改性殼聚糖樹脂脫除茶湯中過量氟離子的研究.pdf

1、茶葉具有富集氟的特性,不僅限制磚茶的開發(fā)利用,而且長期飲用含氟量過高的茶湯會引起氟中毒,危害人體健康。目前脫除茶氟的方法存在操作復雜、難以實際推廣等缺點,吸附法可直接脫除茶湯中氟離子,但吸附材料多化學物質(zhì)或者天然礦物,存在化學殘留、吸附量低、難以分離等缺點。因此,開發(fā)高效、使用方便、環(huán)保、安全、價格低廉、可再生利用、不損害茶湯品質(zhì)的吸附材料用于脫除茶湯中過量氟離子具有重要性意義。
　　本研究以殼聚糖為基體,利用膨潤土及稀土元素改性

2、殼聚糖,制備得到一系列改性殼聚糖樹脂作為脫氟劑,考察其吸附性能和機理,并評價其對茶湯中過量氟離子的脫除效果。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)反相懸浮法制備殼聚糖樹脂(CB)、膨潤土/殼聚糖樹脂(BCB)、載鑭-殼聚糖樹脂(La-CB)、載稀土-殼聚糖樹脂(Re-CB)、載鑭-膨潤土/殼聚糖樹脂(La-BCB)及載稀土-膨潤土/殼聚糖樹脂(Re-BCB)作為新型脫氟劑。采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X粉末衍射(XRD)及差

3、示掃描量熱(DSC)等表征樹脂發(fā)現(xiàn),殼聚糖與膨潤土復合,并且殼聚糖結(jié)構中的氨基與稀土離子發(fā)生了配位反應,制得的樹脂呈圓球形,熱穩(wěn)定性好。幾種改性殼聚糖樹脂對水溶液中氟離子的吸附容量順序為:CB

4、g/g,二者的脫氟效果優(yōu)良。
　　(2)La-BCB及Re-BCB對氟化鈉水溶液的靜態(tài)吸附實驗顯示,當溶液pH5、溫度30℃、反應8 h時,La-BCB的吸附容量達到2.87 mg/g,Re-BCB吸附容量達到2.20 mg/g。弱酸性pH有利于脫氟反應的進行。其他陰離子,特別是碳酸根離子和碳酸氫根離子對二者的吸附容量有較大影響。La-BCB和Re-BCB再生后可重復使用,第10次再生的損失率分別為17％和23%,累積吸附容量分別

5、為19.2 mg/g和13.3 mg/g。脫氟劑的吸附行為符合Langmuir和Freundlich等溫模型,吸附過程屬優(yōu)惠吸附,經(jīng)計算,La-BCB的最大吸附容量可達8.547 mg/g,Re-BCB可達7.943 mg/g。偽二級動力學模型及顆粒擴散模型良好地擬合了La-BCB和Re-BCB的吸附數(shù)據(jù),化學因素及顆粒內(nèi)擴散是脫氟過程中吸附速率的主要控制因素。La-BCB對氟離子的吸附機理可能是物理吸附和離子交換的共同作用。FTIR和

6、能量色散X射線光譜(EDX)分析說明La-BCB成功吸附水溶液中氟離子。La-BCB吸附容量高、再生效果好、吸附速率快、吸附易發(fā)生、材料性能優(yōu)良,因此在實際應用中更具優(yōu)勢。
　　(3)氟離子選擇電極法測定幾種茶葉的氟含量,由低到高的順序為:普洱高級散裝熟茶、嶗山綠茶一級、鐵觀音、普洱生茶、嶗山綠茶普通裝、嶗山紅茶、茯磚茶、藏磚茶。名優(yōu)茶的氟含量低于普通茶,而藏磚茶的氟含量最高,達到794±25 mg/kg,遠高于300 mg/kg

7、的國家標準限量。將脫氟劑La-BCB應用于磚茶茶湯中過量氟離子的脫除。茶湯氟初始濃度、La-BCB用量、茶湯pH對茶湯脫氟率及La-BCB脫氟容量的影響較大。當氟初始濃度4.49 mg/L、反應溫度30℃、La-BCB添加量0.1 mg/50 mL時,磚茶茶湯的脫氟率為56.7%。反應時間2 h內(nèi)脫氟迅速,8 h后吸附達到平衡。動態(tài)柱實驗顯示,當茶湯流速0.92 mL/min時,4.465 g的La-BCB可處理1.05 L體積的茶湯;

8、低流速條件下茶湯脫氟效果好;動態(tài)柱吸附的脫氟效果優(yōu)于靜態(tài)吸附。
　　(4)考察La-BCB脫氟對磚茶茶湯的化學品質(zhì)、營養(yǎng)價值和安全性的影響。應用La-BCB脫氟后,茶湯的水浸出物、水溶性總糖、總游離氨基酸、多酚、咖啡堿、共存陰離子等含量均有一定程度的下降,而La-BCB對茶湯中的金屬元素含量無明顯影響。脫氟后茶湯的La、Cl、Al等元素含量有所上升,但并不影響茶湯的飲用安全。采用FTIR和XRD分析La-BCB脫氟前、后的功能基團