载铝铈壳聚糖树脂的制备及在南极磷虾酶解液中除氟的应用

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目前我国的饮用水和部分食品存在氟超标现象,长期饮用或食用会引起氟中毒,危害人体健康。吸附法因费用较低,操作简便,成为应用最广泛的除氟方法。但常用吸附剂存在吸附容量较小,难以分离等缺点。因此,需要开发一种吸附效果好、安全、可再生利用且对食品品质影响较小的吸附材料。  本研究以天然高分子壳聚糖为基体,利用具有高效除氟性能的Al-Ce氧化物进行改性,制得了一种新型壳聚糖树脂除氟剂,对其理化特征和吸附性能进行了研究,并考察了其对南极磷虾酶解液中过量氟离子的脱除效果。主要内容和结果如下:  (1)以对氟离子具有高效吸附能力的铈,锆为基体,引入了成本较低的铁,铝,钛,制备出了Fe-Ce、Al-Ce、Ti-Ce、Fe-Zr、Al-Zr和Ti-Zr这6种混合金属氧化物,研究其对水溶液中F-的吸附能力,并对制备条件进行优化。结果表明,A1-Ce金属氧化物的F-吸附性能最好,在Al∶Ce为4∶1,干燥温度为60℃时,吸附容量可达42.893mg/g。  (2)利用反相悬浮法制备了载铝铈氧化物壳聚糖树脂(ACCB)作为新型除氟剂,考察了其对水溶液中F-的吸附行为,并从吸附热力学和动力学两方面研究其对F-的吸附性能。结果表明:ACCB反应速率较快,6h内基本达到最大吸附容量;当ACCB的用量从0.2 g/L增加到3.0 g/L时,吸附百分比从18.32%增加到98.65%;当水溶液中F-初始浓度从5 mg/L增加至40.0 mg/L时,ACCB的吸附容量呈快速增加趋势;ACCB可在较广pH范围内适用,pH4时吸附容量最佳;提高反应温度有利于吸附过程进行;共存阴离子特别是碳酸根离子和碳酸氢根离子对ACCB的吸附容量有较大影响。热力学方面,吸附过程符合Freundlich和Langmuir吸附等温线模型,属于多分子层吸附,且为有利吸附;动力学方面,吸附过程符合拟二级动力学模型和液膜扩散模型,主要受化学因素和分子间扩散控制;对F-的吸附作用具有吸附选择性和可重复利用性。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和能量色散X射线光谱(EDX)分析说明ACCB成功吸附了水溶液中的氟离子。  (3)将ACCB应用于南极磷虾酶解液中过量F-的脱除,结果表明ACCB用量和酶解液pH对脱氟率及吸附容量的影响较大。当反应时间6h、反应温度30℃、ACCB添加量0.1 mg/25 mL时,南极磷虾酶解液的脱氟率可达60.31%。动态吸附实验显示,当酶解液流速0.93 mL/min时,2.5g的ACCB可处理磷虾酶解液1.227 L;较低流速有利于ACCB的脱氟,且动态吸附的脱氟效果优于静态吸附。  (4)考察ACCB处理对南极磷虾酶解液理化性质、营养价值和安全性的影响。吸附过程对南极磷虾酶解液的理化性质无明显影响,但氨基酸含量有一定下降,损失率为4.39%。脱氟后酶解液中的Al、Ce等元素含量有所上升,但并不影响人体健康。总体来看,ACCB可应用于脱除南极磷虾酶解液中F-,有利于南极磷虾资源的进一步开发利用。
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