改性碳材料的制备、表征及应用研究

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海洋动物蛋白酶解液中重金属的脱除已成为确保酶解液质量安全的主要任务。海洋蛋白酶解液中含有大量生物活性肽,其具有独特的生理活性,在肿瘤抑制、酶抑制、抗菌、抗氧化、抗辐射等方面均具有特殊功效,并且已广泛应用于食品、医疗保健及化妆品等行业。但活性肽基料的质量安全问题一直制约着该产业群的快速发展,特别是重金属超标问题更为突出。本研究以绿色食品添加剂聚天冬氨酸(PASP)为原料,制备新型改性碳材料,用于海洋酶解液中重金属镉和铅的脱除。制备改性竹炭和改性稻壳,分析PASP浓度对改性竹炭、稻壳吸附重金属的影响,确定0.05mol/LPASP为最佳制备浓度。通过Boehm法测定其表面官能团,发现其附着一些能吸附重金属材料的有效官能团,如羟基、羧基、内脂基等。对比改性前后的竹炭、稻壳的SEM(扫描电镜)微观照片,发现经过改性后的竹炭、稻壳表面灰分杂质去除较多,表面较平滑,粗糙度降低,并且孔隙数目变多,很有规则,孔隙也较为均匀,使得对重金属离子的运输效率大大提升,提高了其吸附重金属离子的速率,由此表明,经过PASP改性的竹炭、稻壳方法更显著,更易于吸附重金属。改性竹炭对蚶子贝肉酶解液中Cd2+的吸附符合准二级动力学方程,改性竹炭、稻壳对蚶子贝肉酶解液中Cd2+饱和吸附容量分别为135.05mg/g和126.09mg/g。利用响应面分析法确定了改性竹炭、稻壳去除蚶子贝肉酶解液中Cd2+的最佳条件:pH=5,脱除时间为30min,投加量为24mg/mL,改性竹炭对Cd2+脱除率为94.20%;改性稻壳去除蚶子贝肉酶解液中Cd2+的最佳条件:pH=4.5,脱除时间为50min,投加量为30mg/mL,改性稻壳对Cd2+的脱除率为93.40%;改性竹炭重复使用后对镉的脱除率为80%,改性竹炭对蚶子贝肉酶解液中含氮化合物损失率为7.74%。改性稻壳对Pb2+的吸附符合准二级动力学方程,改性竹炭、稻壳对鱿鱼内脏酶解液中Pb2+饱和吸附容量分别为109.05mg/g和106.09mg/g。改性竹炭、稻壳去除鱿鱼内脏解液中Pb2+最佳条件:pH=3.5,脱除时间为30min,投加量为8mg/mL,Pb2+脱除率为94.55%;改性稻壳去除鱿鱼内脏酶解液中Pb2+的最佳条件:pH=3.5,脱除时间为40min,投加量为6mg/mL,对Pb2+的脱除率为95.36%。改性稻壳重复使用后对铅的脱除率为85.05%,改性稻壳对鱿鱼内脏酶解液中含氮化合物损失率为6.44%。研究表明,改性竹炭、稻壳具有重金属脱除率高、营养成分损失较少、且具有重复多次利用、绿色安全、操作简单、经济实用等优点,因此可用于酶解液中重金属的脱除。
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