黄秋葵多糖的提取及其对甲基紫染料的吸附研究毕业论文

 2021-04-27 10:04

摘 要

本研究利用超声波辅助方法成功地从黄秋葵中提取多糖。我们采用曲面响应面法,在提取时间、固液比、提取温度三个因素的单因素实验的基础上,确定了黄秋葵多糖提取的最佳条件。同时,我们还以黄秋葵多糖为生物吸附剂,研究了它对甲基紫6B模拟染料废水的吸附性能。我们发现在20℃,pH值11,多糖浓度50 mg/L时,吸附脱色率最好。另外,通过吸附热力学,证明了此过程是吸热的,有利于吸附的产生。采用甲基紫、黄秋葵多糖和最终絮凝产物的红外对比分析,我们推断此吸附过程以物理吸附为主,同时分子动力学模拟也证实了这一推测。因此本文报道了黄秋葵多糖可能在纺织造纸废水处理中拥有巨大的前景。

关键词:黄秋葵多糖提取,曲面响应法,甲基紫模拟染料废水,吸附热力学, 红外谱图分析

Extraction and adsorption study of okra polysaccharides

ABSTRACT

In this study, polysaccharides were successfully extracted from okra by ultrasonic-assisted technology. Optimal conditions for water extraction of polysaccharide were obtained by response surface methodology, based on single-factor experiments of three factors (extraction time, liquid-solid ratio, and extraction temperature). Characterization and physicochemical analysis of okra polysaccharide (OPS) were carried out. OPS, as a biosorbent, was used to study the adsorption of methyl violet 6B (MV) dye in aqueous solutions. We found that adsorption efficiency was the best at 20 °C, pH of 11, and polysaccharide concentration of 50 mg/L. Both infrared analysis and molecular dynamics simulation suggests that the mechanism of MV adsorption by OPS was electrostatic in nature. In this study we report that polysaccharide from okra has great potential of application in treatment of wastewater from textile and paper industry.

Key words: Extraction of okra polysaccharides, response surface methodology, methyl violet dye, Thermodynamic analysis of adsorption, FT-IR spectroscopy analysis

目录

1 绪论……………………………………………………………………………………………1

1.1 研究背景…………………………………………………………………………………1

1.1.1 黄秋葵简介…………………………………………………………………………1

1.1.2 黄秋葵多糖提取工艺………………………………………………………………1

1.1.3 亟待解决的染料污染问题…………………………………………………………2

1.2 本文主要内容以及创新点………………………………………………………………2

2 实验……………………………………………………………………………………………3

2.1 实验原料…………………………………………………………………………………3

2.2 实验仪器…………………………………………………………………………………3

2.3 实验步骤…………………………………………………………………………………3

2.3.1 黄秋葵多糖的提取…………………………………………………………………4

2.3.2单因素实验以及曲面响应实验设计…………………………………………………4

2.3.3 染料吸附实验…………………………………………………………………………4

2.3.4 分子动力学模拟………………………………………………………………………5

3 结果讨论与分析……………………………………………………………………………6

3.1黄秋葵多糖提取工艺分析………………………………………………………………6

3.1.1单因素实验…………………………………………………………………………6

3.1.1.1 提取时间……………………………………………………………………6

3.1.1.2 固液比…………………………………………………………………………6

3.1.1.3 提取温度………………………………………………………………………6

3.1.2 曲面响应法分析……………………………………………………………………7

3.1.2.1 响应面实验结果及方差分析…………………………………………………8

3.1.2.2 三因素交互作用分析………………………………………………………10

3.1.2.3 优化条件的预测与验证………………………………………………………10

3.2 甲基紫模拟染料废水的脱色实验………………………………………………………11

3.2.1 反应时间……………………………………………………………………………11

3.2.2 黄秋葵多糖浓度……………………………………………………………………11

3.2.3 初始甲基紫浓度……………………………………………………………………12

3.2.4温度…………………………………………………………………………………13

3.2.5 吸附热力……………………………………………………………………………14

3.2.6 红外谱图分…………………………………………………………………………17

3.2.7 分子动力学模拟……………………………………………………………………18

结论………………………………………………………………………………………………21

致谢………………………………………………………………………………………………21

参考文献…………………………………………………………………………………………21

1.绪论

1.1 研究背景

1.1.1 黄秋葵简介

黄秋葵,古印度语中俗称女士的手指,别称羊角豆,洋辣椒,补肾果等,属于锦葵科多年生植物。据研究表明,黄秋葵起源于非洲,现在广泛生长在世界上不同的热带、亚热带和暖温带地区。其花、果、茎、叶各部位均可食用,多糖和各种微量元素含量颇高,果和花还富含黄酮类化合物、氨基酸、维生素等成分,具有很高的营养价值。

目前国内外对黄秋葵的各种研究逐渐深入,以其中的多糖研究居多,黄秋葵多糖具有免疫调节[1,2],抗高血脂[3]和抗肿瘤[4,5]等作用,具有深远又重要的意义。

1.1.2 黄秋葵多糖提取工艺

多糖是一种高水溶性的生物大分子,所以目前水提醇沉的方法较为普遍。水浸提过程属于两相传质过程,颗粒内的活性成分被水溶出并向颗粒表面扩散,再从颗粒表面扩散到水中[6]。然而,仅仅依靠热水提取多糖的方法存在提取温度高、提取时间长、溶剂和能量消耗大等缺点[7]。因此,其他各种辅助提取方法纷纷出现,如超声波辅助提取法[8],微波辅助提取法[9],红外辅助提取法[10]。

超声波辅助提取法,作为一种新型技术,在黄秋葵多糖提取工艺中得到了广泛应用。它具有溶剂用量适中,提取时间短、提取率高等优点[11]。超声波利用其强烈的振动作用破坏样品的细胞壁,使多糖溶出[12]。任丹丹[13]等采用超声波辅助优化提取黄秋葵多糖,在提取时间20min,固液比44:1(ml/g)、提取温度52oC时,多糖提取率可达27.75%。

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