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发酵液中鼠李糖脂特异性石墨烯吸附功能材料制备及应用

崔莹  
【摘要】:鼠李糖脂(Rhamnolipid,Rha)是一种微生物表面活性剂,因低毒、可生物降解、且不易产生二次污染等优点,受到了广泛关注。但由于生产成本高,其中从发酵液中提取分离费用可占其成本约60%-80%,使其大规模工业化应用受到很大限制。因此,亟待研发提取Rha的高效、低成本和低毒的提取技术,本文就此展开相关研究,对绿色微生物表面活性剂的规模化生产和应用十分重要。本文以飞行时间质谱、FTIR、TEM、XRD、BET等分析手段,研究从市场上石墨粉制备氧化石墨烯和阳离子化氧化石墨烯的条件和所制备产品的结构性质,在此基础上,研究了氧化石墨烯(GO)和阳离子化氧化石墨烯(CGO)对发酵液中鼠李糖脂的吸附特性及其脱附提纯和再生工艺。得到如下成果:(1)石墨粉原料的粒径影响所制备氧化石墨烯的吸附效率,粒径超过44μm,制备的氧化石墨烯的吸附效率明显减小。粒径在5-44μm范围的石墨粉原料均可用于制备GO。选择适合粒径,用改良的Hummers氧化法成功制备较薄的氧化石墨烯,GO含吸附活性基团羧基、羟基、碳碳双键等,与石墨粉原料相比,GO表面呈褶皱状使比表面积提高至215.46 m~2·g~(-1)。GO对发酵液中Rha具有良好吸附作用。最适条件下吸附Rha最大可达1.7 g·g~(-1),且能重复利用至少6次。(2)改进方法对氧化石墨烯进行阳离子修饰,最适阳离子化药剂及比例:1 g GO,0.42 g NaOH,2.8 mL CTA,1.25 mL H_2O。此条件下CGO Zeta电位最大,为+24.3 mV;且CGO吸附活性基团不变,但羟基含量明显降低,且增加了非极性的CH_2和CH_3等疏水性成分,与GO相比,比表面积略有提高,可达223.12 m~2·g~(-1)。CGO对发酵液中Rha的吸附效率高于氧化石墨烯。最适吸附条件下,吸附Rha最大可达2.0 g·g~(-1);且吸附/脱附再生利后仍能重复利用。(3)使用脱附剂完成GO和CGO所吸附鼠李糖脂的脱附。从两种吸附剂上收集Rha最佳洗脱剂均为无水乙醇,洗脱时间分别为30和40 min,一次脱附回收率分别为79.2%和80.13%。所提取的Rha粗品纯度约分别为88.6%和91.2%。比传统方法提取的Rha粗品纯度高,但并不改变所提取Rha的结构和组成。


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