一种高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭及其制备方法与应用

本发明涉及黄曲霉毒素吸附材料，尤其是指一种高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭及其制备方法与应用。

背景技术：

1、黄曲霉毒素是人类已知的具有强毒性和致癌性的物质，对于黄曲霉毒素的脱毒研究一般是以黄曲霉毒素b1的去除率为评价指标。黄曲霉毒素是由曲霉菌属产生的广泛有害致癌次级代谢物，可引起严重的饲料和食物污染，并对农场动物产生有害影响，并伴有霉菌毒素中毒的急性或慢性表现。霉菌毒素污染造成的巨大经济损失启动了大量的研究项目，以开发新的有效技术，以防止这些次生代谢物对家畜的剧毒作用，并阻止这些霉菌毒素通过食物链携带给人类。目前主要的脱毒方法有物理脱毒，化学脱毒，生物脱毒。其中物理脱毒法主要包括辐射法和吸附法，而利用吸附剂进行脱毒是较为成熟并广泛使用的物理脱毒方法。常用的吸附剂主要包括活性炭，硅铝酸盐类和有机聚合物。但由于铝硅酸盐吸附剂500g达到了300元，蒙脱土吸附剂25g达到了450元；即吸附剂制作成本高，工业集成化困难，同时在吸附过程中可能会带来二次污染问题。

2、生物炭的制备主要是将原料进行炭化，炭化过程实际是原料的热裂解过程，其目的是去除原料的挥发分，得到炭化料，植物类原料的热解过程主要分为原料的脱水过程，气体与焦油的挥发形成碳框架，进而形成孔洞的过程。在目前生物炭制备过程中，常采用真空管式炉高温裂解方式，马弗炉热解，微波热解和水热热解方式。真空管式炉高温裂解方式中首先将茶渣水洗好后，自然风干或烘干备用，接着将干燥好的茶渣置于真空管式炉中，通入氮气等惰性气体按照每分钟5-20℃升温速率进行缓慢加热，待达到设定的温度300℃至800℃后保温1h至4h，最后冷却至室温后，水洗，干燥，粉碎过40-100目进而得到生物炭，储存于干燥器中。马弗炉热解温度范围在300℃至700℃，升温速率2℃/min-10k/s，停留时间0.5h-4h，通入n2或ar等惰性气体保护进而得到生物炭。不同于马弗炉热解，微波热解能显著降低制备时间，同时制备的生物炭具有孔隙结构丰富以及质地均匀等特点，但微波热解具有热选择性，需要考虑微波吸收剂。水热热解制备的生物炭又称hydrochar，是生物质与液体溶剂在反应釜中进行的非均质理化反应，其产物表面具有丰富的官能团且产量较高，孔隙率较低限制了对污染物吸附效果。

3、近年来，以植物衍生材料为基础的吸附剂逐渐成为一种潜在的选择。giuseppinaavantaggiato等人用葡萄酒制备后剩余的葡萄渣(果肉和果皮)能够在不同的吸附系统中螯合黄曲霉毒素，玉米赤霉烯酮毒素和伏马毒素。zahid hussain shar等人用香蕉皮作为新型生物吸附剂体外吸附黄曲霉毒素。maría de jesús nava-ramírez等人通过体外实验证实生菜可用于低剂量黄曲霉毒素吸附。茶渣为茶叶冲泡后弃去的部分，属于农林废弃物，来源广泛，易收集和加工，成本低廉；且茶渣作为一种生物质原料，其固定碳含量一般为10％以上。目前，现有技术在制备茶渣生物炭上多采用真空管式炉或马弗炉通氮气高温加热进行裂解，在实际应用方面，操作性困难，氮气成本过高，限制了其大量的应用。目前还没有利用马弗炉在不通入惰性气体下直接制备茶渣生物炭的应用，也没有关于采用茶渣生物炭吸附黄曲霉毒素的相关报道，也没有利用茶渣生物炭对受污染茶汤的吸附处理，需要通过实验进行吸附条件和性能研究。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭及其制备方法与应用。本发明采用模拟民间煤炉的马弗炉直接进行特定温度下高温裂解特定时间制备成茶渣生物炭，然后以茶渣生物炭对黄曲霉毒素b1进行吸附处理，取得了高效的吸附效果。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、本发明第一个目的是提供一种高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭的制备方法，包括以下步骤：

4、将茶渣经预处理后，用可调式封闭电炉进行炭化5min-8min，再于300℃-400℃裂解2h-6h，得到所述茶渣生物炭。

5、在本发明的一个实施例中，所述茶渣中的茶为黑茶和/或红茶。所述黑茶选自普洱茶、六堡茶、青砖茶、安化黑茶和茯茶中的一种或多种。

6、在本发明的一个实施例中，所述预处理的方法为：将茶渣经过水洗，干燥，粉碎后，过35目-50目筛。

7、本发明第二个目的是提供所述制备方法制备得到的高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭。

8、本发明第三个目的是提供所述的高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭在吸附黄曲霉毒素中的应用。

9、在本发明的一个实施例中，所述黄曲霉毒素为黄曲霉毒素b1、黄曲霉毒素b2、黄曲霉毒素g1和黄曲霉毒素g2中的一种或多种。

10、在本发明的一个实施例中，所述黄曲霉毒素的浓度为20μg/l-100μg/l。

11、在本发明的一个实施例中，所述应用的方法为：将茶渣生物炭与含有黄曲霉毒素的液体混合，振荡吸附。

12、在本发明的一个实施例中，所述振荡吸附的温度为35℃-37℃；所述振荡吸附的时间为1h-3h。

13、在本发明的一个实施例中，所述振荡吸附的转速为180r/min-200r/min。

14、本发明茶渣生物炭的制备过程中不需要使用碳酸钾等化学试剂进行改性，也避免了化学残留，减少了额外成本。且本发明制备所得茶渣生物炭依然具有较大的比表面积和孔隙率，这是茶渣生物炭的优势所在。

15、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

16、本发明提供了一种高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭及其制备方法与应用。茶渣生物炭的制备过程简化，利用马弗炉直接进行碳化处理，省去繁杂的预处理步骤。且裂解时不需要持续升温受热和炉内降温冷却，可以直接进行高温裂解制备茶渣生物炭。最后将所得茶渣生物炭结合黄曲霉毒素b1进行吸附处理，在短时间内可以达到优异的吸附效果。

17、在实际应用方面，目前的黄曲霉毒素吸附剂大多具有吸附效率偏低，脱毒不彻底，吸附剂价格偏高的缺点，且如膨润土、硅铝酸盐类、有机聚合物等吸附剂的生物安全性仍需充分的评价。但茶叶是安全健康农产品，茶渣生物炭制备原料为茶叶废弃物，成本低廉，具备生物学上的安全属性。且本发明所制备的茶渣生物炭在10min内即完成了80％以上黄曲霉毒素的吸附，节省了吸附时间，120min内可以完成96％黄曲霉毒素的吸附。

18、综上，茶渣生物炭在黄曲霉毒素脱毒活性、制作成本、生物安全性和易操作性方面具有显著的优势。

技术特征：

1.一种高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述茶渣中的茶为黑茶和/或红茶。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理的方法为：将茶渣经过水洗，干燥，粉碎后，过35目-50目筛。

4.权利要求1-3任一项所述制备方法制备得到的高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭。

5.权利要求4所述的高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭在吸附黄曲霉毒素中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述黄曲霉毒素为黄曲霉毒素b1、黄曲霉毒素b2、黄曲霉毒素g1和黄曲霉毒素g2中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述黄曲霉毒素的浓度为20μg/l-100μg/l。

8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用的方法为：将茶渣生物炭与含有黄曲霉毒素的液体混合，振荡吸附。

9.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述振荡吸附的温度为35℃-37℃；所述振荡吸附的时间为1h-3h。

10.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述振荡吸附的转速为180r/min-200r/min。

技术总结
本发明涉及一种高效吸附黄曲霉毒素的茶渣生物炭及其制备方法与应用，属于黄曲霉毒素吸附材料技术领域。本发明将茶渣水洗，干燥，粉碎，过筛后得到茶渣粉料；将所得茶渣粉料进行低温炭化后，于300℃‑400℃裂解2h‑6h，得到所述茶渣生物炭。该茶渣生物炭的制备过程简化，裂解时不需要持续升温受热和炉内降温冷却，可以直接进行高温裂解制备茶渣生物炭。本发明制备所得茶渣生物炭结合黄曲霉毒素进行吸附处理，不仅成本低廉，具备生物学上的安全属性，还在短时间内可以达到优异的吸附效果。

技术研发人员：周育,施伟,王旭,宁井铭,张梁
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15