子溶液中加入0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g、0.30g(图6)。较高的吸附剂用量提供了一个更具扩张性的吸附表面,因此Cr(VI)的去除效率随着吸附剂用量的增加而增加。当吸附剂用量为0.30g/30mL时,这8种吸附剂的去除率都可以达到99%以上。然而,0.15g/30mL可能是一个转折点,之后吸附性能急剧下降,随着吸附剂用量的进一步增加,去除率缓慢上升。因此,从综合成本的度考虑,在后续实验中采用了0.15g/
30mL的吸附剂用量。
[0050] 3.接触时间。通过改变接触时间,包括30、60、120、180、240、300、360、420、480分钟(图7),结果表明,接触时间越长,去除效率就越高。然而,对Cr(VI)的吸附在最初的30分钟内迅速增加。在30分钟内,菜籽粕、脱脂菜籽粕、菜籽壳和脱脂菜籽壳对Cr(VI)的去除率分别达到77.12%、76.35%、57.18%和55.99%,相应的残留物(菜籽粕残留物、脱脂菜籽粕残留物、菜籽壳残留物和脱脂菜籽壳残留物)的去除率为83.55%、81.87%、67.58%和76.15%。在300分钟时,去除率逐渐达到平衡值,菜籽粕的去除率提高到95.06%,脱脂菜籽粕为94.75%,菜籽壳为78.39%,脱脂菜籽壳为78.03%。与这四种未经过提取多酚的原始材料(菜籽粕、脱脂菜籽粕、菜籽壳、脱脂菜籽壳)相比,它们相应残留物的吸附率进一步增加,分别高于98%和90%。因此,在任何接触时间,残留物都更能够更有效地去除Cr(VI)。
[0051] 4.初始Cr(VI)浓度。Cr(VI)离子初始浓度对吸附能力的影响如图8所示,初始浓度从100到1000mg/L不等。0.15g吸附剂与30mL溶液的混合物在pH为2条件下混合均匀,在300min提取样品。可以看出,Cr(VI)的去除效率在初始Cr(VI)浓度较低时最高,随着浓度的增加而降低。在低浓度时,它们被特定的吸附位点吸附。由于吸附剂表面被较高浓度的重金属离子所占据,吸附过程由于表面饱和而减慢,最终达到平衡状态。当Cr(VI)初始浓度增加到1000mg/L时,Cr(VI)的亲和度依次为:脱脂菜籽粕残留物(34.03%)>菜籽粕残留物(33.71%)>菜籽粕(27.35%)>脱脂菜籽粕(24.99%);脱脂菜籽壳残留物(27.43%)>菜籽壳残留物(23.63%)>菜籽壳(22.52%)>脱脂菜籽壳(20.93%)。
[0052] 应用例3
[0053] 本应用例为探究改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物四种吸附剂的可重复使用性以及对其他金属离子的吸附性能,并以菜籽粕、脱脂菜籽粕、菜籽壳、脱脂菜籽壳作为对照例吸附剂),具体过程如下:
[0054] 1.重复使用性实验。吸附Cr(VI)后的吸附剂残渣用0.1MNaOH溶液解吸。具体操作如下:将吸附Cr(VI)后的0.15g吸附剂置于30mL0.1MNaOH溶液中,在室温下以150转/分钟振荡3h进行解吸。脱附后的吸附剂用去离子水冲洗至中性后烘干。重复使用吸附剂对100mg/LCr(VI)溶液进行试验,其余反应条件同前。重复上述步骤,直到完成4个吸附‑解吸循环。
[0055] 在每个再生循环后,8种吸附剂在平衡状态下的Cr(VI)去除率如图9所示。除菜籽粕和脱脂菜籽粕外,其他6种吸附剂在第1、2、3个吸附循环结束时对吸附能力的影响几乎可以忽略不计。由于油菜籽副产物表面有大量的可逆位点,所有这些吸附剂都表现出令人满意的再生能力和高重复利用性能,这可能在净化污染水和通过解吸回收重金属Cr(VI)方面进行有效管理。对于蛋白质含量相对较高的菜籽粕和脱脂菜籽粕,其对Cr(VI)的吸附能力随着循环次数的增加而逐渐下降,这可能是由于碱解吸后作为Cr(VI)还原的电子供体的胺基数量减少所致。但无论在哪个循环中,改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物都表现出比未经过提取多酚的原始材料(菜籽粕、脱脂菜籽粕、菜籽壳、脱脂菜籽壳)更强的吸附能力。在第4个再生循环中,菜籽粕、脱脂菜籽粕、改性菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽粕残留物的吸附量分别从95.06%、94.75%、98.66%和98.91%下降到61.92%、64.52%、75.60%和70.22%,菜籽壳、脱脂菜籽壳、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物的吸附量分别从78.39%、78.03%、90.11%和
96.79%下降到62.02%、61.97%、67.41%和69.49%。
[0056] 2.共存离子对吸附的影响。以K2Cr2O7、NiCl2、CuCl2、ZnCl2、CdCl2和PbCl2为原料,在初始Cr(VI)、Ni(II)、Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)和Pb(II)浓度为100mg/L的条件下制备阳离子污染体系。其他吸附条件为pH2.0、吸附剂用量0.15g/30mL、接触时间300min。采用ICP‑OES(ICAPPRO,ThermoFisher,USA)测量吸附反应后溶液中Cr(VI)、Ni(II)、Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)和Pb(II)离子的含量。
[0057] 与其他吸附剂相比,改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物具有最佳的吸附能力和重复使用性。因此,需要对其吸附特性进行更深入的研究。由于Ni(II)、Cu(II)、Zn(II)、Cd(II)和Pb(II)是重金属废水中最常见的共存离子,在多元体系下研究了它们对改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物吸附Cr(VI)的影响。如图10所示,在所有金属离子浓度相同的情况下,改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物对Cr(VI)有明显的吸附偏好。单一体系改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物对Cr(VI)的吸附效率分别为98.91%和96.79%,而多元体系的吸附效率分别为76.92%和71.31%。这一结果可能与对有限功能场地的竞争有关。此外,从对其他金属离子的吸附效率来看,Cd(II)(46.15%)对改性脱脂菜籽粕残留物具有较高的亲和力,其次是Cu(II)(43.00%)、Pb(II)(37.63%)、Ni(II)(30.60%)和Zn(II)(28.50%),而改性脱脂菜籽壳残留物对金属离子的吸附亲和力依次为:Cd(II)(47.35%)>Ni(II)(39.43%)>Pb(II)(38.31%)>Zn(II)(34.98%)>Cu(II)(23.63%)。这些差异进一步说明改性脱脂菜籽粕残留物和改性脱脂菜籽壳残留物的吸附性能不同。最重要的一点是这两种吸附剂可以同时吸附多种金属离子,在废水处理中表现出更广泛的应用和实用价值。
[0058] 对比例1
[0059] 本对比例为探究四种油菜籽副产物多酚与相应的改性残留物以不同比例重新混合后对铬离子吸附率的影响,具体步骤如下:
[0060] 1.分别称取四种油菜籽副产物来源多酚(0.5,1.5,2.5,5.0mg)添加至30mL反应体系中,然后考察多酚对铬离子吸附率的影响。实验参数:pH值为2.0,初始Cr(VI)浓度为100mg/L,室温下摇床设置为150转/分钟,持续300分钟。最后测定反应体系中Cr(VI)的残留量,计算多酚的吸附率。如图11所示。
[0061] 2.分别称取菜籽粕多酚0.5,1.5,2.5,5.0mg共四组,再称取相应的改性菜籽粕残留物0.05g添加至30mL反应体系中。实验参数:pH值为2.0,初始铬离子浓度为100mg/L,室温下摇床设置为150转/分钟,持续300分钟。最后测定反应体系中六价铬的残留量,计算多酚对Cr(VI)的吸附率。菜籽壳多酚、改性菜籽粕多酚和改性菜籽壳多酚参照菜籽粕多酚设置相同的实验条件,共计16组实验。这些实验来探究多酚和相应的改性残留物重新混合后对铬离子吸附率的影响。
[0062] 图11为不同浓度菜籽粕多酚、脱脂菜籽粕多酚、菜籽壳多酚和脱脂菜籽壳多酚对Cr(VI)的吸附率,可知:菜籽粕多酚、脱脂菜籽粕多酚、菜籽壳多酚和脱脂菜籽壳多酚都具有吸附Cr(VI)的能力,且浓度呈正相关。
[0063] 图12为探究不同浓度油菜籽副产物多酚与相应的改性残留物重新混合后对铬离子吸附率的影响。然后,图11‑12结合图1的结果发现改性菜籽粕残留物、改性脱脂菜籽粕残留物、改性菜籽壳残留物和改性脱脂菜籽壳残留物与对应的多酚重新混合,混合物对Cr(VI)吸附率低于两者之和的理论值,这表明将多酚从油菜籽副产物中分离出来能够有效提高油菜籽副产物对Cr(VI)的吸附率。
[0064] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干改进和变换,这些都属于本发明的保护范围。
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