硫代蘋果酸-改性纖維素、其制備方法及應用技術

本發明專利技術公開一種硫代蘋果酸-改性纖維素、其制備方法及應用。所述制備方法，以纖維素粉為母體，硫代蘋果酸為配體，對纖維素粉上的羥基進行改性，包括以下步驟：（1）將纖維素粉浸泡在作為反應溶劑的蒸餾水中，直至纖維素粉充分溶脹；（2）在步驟（1）的所得物中加入硫代蘋果酸，在氮氣條件下，加入催化劑和分散劑，保持45℃～90℃的反應溫度攪拌反應12小時；硫代蘋果酸與纖維素粉的摩爾比為2~5：1；（3）過濾步驟（2）的所得物，得濾餅，濾餅經反應溶劑沖洗至無色后，50℃真空干燥至恒重，得硫代蘋果酸-改性纖維素。本發明專利技術公開的制備方法工藝簡單、成本低廉，采用該制備方法得到的硫代蘋果酸-改性纖維素對食品中Se（IV）離子有較高的選擇性吸附。

【技術實現步驟摘要】
硫代蘋果酸-改性纖維素、其制備方法及應用
本專利技術涉及一種新型改性纖維素的生產方法，尤其涉及一種對食品中重金屬Se(IV)離子具有選擇性吸附、吸附性能好、可重復利用的硫代蘋果酸-改性纖維素、其制備方法及應用。
技術介紹
纖維素(cellulose)分子式(C6H10O5)n，由D-葡萄糖以β-1，4糖苷鍵組成的大分子多糖，常溫下化學性質穩定。纖維素的來源極為廣泛，是蘊藏量最豐富的天然高分子材料，工業上纖維素的來源為木材、棉花、麥草、稻草、蘆葦、麻、桑皮等，同時作為工藝成熟的二次資源之一，纖維素還可來源于回收紙張和甘蔗渣等工業廢棄物。纖維素應用于造紙、塑料工業、炸藥等方面，其酯類衍生物與醚類衍生物種類繁多，廣泛應用于現代工業的各個領域。螯合纖維是一類以纖維狀聚合物為載體，連接特殊功能基從而與特定物質螯合以實現分離的功能高分子，是繼離子交換樹脂、離子交換纖維發展起來的一種新型高性能吸附材料。近年來，螯合纖維在金屬離子的提取、分離、分析等方面的研究成為分離科學領域的研究熱點。隨著現代分析技術和分析儀器的發展(如ICP-MS、ICP-AES及AAS等)，元素的檢測限已經大幅度降低，例如，使用ICP-MS可以檢測出ppt級的金屬離子，但痕量和超痕量重金屬元素分析過程中，由于大量共存元素的干擾，直接測定常常很困難，一些分析儀器擁有較高的選擇性及靈敏度，但高昂的檢測成本限制了其在國內中小型食品企業生產檢測中的普及。螯合纖維素作為一種物美價廉，既不產生污染又能有效分離富集重金屬離子的吸附材料，在分析檢測，資源回收等方面有著重要的研究價值和廣泛的應用前景。
技術實現思路
本專利技術提供一種工藝簡單、成本低廉的硫代蘋果酸-改性纖維素的生產方法，采用該方法制備而得的硫代蘋果酸-改性纖維素對食品中Se(IV)離子有較高的選擇性吸附。為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種硫代蘋果酸-改性纖維素的制備方法，以纖維素粉為母體，硫代蘋果酸為配體，對纖維素粉上的羥基進行改性，包括以下步驟：(1)將纖維素粉浸泡在作為反應溶劑的蒸餾水中，直至纖維素粉充分溶脹；(2)在步驟(1)的所得物中加入配體硫代蘋果酸，在氮氣保護的條件下，加入催化劑和分散劑，保持45℃～90℃的反應溫度攪拌反應12小時；所述硫代蘋果酸與纖維素粉的摩爾比為2～5：1；(3)過濾步驟(2)的所得物，得濾餅，所得濾餅經反應溶劑沖洗至無色后，50℃真空干燥至恒重，得硫代蘋果酸-改性纖維素。較佳地，所述催化劑為5％的磷鎢酸，所述分散劑為0.25％的羧甲基纖維素鈉(CMC)。較佳地，所述步驟(1)中，纖維素粉與反應溶劑蒸餾水的用量比為：1g纖維素粉/50ml反應溶劑蒸餾水。較佳地，于所述步驟(2)中，所述硫代蘋果酸與纖維素粉的摩爾比為3：1。較佳地，于所述步驟(2)中，所述反應溫度為75℃。本專利技術還提供一種硫代蘋果酸-改性纖維素，由本專利技術提供的制備方法制備的。本專利技術還提供硫代蘋果酸-改性纖維素的應用，包括以下步驟：(1)將所述硫代蘋果酸-改性纖維素置入pH＝1.5的緩沖溶液中浸泡24小時；(2)在步驟(1)的所得物中加入亞硒酸根離子標準溶液，于溫度為25℃、轉速為100r/min的恒溫振蕩器中振蕩；硫代蘋果酸-改性纖維素與亞硒酸根離子標準溶液的用量比為5:1；(3)待吸附平衡后測定硫代蘋果酸-改性纖維素對硒離子的飽和吸附容量。本專利技術還提供硫代蘋果酸-改性纖維素的應用，包括以下步驟：(1)待測樣品前處理：待測樣品經多次酸化、加熱、冷卻后，得到含四價硒的待測溶液；(2)硫代蘋果酸-改性纖維素的分離預富集：將待測溶液調節至pH＝1.5后置于所述硫代蘋果酸-改性纖維素的動態吸附柱中，控制流速為1.0mg/min通過，動態吸附結束后，加入解吸劑，以0.5mg/min的流速通過所述動態吸附柱進行解吸，并檢測流出溶液濃度。較佳地，所述解吸劑為25mL3.0mol/L的HCl和2％的氯酸鉀。所述待測樣品為大米。采用本專利技術方法制備而得的硫代蘋果酸-改性纖維素(以下簡稱為TMAC)，進行如下的實驗：一、重金屬離子吸附實驗在50℃真空干燥后，準確稱取一定量(例如為200.0mg)的干燥TMAC置于100mL的碘量瓶中，加入一定量(例如為25mL)的蒸餾水并精確調整pH至1.5后浸泡24小時，然后加入一定量(例如為5mL)的亞硒酸溶液，以不加改性吸附劑為對照組，于恒溫振蕩器上在一定溫度下振蕩，充分吸附(例如48小時)至平衡后準確測定溶液中剩余的亞硒酸根離子濃度，按下式計算吸附量Q、吸附分配比D。上式中Co為金屬離子初始濃度(mg/mL)；Ce為金屬離子濃度-吸附平衡后(mg/mL)，Q為飽和吸附量-靜態(mg/g)；m為TMAC的質量(g)；V為溶液體積(mL)，是指重金屬離子標準液和緩沖溶液體積之和。二、解吸實驗將吸附飽和后的改性吸附劑TMAC用蒸餾水洗滌數次并濾出，50℃烘干后加入一定體積的洗脫劑，25℃恒溫振蕩平衡后，測定溶液中亞硒酸根離子的濃度，吸附劑的解吸率E(％)按下式計算：式中Cd為溶液中亞硒酸根離子的濃度(mg/mL)；Vd為解吸液體積(mL)，Co和Ce分別為水相中金屬離子的初始濃度(mg·mL-1)和平衡濃度(mg·mL-1)；V為液相體積(mL)。本專利技術相對于現有技術，有以下優點：1、本專利技術所得的硫代蘋果酸-改性纖維素的原料為纖維素粉，其具有來源廣泛，價格低廉、良好的選擇性、較高的機械強度和物理穩定性來源廣泛的特性，而且，纖維素比表面大，其特殊的物理形態使其與吸附質有較大的接觸面積，對流體的阻力很小，擴散通道短，交換基團能充分反應，作為改性吸附劑的母體有很大的潛力，相較于其他母體材料，具有更優越的動力學吸附特性，吸附快，洗脫容易，還能以更多種的結構形式運用在工藝中；2、纖維素表面擁有數量眾多的羥基(-OH)，為改性接枝提供了更多的可能，本專利技術利用化學接枝將纖維素粉改性，使其具有較大的化學穩定性，并增強了抵抗酸、堿和有機溶劑的能力及其吸附能力；3、本專利技術使用的新型催化劑磷鎢酸大大提高的功能基的轉化率，使新型改性吸附劑對Se(IV)有較高的選擇性吸附，吸附量大，吸附速度快；4、本專利技術所得硫代蘋果酸-改性纖維素具備優良的再生性能，再生方法簡單易行，重復使用性好，節約成本，保護環境；5、本專利技術的硫代蘋果酸-改性纖維素的制備方法操作簡便，產率高。附圖說明圖1是本專利技術的反應原理圖；圖2是反應摩爾比對硫代蘋果酸-改性纖維素功能基轉化率的影響；圖3是不同濃度分散劑對硫代蘋果酸-改性纖維素功能基轉化率的影響；圖4是不同pH值下TMAC對金屬離子Se(IV)的吸附容量的影響；圖5是不同陰離子對TMAC吸附Se(IV)離子吸附量的影響；圖6是吸光度與Se濃度之間的線性關系。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。其中，以下實施例中的水洗均為用蒸餾水進行洗滌。實施例11)、室溫下，準確稱取1.0g纖維素粉于100ml的三頸瓶中，加入反應溶劑蒸餾水50ml浸泡12小時，使纖維素粉充分溶脹；2)、在步驟1)的所得物加入配體硫代蘋果酸，硫代蘋果酸與纖維素粉的摩爾比為3：1，在氮氣保護的條件下，加入0.25％的分散劑羧甲基纖維素鈉(CMC)，并加入5％的磷鎢酸作為催化劑，保持75℃的反本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硫代蘋果酸?改性纖維素的制備方法，其特征在于，以纖維素粉為母體，硫代蘋果酸為配體，對纖維素粉上的羥基進行改性，包括以下步驟：（1）將纖維素粉浸泡在作為反應溶劑的蒸餾水中，直至纖維素粉充分溶脹；（2）在步驟（1）的所得物中加入配體硫代蘋果酸，在氮氣保護的條件下，加入催化劑和分散劑，保持45℃～90℃的反應溫度攪拌反應12小時；所述硫代蘋果酸與纖維素粉的摩爾比為2~5：1；（3）過濾步驟（2）的所得物，得濾餅，所得濾餅經反應溶劑沖洗至無色后，50℃真空干燥至恒重，得硫代蘋果酸?改性纖維素。

【技術特征摘要】
1.一種硫代蘋果酸-改性纖維素的應用，其特征在于，以纖維素粉為母體，硫代蘋果酸為配體，對纖維素粉上的羥基進行改性，包括以下步驟：（1）將纖維素粉浸泡在作為反應溶劑的蒸餾水中，直至纖維素粉充分溶脹；（2）在步驟（1）的所得物中加入配體硫代蘋果酸，在氮氣保護的條件下，加入催化劑和分散劑，保持45℃～90℃的反應溫度攪拌反應12小時；所述硫代蘋果酸與纖維素粉的摩爾比為2~5：1；（3）過濾步驟（2）的所得物，得濾餅，所得濾餅經反應溶劑沖洗至無色后，50℃真空干燥至恒重，得硫代蘋果酸-改性纖維素；（4）待測樣品前處理：待測樣品經多次酸化、加熱、冷卻后，得到含四價硒的待測溶液；（5）硫代蘋果酸-改性纖維素的分離預富集：...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳青，閔敏，朱冰韌，姚彩萍，蔣予箭，
申請(專利權)人：浙江工商大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33