一种CTAB处理的菠萝皮渣基染料吸附剂及其制备方法与应用与流程

本发明属于吸附材料的技术领域，具体涉及一种菠萝皮渣基吸附材料及其制备方法与应用。

背景技术：

菠萝(ananascomosus)，学名凤梨，是著名的热带水果之一，资源丰富、风味独特，并深受大众的喜爱，原产美洲热带地区，主要产地集中在中国、泰国、巴西、墨西哥、菲律宾和马来西亚等，通常凤梨品种分4类，即卡因类、皇后类、西班牙类和杂交种类。全世界菠萝的年产量约为1600-1900万吨，在我国的年产量约为200多万吨。菠萝大部分作为鲜食，或者是加工成菠萝罐头、果酱、沙拉、鸡尾酒辅料等，以及作为菠萝蛋白酶的提取原料。在菠萝产品加工过程中，菠萝皮渣占据了菠萝加工废物的30-42％，通常作为加工副产物而丢弃，污染环境的同时也造成了资源浪费。因此，如何充分利用和加工菠萝皮渣对促进菠萝产业的高值化及环境保护具有重要意义。研究发现，菠萝皮渣主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶组成，其中纤维素干重含量达到22％，充分利用这些纤维素是菠萝皮渣高值化的重要切入点，但是目前对于菠萝皮渣纤维素高值化利用的研究相对较少。

十六烷基三甲基溴化铵(ctab)是一种常见的阳离子表面活性剂，可溶于水，能与阴离子、非离子、两性表面活性剂有良好的配位性，具有良好的稳定性和生物降解性，比较安全。ctab同时还是一种阳离子去污剂，广泛用于润湿、杀菌、抗静电、去污、增溶等方面。ctab可用作纤维高效抗静电剂，或工业及油田水处理中用作杀菌灭藻剂、粘泥剥离剂，或牙膏中用作口腔杀菌剂，或用于香波及护发素使头发易于梳理、光滑、柔软。ctab还可用作矿物浮选剂、电镀液缓蚀剂、沥青乳化剂、硬表面清洗剂及有机合成相转移催化剂等。

植物基吸附材料的成分主要是纤维素构成，纤维素里面有很多空隙，经过处理后，能够吸附一些带特定电荷的染料，具有很好的吸附效果。同时植物基吸附材料来源广泛，成本低，具有生物降解性、易回收、环保，在污水处理领域具有很好的研究和应用价值。因此，研究以菠萝皮渣为基础材料，用ctab溶液处理后制得的吸附材料具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于提供一种ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂(ctab-pp)。

本发明的另一目的在于提供所述的一种ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂的制备方法。

本发明的目的还在于提供所述的一种ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂在染料或废水的吸附处理中的应用，并与热水处理的菠萝皮渣基吸附剂进行对比分析。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将新鲜菠萝皮渣清洗后打浆、干燥、粉碎、过筛，得到菠萝皮渣干粉；

(2)将得到的菠萝皮渣干粉浸泡于ctab溶液中，取出，干燥后过筛，得到所述ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂。

进一步地，步骤(1)中，所述粉碎采用中草药粉碎机进行粉碎。

进一步地，步骤(1)、(2)中，所述干燥均是在温度50-60℃干燥24-36h。

进一步地，步骤(1)、(2)中，所述过筛均为过80-100目筛。

进一步地，步骤(2)中，所述ctab溶液的质量浓度为0.09-0.10g/ml。

进一步地，步骤(2)中，所述菠萝皮渣干粉与ctab溶液的料液比为1:10-1:20g/ml。

进一步地，步骤(2)中，所述浸泡的温度为45-55℃，浸泡的时间为9-11h。

由上述任一项所述的制备方法制得的一种ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂。

所述的一种ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂应用于染料或废水的吸附处理，吸附处理过程中采用蒸馏水浸泡处理得到的菠萝皮渣基染料吸附剂(water-pp)进行对比分析。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明制备吸附材料的主要原料来源于农业生产废弃物菠萝皮渣，材料丰富，容易获得；

(2)本发明采用ctab溶液处理菠萝皮渣，反应条件温和，处理工艺简单易行，设备要求低，生态环保，符合绿色化学的特征；

(3)本发明的原料为新鲜菠萝皮渣，原料来源丰富，方便易得，经济性好，制备工艺简单，制备的ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂对刚果红染料的吸附性能显著提高。

附图说明

图1为实施例2制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料ctab-pp-2和water-pp-2的ftir谱图；

图2为实施例3制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料ctab-pp-3和water-pp-3的xrd衍射谱图；

图3为实施例1制备的菠萝皮渣基吸附材料ctab-pp-1和water-pp-1在不同添加量下对刚果红染料吸附容量的影响结果图；

图4为实施例1制备的菠萝皮渣基吸附材料ctab-pp-1和water-pp-1在不同刚果红染料浓度下对染料吸附容量的影响结果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明和描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明具体实施例中，以蒸馏水浸泡处理得到的蒸馏水浸泡处理的菠萝皮渣基染料吸附剂(water-pp)与本发明的ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂进行对比分析。

蒸馏水浸泡处理的基染料吸附剂的制备步骤与ctab处理的菠萝皮渣基染料吸附剂的制备步骤相同，具体步骤为：

(1)将新鲜菠萝皮渣清洗后打浆，50-60℃干燥24-36h后，粉碎，过80-100目筛，得到菠萝皮渣干粉；

(2)将得到的菠萝皮渣干粉按料液比为1:10-1:20g/ml浸泡于蒸馏水中，浸泡的温度为45-55℃，浸泡的时间为9-11h，取出，50-60℃干燥24-36h后，过80-100目筛，得到蒸馏水浸泡处理的基染料吸附剂(water-pp)。

实施例1

(1)将新鲜菠萝皮渣经过清洗后打浆，50℃干燥36h，中草药粉碎机粉碎后于80目筛筛分，得到菠萝皮渣干粉；

(2)将菠萝皮渣干粉按料液比1:20g/ml浸泡于0.09g/ml的ctab溶液中，55℃浸泡9h，取出，60℃干燥24h后过80目筛，得到ctab处理后的菠萝皮渣基吸附剂(ctab-pp-1)；

保持其它处理条件相同，将ctab溶液换成蒸馏水浸泡菠萝皮渣干粉，得到热水处理的菠萝皮渣基吸附剂(water-pp-1)。

实施例2

(1)将新鲜菠萝皮渣经过清洗后打浆，55℃干燥30h，中草药粉碎机粉碎后于100目筛筛分，得到菠萝皮渣干粉；

(2)将菠萝皮渣干粉按料液比1:15g/ml浸泡于0.095g/ml的ctab溶液中，50℃浸泡10h，取出，55℃干燥30h后过80目筛，得到ctab处理后的菠萝皮渣基吸附剂(ctab-pp-2)；

保持其它处理条件相同，将ctab溶液换成蒸馏水浸泡菠萝皮渣干粉，得到热水处理的菠萝皮渣基吸附剂(water-pp-2)。

制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料ctab-pp-2和water-pp-2的ftir谱图如图1所示，由图1可知，菠萝皮渣、ctab-pp-2和water-pp-2在3200-3700cm^-1的吸收峰为-oh的特征吸收峰，2920cm^-1附近的峰为c-h伸缩振动吸收峰，1732cm^-1附近的峰为c＝o伸缩振动吸收峰，1045cm^-1附近的吸收峰为c-o-c伸缩振动吸收峰。与菠萝皮渣相比，ctab-pp-2和water-pp-2的吸收峰强度有所降低，但基本保留了菠萝皮渣原有的吸收峰，说明处理过程中结构未发生明显改变。其中-oh的特征吸收出现显著降低，说明长时间的ctab溶液和热水处理能够降低菠萝皮渣纤维素分子间的氢键作用，有利于外界环境与其分子接触作用。和water-pp-2相比，ctab-pp-2在2920、1732和1045cm^-1附近的吸收峰强度更高。

实施例3

(1)将新鲜菠萝皮渣经过清洗后打浆，60℃干燥24h，中草药粉碎机粉碎后于100目筛筛分，得到菠萝皮渣干粉；

(2)将菠萝皮渣干粉按料液比1:10g/ml浸泡于0.10g/ml的ctab溶液混合，45℃浸泡11h，取出，50℃干燥36h后过100目筛，得到ctab处理后的菠萝皮渣基吸附剂(ctab-pp-3)；

保持其它处理条件相同，将ctab溶液换成蒸馏水处理浸泡菠萝皮渣干粉，得到热水处理菠萝皮渣基吸附剂(water-pp-3)。

制备的菠萝皮渣干粉、菠萝皮渣基吸附材料ctab-pp-3和water-pp-3的xrd衍射谱图如图2所示，由图2可知，菠萝皮渣、ctab-pp-3和water-pp-3在21.6°附近出现宽而强的衍射峰，以及在15.9°和34.8°出现较弱衍射峰，这些都属于纤维素的xrd特征衍射峰，说明菠萝皮渣、ctab-pp-3和water-pp-3中含有较多的纤维素。而处理后的纤维素晶体结构未发生改变，说明保留了原有的结构。ctab-pp-3在20.5°出现了一个新的较细较强的衍射峰，这是由于ctab-pp-3在制备过程中残留了部分ctab。

实施例4

利用实施例1中制备的菠萝皮渣基吸附剂ctab-pp-1和water-pp-1吸附刚果红染料。

(1)不同菠萝皮渣基吸附剂添加量对刚果红吸附容量的影响：分别准确称取定量(20、50、100、150、200和250mg)的ctab-pp-1和water-pp-1置于100ml烧杯中，将100mg/l刚果红溶液50ml移入烧杯中；

(2)不同刚果红溶液浓度下菠萝皮渣基吸附剂对刚果红吸附容量的影响：分别称量50mg的ctab-pp-1和water-pp-1于烧杯中，准确将定量浓度的刚果红溶液(50、100、150、200、250和300mg/l)50ml移入烧杯中；

(1)和(2)均在室温条件下搅拌吸附2h至吸附平衡，离心后取上清液，用紫外分光光度计于497nm波长处测定吸光值。

根据式(1)计算吸附剂对刚果红染料的吸附容量qe(mg/g)：

其中qe为吸附容量(mg/g)，co为染料初始浓度(mg/l)，ce为吸附平衡时染料浓度(mg/l)，m为吸附剂的质量(g)，v为测试溶液的体积(l)。

图3为实施例1中制备的菠萝皮渣基吸附剂ctab-pp-1和water-pp-1在不同添加量下对刚果红染料吸附容量的影响结果图，此时染料的初始浓度为100mg/l。由图3可知，随着吸附剂添加量的增加，对刚果红的吸附容量逐渐降低。ctab-pp-1对刚果红的吸附性能明显高于water-pp-1，当吸附剂添加量为20mg时，ctab-pp-1和water-pp-1对刚果红染料的吸附容量分别为111.98mg/g和24.19mg/g。说明ctab处理能显著提高菠萝皮渣对刚果红染料的吸附性能。

图4为刚果红浓度对ctab-pp-1和water-pp-1的吸附刚果红性能影响结果图，此时ctab-pp-1和water-pp-1的添加量均为50mg。由图4可知，随着染料浓度的增加，ctab-pp-1和water-pp-1对刚果红的吸附容量也逐渐增加，说明吸附剂在高浓度下的染料溶液中具有更好的吸附性能。同时，ctab处理后的菠萝皮渣ctab-pp-1比热水处理的菠萝皮渣water-pp-1具有更好的吸附性能。当刚果红染料浓度为300mg/l时，ctab-pp-1和water-pp-1对刚果红的吸附容量分别为160.14mg/g和51.77mg/g，说明ctab处理能显著提高菠萝皮渣对刚果红染料的吸附性能。