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摘要[目的]研究废弃茶叶中茶多酚的提取工艺以及茶渣制成的活性炭对污水中铜离子的吸附作用。[方法]采用 L9（34）正交试验优化提取茶多酚的最佳条件。用制备茶多酚的茶渣制备活性炭，测定茶多酚和活性炭对水中铜离子的吸附效果。[结果]茶多酚的最佳提取条件为料液比1∶30，提取温度97 ℃，提取时间20 min，且茶多酚对铜离子的络合沉淀能力为38.50 mg/g，活性炭对铜离子也具有一定吸附作用，其吸附能力为2.64 mg/g。[结论]茶园废弃茶叶中提取的茶多酚以及茶渣活性炭对铜离子均有较强的清除作用，该方法为茶园废茶资源的循环利用提供了参考。
关键词 茶园废茶；茶多酚；活性炭；铜离子；再生利用
中图分类号 S181 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）24-064-02
Abstract[Objective] To study the extraction technology of tea polyphenols from recycling waste tea and the absorption efficiency of its crude extracts to copper ion in water. [Method] L9（34） orthogonal test was used to optimize the extraction condition for tea polyphenols. After preparing the tea polyphenols， tea residue was used to prepare activated carbon. Absorption efficiency of tea polyphenols and activated carbon to copper ion in water was detected. [Result] The optimal extraction conditions for tea polyphenols were as follows： 1∶30 solidliquid ratio， 97 ℃extraction temperature， 20 min extraction time. Complexation precipitation ability of tea polyphenols to copper ion was 38.50 mg/g. Activated carbon also had certain adsorption to copper ion with the adsorption capacity being 2.64 mg/g. [Conclusion] Tea polyphenols extracted from the waste tea in tea garden and the activated carbon in tea residue have relatively strong scavenging action. This method provides references for the cyclic utilization of waste tea resources in tea garden.
Key words Waste tea in tea garden； Tea polyphenols； Activated carbon； Copper ions； Recycling
随着科技的发展，环境污染问题日益凸显，主要包括水体污染、大气污染、噪声污染、放射性污染等。其中，水体污染最为严重，符合饮用水标准的水源只占约30%[1-8]，因此解决水体污染问题迫在眉睫。茶多酚是茶叶中含量最高的一类活性物质，目前针对其抗癌、抗氧化、降血脂等的研究较为广泛[9-11]，但对重金属铜离子的吸附作用的研究鲜见报道[5-8]。笔者利用废弃茶叶，研究了茶多酚及茶渣制成的活性炭对水中重金属铜离子的吸附能力，旨在为废弃茶叶的再生利用及进一步探究多酚类物质对重金属离子的吸附作用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料铂丝棒1根，AL104分析天平（上海梅特勒–托利多），减压过滤装置1套，电炉，水浴锅，分液漏斗，旋转蒸发仪，PE–AA400原子吸收分光光度计（美国），茶园采集废弃茶叶（洗净，60 ℃条件下烘干，研磨成粉末备用），硫酸铜（分析纯），乙酸乙酯（分析纯），蒸馏水（自制）。
1.2 试验设计以蒸馏水为溶剂，称取废茶叶适量，在最佳试验条件下提取，趁热减压过滤，滤液用乙酸乙酯萃取至无色，乙酸乙酯层用旋转蒸发仪减压蒸馏（65 ℃），回收乙酸乙酯并刮出所得固体，即得废茶粗提的茶多酚。选取提取温度、提取时间、料液比3个因素，进行L9（34）正交试验，因素水平见表1。
1.3 硫酸铜溶液的配制称取硫酸铜198.516 4 g，用去离子水配成质量浓度为0.05 g/mL的硫酸铜标准储备液。取硫酸铜适量，用去离子水配成浓度为500×10-6g/mL的硫酸铜溶液。
1.4 活性炭的制备将提取后剩下的茶渣烘干装在大试管中，塞上橡皮塞，试管倾斜向下，用酒精灯加热煅烧，制备活性炭。
1.5 茶多酚对铜离子吸附能力的测定称取0.400 0 g废茶提取的茶多酚置于25 mL比色管中并编号为 Ⅰ，加70 ℃温水溶解至刻度，即得浓度为0.016 g/mL茶多酚溶液。分别取编号 Ⅰ 中的茶多酚溶液1 mL置于8支编号为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-6、Ⅰ-7、Ⅰ-8的25 mL比色管中，分别加入浓度为500×10-6g/mL的硫酸铜溶液0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1 mL。反应2 h后，加入去离子水稀释至刻度，离心，分别取上清液5 mL置于8支编号为Ⅰ-1-1，Ⅰ-1-2，Ⅰ-1-3，Ⅰ-1-4，Ⅰ-1-5，Ⅰ-1-6，Ⅰ-1-7，Ⅰ-1-8的25 mL比色管中，用去离子水稀释至刻度，用分光光度计测定吸光度。 1.6 活性炭对铜离子吸附能力的测定取3支25 mL比色管并编号为Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3，分别取等量的活性炭置于3支比色管中，再分别加入等体积浓度为500×10-6g/mL的硫酸铜溶液，用去离子水稀释成浓度为8 ×10-6g/mL的硫酸铜溶液，待反应2 h后，离心，分别取上清液5 mL于3支编号为Ⅱ-1-1、Ⅱ-1-2、Ⅱ-1-3的比色管中，用分光光度计测定其吸光度。
1.7 标准曲线的绘制取6个50 mL容量瓶，编为1～6号，分别加入浓度为500 ×10-6g/mL的硫酸铜溶液0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 mL，加入去离子水稀释至刻度，测定吸光度，以铜离子浓度为横坐标（X，g/mL），以吸光度为纵坐标（Y），绘制标准曲线，所得标准曲线方程为Y=0.085 6X-0.010 1，R2=0.999 8。
2 结果与分析
2.1 正交试验结果由表2可知，影响茶多酚提取率的因素的主次顺序依次为料液比、提取温度、提取时间，可以判断料液比对茶多酚的提取影响最大，其中第6组的提取率最大，因此茶多酚的最佳提取条件为提取温度97 ℃，提取时间20 min，料液比1∶30。
2.2 茶多酚对铜离子的吸附效果由表3和图1可知，硫酸铜溶液在加入茶多酚前后的吸光度有明显变化，原子吸收遵循朗伯–比尔定律，吸光度与所测的离子浓度成正比。加入茶多酚后吸光度值减小，相应的铜离子浓度减小。说明加入茶多酚后，铜离子与茶多酚形成了沉淀，导致铜离子浓度减小，计算得茶多酚对铜离子络合沉淀能力为38.50 mg/g。
2.3 活性炭对铜离子的吸附效果由表4可知，加入活性炭后，铜离子的吸光度减小，说明加入活性炭以后，铜离子被活性炭吸附，通过计算所得活性炭对铜离子的吸附能力为2.64 mg/g。
3 结论与讨论
（1）该研究通过通过正交试验探索了茶叶中茶多酚的最佳提取条件，即提取温度97 ℃，提取时间20 min，料液比1∶30，该条件下茶多酚的提取率为14.36%。在制备茶多酚粗提物的同时，该试验还用茶渣制备了活性炭，分别研究了茶多酚和活性炭对铜离子的吸附效果。结果表明，茶多酚和活性炭对铜离子的吸附能力分别为38.50、2.64 mg/g。
（2）2007～2012年贵州省新建茶园以年均5万hm2的速度增加，茶园修剪的老叶、老枝达到2 250余kg/hm2，这些废弃物随意堆放，不仅占用土地资源，而且焚烧过程中产生的有害气体会对环境造成污染。利用废茶叶提取的茶多酚作为一种重金属沉淀剂处理铜离子，剩下的重金属离子再利用活性炭吸附，可能会大大降低重金属对环境的污染。
参考文献
[1] 杨荣芳，赵先进.贵州省水资源综合规划回顾与思考[J].人民长江，2011，42（18）：22-25.
[2] 黄法苏.贵州省水资源现状、问题及对策[J].贵州水利发电，2007（6）：5.
[3] 葛俊森，梁渠.水中重金属危害现状及处理方法[J].广州化工，2007，35（5）：69-70.
[4] 张永航，杜莹，付海，等.贵州织金县煤矿区土壤重金属污染及评价[J].贵州师范大学学报（自然科学版），2011，29（1）：21-23.
[5] 向华，于晓英.铜污染对水体水生植物的毒害效应研究进展[J].湖南农业科学，2011（11）：54-56.
[6] 于明革，陈英旭.茶废弃物对溶液中重金属的生物吸附研究进展[J].应用生态学报，2010，21（2）：505-513.
[7] 杨中民，杨春芬，王光灿，等.市售绿茶自水溶液中对Au（Ⅲ）的吸附和解吸附[J].离子交换与吸附，1998，14（5）：440-444.
[8] 陈龙武，成俊杰，甘礼华，等.茶多酚锌盐热分解法制取氧化锌纳米粉[J].同济大学学报（自然科学版），2002，30（3）：375-378.
[9] 赵保路.茶多酚的抗氧化作用[J].科学通报，2002，47（16）：1206-1210.
[10] 林智.茶叶的保健作用及其机理[J].中国食物与营养，2003（4）：49-52.
[11] 胡波，郭胡津，张艳丽，等.茶叶功能性成分研究现状及应用[J].食品科学，2015（22）：286-288.
关键词 茶园废茶；茶多酚；活性炭；铜离子；再生利用
中图分类号 S181 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）24-064-02
Abstract[Objective] To study the extraction technology of tea polyphenols from recycling waste tea and the absorption efficiency of its crude extracts to copper ion in water. [Method] L9（34） orthogonal test was used to optimize the extraction condition for tea polyphenols. After preparing the tea polyphenols， tea residue was used to prepare activated carbon. Absorption efficiency of tea polyphenols and activated carbon to copper ion in water was detected. [Result] The optimal extraction conditions for tea polyphenols were as follows： 1∶30 solidliquid ratio， 97 ℃extraction temperature， 20 min extraction time. Complexation precipitation ability of tea polyphenols to copper ion was 38.50 mg/g. Activated carbon also had certain adsorption to copper ion with the adsorption capacity being 2.64 mg/g. [Conclusion] Tea polyphenols extracted from the waste tea in tea garden and the activated carbon in tea residue have relatively strong scavenging action. This method provides references for the cyclic utilization of waste tea resources in tea garden.
Key words Waste tea in tea garden； Tea polyphenols； Activated carbon； Copper ions； Recycling
随着科技的发展，环境污染问题日益凸显，主要包括水体污染、大气污染、噪声污染、放射性污染等。其中，水体污染最为严重，符合饮用水标准的水源只占约30%[1-8]，因此解决水体污染问题迫在眉睫。茶多酚是茶叶中含量最高的一类活性物质，目前针对其抗癌、抗氧化、降血脂等的研究较为广泛[9-11]，但对重金属铜离子的吸附作用的研究鲜见报道[5-8]。笔者利用废弃茶叶，研究了茶多酚及茶渣制成的活性炭对水中重金属铜离子的吸附能力，旨在为废弃茶叶的再生利用及进一步探究多酚类物质对重金属离子的吸附作用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料铂丝棒1根，AL104分析天平（上海梅特勒–托利多），减压过滤装置1套，电炉，水浴锅，分液漏斗，旋转蒸发仪，PE–AA400原子吸收分光光度计（美国），茶园采集废弃茶叶（洗净，60 ℃条件下烘干，研磨成粉末备用），硫酸铜（分析纯），乙酸乙酯（分析纯），蒸馏水（自制）。
1.2 试验设计以蒸馏水为溶剂，称取废茶叶适量，在最佳试验条件下提取，趁热减压过滤，滤液用乙酸乙酯萃取至无色，乙酸乙酯层用旋转蒸发仪减压蒸馏（65 ℃），回收乙酸乙酯并刮出所得固体，即得废茶粗提的茶多酚。选取提取温度、提取时间、料液比3个因素，进行L9（34）正交试验，因素水平见表1。
1.3 硫酸铜溶液的配制称取硫酸铜198.516 4 g，用去离子水配成质量浓度为0.05 g/mL的硫酸铜标准储备液。取硫酸铜适量，用去离子水配成浓度为500×10-6g/mL的硫酸铜溶液。
1.4 活性炭的制备将提取后剩下的茶渣烘干装在大试管中，塞上橡皮塞，试管倾斜向下，用酒精灯加热煅烧，制备活性炭。
1.5 茶多酚对铜离子吸附能力的测定称取0.400 0 g废茶提取的茶多酚置于25 mL比色管中并编号为 Ⅰ，加70 ℃温水溶解至刻度，即得浓度为0.016 g/mL茶多酚溶液。分别取编号 Ⅰ 中的茶多酚溶液1 mL置于8支编号为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-6、Ⅰ-7、Ⅰ-8的25 mL比色管中，分别加入浓度为500×10-6g/mL的硫酸铜溶液0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1 mL。反应2 h后，加入去离子水稀释至刻度，离心，分别取上清液5 mL置于8支编号为Ⅰ-1-1，Ⅰ-1-2，Ⅰ-1-3，Ⅰ-1-4，Ⅰ-1-5，Ⅰ-1-6，Ⅰ-1-7，Ⅰ-1-8的25 mL比色管中，用去离子水稀释至刻度，用分光光度计测定吸光度。 1.6 活性炭对铜离子吸附能力的测定取3支25 mL比色管并编号为Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3，分别取等量的活性炭置于3支比色管中，再分别加入等体积浓度为500×10-6g/mL的硫酸铜溶液，用去离子水稀释成浓度为8 ×10-6g/mL的硫酸铜溶液，待反应2 h后，离心，分别取上清液5 mL于3支编号为Ⅱ-1-1、Ⅱ-1-2、Ⅱ-1-3的比色管中，用分光光度计测定其吸光度。
1.7 标准曲线的绘制取6个50 mL容量瓶，编为1～6号，分别加入浓度为500 ×10-6g/mL的硫酸铜溶液0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 mL，加入去离子水稀释至刻度，测定吸光度，以铜离子浓度为横坐标（X，g/mL），以吸光度为纵坐标（Y），绘制标准曲线，所得标准曲线方程为Y=0.085 6X-0.010 1，R2=0.999 8。
2 结果与分析
2.1 正交试验结果由表2可知，影响茶多酚提取率的因素的主次顺序依次为料液比、提取温度、提取时间，可以判断料液比对茶多酚的提取影响最大，其中第6组的提取率最大，因此茶多酚的最佳提取条件为提取温度97 ℃，提取时间20 min，料液比1∶30。
2.2 茶多酚对铜离子的吸附效果由表3和图1可知，硫酸铜溶液在加入茶多酚前后的吸光度有明显变化，原子吸收遵循朗伯–比尔定律，吸光度与所测的离子浓度成正比。加入茶多酚后吸光度值减小，相应的铜离子浓度减小。说明加入茶多酚后，铜离子与茶多酚形成了沉淀，导致铜离子浓度减小，计算得茶多酚对铜离子络合沉淀能力为38.50 mg/g。
2.3 活性炭对铜离子的吸附效果由表4可知，加入活性炭后，铜离子的吸光度减小，说明加入活性炭以后，铜离子被活性炭吸附，通过计算所得活性炭对铜离子的吸附能力为2.64 mg/g。
3 结论与讨论
（1）该研究通过通过正交试验探索了茶叶中茶多酚的最佳提取条件，即提取温度97 ℃，提取时间20 min，料液比1∶30，该条件下茶多酚的提取率为14.36%。在制备茶多酚粗提物的同时，该试验还用茶渣制备了活性炭，分别研究了茶多酚和活性炭对铜离子的吸附效果。结果表明，茶多酚和活性炭对铜离子的吸附能力分别为38.50、2.64 mg/g。
（2）2007～2012年贵州省新建茶园以年均5万hm2的速度增加，茶园修剪的老叶、老枝达到2 250余kg/hm2，这些废弃物随意堆放，不仅占用土地资源，而且焚烧过程中产生的有害气体会对环境造成污染。利用废茶叶提取的茶多酚作为一种重金属沉淀剂处理铜离子，剩下的重金属离子再利用活性炭吸附，可能会大大降低重金属对环境的污染。
参考文献
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