一种从木薯渣中提取纤维素的方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种木薯渣的回收利用方法，即以木薯渣为原料提取纤维素的方法， 还涉及对该提取所得的木薯渣纤维素进行改性制备重金属吸附材料的方法。
【背景技术】
[0002] 木薯于19世纪20年代引入中国，首先在广东省高州一带栽培，随后引入海南岛， 现已广泛分布于华南地区，以广西、广东和海南栽培最多。木薯的主要用途是食用、饲用和 工业上开发利用。木薯是工业上制淀粉的主要原料之一，每年都会产生大量的木薯渣。据估 计我国的木薯渣年产量约为30万吨，且每年以30%比例增长。如果不能很好地利用起来， 不仅会造成浪费，而且会危害环境，其所含废水还会对植被、土壤造成较大污染。木薯渣的 主要成分是淀粉、粗纤维、少量的蛋白质、脂肪及灰分等，是纤维素的较好来源。纤维素的提 取方法常见的有酸法、酸酶法、碱解法和酶法，酸法由于酸选择性不高，除了分解原料中其 他物质，也会使部分纤维素溶解，因此降低了纤维素的提取率，同时，由于酸作用过于激烈， 会对纤维素的功能造成一定影响，碱解法仅采用氢氧化钠进行碱解，提取的纤维素的含量 不高，因此生物提取法或与生物结合的提取法被广泛重视，成为目前的研究热点，其突出的 优点是破坏小、污染轻等。
[0003] 重金属是具有潜在危害的持久性污染物，主要有铅、镉、汞、砷和铬等造成的污染， 由于重金属离子难以降解，并且可以经过水体富集到生物链，最终进入人体危害人类健康， 因此，如何治理重金属废水及回收其中的贵重金属离子对于可持续发展显得越来越重要。 目前，已有多种治理重金属废水的技术，水中的重金属离子可采用氧化还原、化学沉淀、离 子交换、吸附、膜分离等方法去除，其中吸附具有处理效率高、易于操作、能耗低、可重复使 用、利于回收重金属等优点，是重金属废水处理的最具发展前途的方法。纤维素吸附材料作 为一种新型的吸附材料，它比活性炭等传统吸附剂更有优势。第一、纤维素吸附剂是以纤维 素为原料通过改性而得，是一种环保吸附剂，可降解，不会造成二次污染；第二、纤维素来 源广泛，自然界储量丰富，成本低，是一种价廉的吸附剂；第三、纤维素上有大量的羟基，容 易改性制得自己需要的吸附剂，提高吸附性能。因此，纤维素吸附剂作为的优良的吸附材 料将会有一个良好的应用前景。目前已有的纤维素基吸附材料主要有利用甘蔗渣纤维素、 柚皮纤维素、苎麻纤维素、竹子纤维素、棉花纤维素、香蕉茎纤维素、向日葵茎纤维素、花生 壳纤维素、锯肩纤维素等改性制备的，利用木薯渣纤维素制备重金属吸附材料的报道较少， 以废弃物木薯渣为原料，提取并改性制备一种新型的重金属吸附材料，不仅可以为海南的 废弃物木薯渣的利用提供一种有效途径，还能为环境水体中重金属污染的治理提供有效手 段，具有很好的研究价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种从木薯渣中提取纤维素的方法，该方法采用生物酶结合 碱解的方法从木薯渣中提取木薯渣纤维素，操作简单，所得木薯渣纤维素含量高。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种以上述方法提取得到的木薯渣纤维素为原料制备 重金属吸附材料的方法，该方法所得产品对重金属吸附效果好，且实现了木薯渣的回收利 用，变废为宝，降低了环境污染，具有很好的应用价值。
[0006] 为了实现上述目的，采用以下【具体实施方式】： 一种从木薯渣中提取纤维素的方法，包括以下步骤： (1) 将木薯渣进行水洗，除去其中的杂质和可溶性物质，然后干燥、粉碎，备用； (2) 向粉碎后的木薯渣中加入水，煮沸，使木薯渣中的淀粉糊化，然后加入酶，在超声下 进行酶解，酶解后灭酶，离心，弃去上清液； (3) 向步骤（2)的剩余物中加入氢氧化钠溶液进行碱解，碱解后洗涤、过滤、干燥，即得 木薯渣纤维素。
[0007] 上述步骤（1)中，木薯渣在70-80 °C下干燥6-8h，干燥后粉碎至40-60目。
[0008] 上述步骤（2)中，加入木薯渣6-8倍质量的水煮沸5-10min，使其中的淀粉充分糊 化。淀粉糊化完成后，待温度降至酶的合适温度，再加入酶进行酶解。
[0009] 上述步骤（2)中，可以采用液态酶或固态酶进行酶解，所述液态酶为a-淀粉酶 液，所述固态酶为a-淀粉酶、异淀粉酶和葡聚糖酶的混合物。
[0010] 上述步骤（2)中，当所用酶为a-淀粉酶液时，a-淀粉酶液的质量浓度为 0? 2%-L0%，优选为 0? 8%。
[0011] 上述步骤（2)中，当所用酶为a-淀粉酶液时，a-淀粉酶液的加入量为木薯渣质 量的10倍。
[0012] 上述步骤（2)中，当所用酶为固态酶时，a-淀粉酶、异淀粉酶和0 -葡聚糖酶的质 量比 55-65:7-8:1-3,优选为 56:7. 5:1. 3。
[0013] 上述步骤（2)中，当所用酶为固态酶时，酶的加入量为木薯渣质量的2-10%，优选 为8%。
[0014] 上述步骤（2)中，当所用酶为液态酶和固态酶时，酶解温度均为50_60°C，酶解pH 均为 5. 5-7. 0。
[0015] 上述步骤（2)中，当所用酶为a-淀粉酶液时，酶解温度优选为60°C、酶解pH优 选为6. 0。当所用酶为a-淀粉酶、异淀粉酶和0 -葡聚糖酶的混合物时，酶解温度优选为 55 °C，酶解pH优选为6.0。
[0016] 上述步骤（2)中，酶解时间为30min-90min，优选为45min。
[0017] 上述步骤（2)中，超声功率为90W-150W，优选为105W。
[0018] 上述步骤（2)中，酶解完全后，升至KKTC进行高温灭酶。
[0019] 上述步骤（3)中，NaOH溶液的质量分数为3%-7%，优选为5%。
[0020] 上述步骤（3)中，木薯渣与氢氧化钠溶液的质量比为1:8-12,优选1:10。
[0021] 上述步骤（3)中，碱解温度为70_80°C，碱解时间为45min_105min，优选为90min。
[0022] 本发明还提供了一种重金属吸附材料的制备方法包括以下步骤： A. 按照上述方法从木薯渣中提取得到木薯渣纤维素； B. 将木薯渣纤维素、琥珀酸酐和溶剂吡啶混合，加热至回流进行反应，实现琥珀酸酐 对木薯渣纤维素的改性，反应后过滤、洗涤、干燥，得到琥珀酸酐改性的木薯渣纤维素，记为 MCR1 ； C.按照下述_、题、_中的任意一种方法对琥珀酸酐改性的木薯渣纤维素进行进一步 的改性，得到重金属吸附材料： _.将琥珀酸酐改性的木薯渣纤维素加入饱和NaHC03溶液中，搅拌反应30-40min，然 后过滤、洗涤、干燥，得重金属吸附材料，记为MCR2 ; 瓿.将琥珀酸酐改性的木薯渣纤维素、N，N-二异丙基碳二亚胺、乙二胺和溶剂N，N-二 甲基甲酰胺混合，在惰性气体保护、无水环境下进行反应，实现乙二胺对琥珀酸酐改性的木 薯渣纤维素的改性，反应后过滤、洗涤、干燥，得重金属吸附材料，记为MCR3 ; 讓.将琥珀酸酐改性的木薯渣纤维素、N，N-二异丙基碳二亚胺、三乙烯四胺和溶剂N，N-二甲基甲酰胺混合，在惰性气体保护、无水环境下进行反应，实现三乙烯四胺对琥珀酸 酐改性的木薯渣纤维素的改性，反应后过滤、洗涤、干燥，得重金属吸附材料，记为MCR4。
[0023] 上述步骤B中，木薯渣纤维素和琥珀酸酐在溶剂中进行回流反应，木薯渣纤维素 与琥珀酸酐的质量比为5 :12_13。
[0024] 上述步骤B中，回流反