油茶壳中提取茶皂素及制备活性炭工艺研究

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我国油茶资源十分丰富,油茶壳作为油茶产业的副产物产量巨大,未得到合理有效的利用。油茶壳中含有一定量的茶皂素,具有较大的开发价值;并且含有大量的木质素、纤维素和半纤维素,是制备活性炭的良好原料。本文对油茶壳中茶皂素提取与纯化,制备活性炭工艺,以及活性炭对Cr(Ⅵ)吸附性能进行研究,为油茶壳的综合利用提供重要依据。主要研究内容如下:采用甲醇浸提法,对油茶壳中茶皂素提取工艺进行研究,通过单因素及正交实验考察了各因素对茶皂素得率的影响,确定最佳提取工艺条件为甲醇体积分数80%,固液比1:4,提取时间4 h,提取温度50℃,浸提2次,茶皂素得率为10.34%,纯度为36.10%。采用NaHSO3作为脱色剂,水饱和正丁醇为萃取剂,对茶皂素粗品纯化进行研究。结果表明NaHSO3对茶皂素醇溶液脱色效果显著,纯化最佳工艺条件为NaHSO3用量为1.0 g,水饱和正丁醇用量50 m L,萃取2次,其得率为42.77%,纯度达到72.47%。通过FT-IR对茶皂素标准品和纯化后茶皂素样品进行检测,发现峰型基本相同,与标准品的结构基本一致。以油茶壳醇浸提后残渣为原料,采用磷酸活化法,考察了浸渍比、磷酸质量分数和活化温度等对活性炭得率和吸附性能的影响,吸附性能通过碘吸附值、亚甲基蓝吸附值进行测定。结果表明,在浸渍比3:1,磷酸质量分数70%,活化温度500℃时,吸附性能最佳,其碘、亚甲基蓝吸附值和得率分别为1043.29 mg/g、148.50 mg/g和38.77%。对该条件下制备的活性炭,采用物理吸附仪在77 K下测定其N2吸附脱附等温线,利用BET法和BJH法计算比表面积和孔径分布,其比表面积1626.45 m2/g,孔隙平均宽度为4.7 nm,总孔容1.940 cm3/g。同时采用FT-IR、SEM和XRD分析了活性炭的表面官能团、形貌和微观结构。结果表明,活性炭样品表面存在羧基,羟基等含氧官能团且存在芳香环结构,样品存在很多凹凸、褶皱、具有丰富的细密突起,属于中孔型活性炭且具有乱层石墨微晶结构。以上述最佳工艺条件制备的活性炭为吸附剂,对Cr(Ⅵ)吸附性能进行研究,考察了吸附时间、Cr(Ⅵ)溶液初始浓度、Cr(Ⅵ)溶液pH值和活性炭加入量等对Cr(Ⅵ)吸附去除率的影响。结果表明,活性炭样品对Cr(Ⅵ)具有极好的吸附效果,其对Cr(Ⅵ)去除效果显著优于市售活性炭;其达到吸附平衡时间为120 min;溶液pH值在1.5-5.5范围内,Cr(Ⅵ)去除率均达到98%,溶液pH值大不利于吸附的进行;综合考虑Cr(Ⅵ)去除率和活性炭利用率,当溶液初始浓度为30 mg/L,溶液pH值为5.5时,活性炭加入量为0.10 g,吸附时间120 min,其吸附效果最优,其Cr(Ⅵ)的去除率为98.71%,溶液中Cr(Ⅵ)残余量为0.387 mg/L,活性炭吸附量为7.403 mg/g。采用准一级、准二级以及颗粒内扩散动力学方程对实验数据拟合分析,结果表明,准二级方程的相关系数为0.999,准二级动力学方程能很好的描述活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附动力学行为。
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