[发明专利]螯合型化学改性壳聚糖在去除植物汁液中重金属离子的应用

说明书

技术领域

本发明涉及去除植物汁液中重金属离子技术领域，具体地说，涉 及螯合型化学改性壳聚糖在去除植物汁液中重金属离子的应用。

背景技术

近30年来，在我国经济迅猛发展的同时，环境污染问题也日益 严重，其中重金属残留是最严重的污染形式之一。重金属污染是指由 重金属或其化合物造成的环境污染，主要是由于采矿、废气排放、污 水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。重金属在污染土壤、大气 和水体以后，会进入食物链，并最终进入人体。并且由于生物放大效 应，在食物链从低级向高级的进展过程中，重金属等有害物质会逐渐 富集，其在生物体内的含量将越来越大。重金属离子在人体内的蓄积， 将给人体带来难以修复的损伤，剂量大时甚至直接导致死亡。在“世 界十大污染事件”中，“水俣病”事件和“痛痛病”事件分别是由重 金属汞和镉引起的。重金属残留造成的巨大危害已经使得人们不得不 正视它的存在、并努力寻找解决办法。

如果土壤和水体被重金属污染，植物的种植和栽培将直接受到影 响。水果和蔬菜中的重金属主要来源于土壤、灌溉用水、施用的农药 和肥料、水果和蔬菜自身对某些重金属的富集以及工业生产中“废水、 废气、废渣”的污染。以苹果为例，据对我国苹果主产地——山东地 区出产的苹果进行的研究分析表明：氟、汞和铬的检出率为100％， 铅、锡、砷的检出率均超过93％，汞、铅和锡的超标率分别为1.47％、 11.29％和8.06％。水果和蔬菜中的重金属超标直接影响到了果汁、蔬 菜汁等相关产业，并且果汁和蔬菜汁还存在在加工过程中被重金属污 染的可能。

目前，果汁和蔬菜汁的加工生产已经成为我国的重要产业。据统 计，我国苹果浓缩汁的产量已经占到世界总产量的40％以上，出口量 占世界贸易总量的一半以上。因此，果汁和蔬菜汁中的重金属残留必 需引起足够的重视。国家标准局颁布的《果、蔬汁饮料卫生标准》(GB 19297-2003)明确规定了果、蔬汁中重金属的限量指标为：砷(As)≤ 0.2mg/kg、铅(Pb)≤0.05mg/kg、铜(Cu)≤5.0mg/kg。此外，国家标准 局还就具体的果汁颁布了具体标准，其中也对重金属限量进行了明确 限定。

目前，去除果汁或蔬菜汁中的重金属离子一般采用吸附法、螯合 树脂法、离子交换处理法以及生物化学法等。

吸附法是利用吸附剂的独特结构，通过表面吸附、表面电相互作用 或形成表面氢键等形式，将果汁或蔬菜汁中的重金属离子除去的方法。

螯合树脂法是利用改性高分子树脂与重金属离子形成稳定螯合 物来达到去除重金属离子的目的。这是因为重金属离子具有空轨道使 其相当于Lewis酸，改性高分子树脂的某些官能团能够提供孤对电子 使其相当于Lewis碱，Lewis酸与Lewis碱形成配位键，从而形成稳定 螯合物，将重金属从溶液中脱除。能够提供孤对电子的官能团中一般 包括硫、氧、氮、磷等配位原子。能提供孤对电子的Lewis碱的性质 决定了其与重金属离子配位形成螯合物时的选择性，如选择性除汞、 除铅、除铜等的高分子树脂。

离子交换处理法是利用离子交换剂自身携带的能自由移动的离 子与被处理的果汁或蔬菜汁中的重金属离子进行交换来实现的。推动 离子交换的动力是离子间的浓度差和交换剂上的功能基团对重金属 离子的亲和能力。多数情况下被处理溶液中的重金属离子是先被吸 附、再被交换。

此外，随着生物化学理论和技术的不断进步和创新，目前已经出 现了生物体借助化学作用去除重金属离子的方法。该方法的机理可能 是细胞外富集/沉积、细胞表面吸附或络合、细胞内富集等；去除重 金属离子的过程可能包括静电吸引、络合、离子交换、微沉淀、氧化 还原反应等各过程。

但是上述方法均存在各种缺点，这些缺点限制了它们在实际生产 中的推广和应用。例如：

使用吸附法时，易吸附果汁和蔬菜汁中的有效成份，而较难吸附重 金属离子；并且若使用活性碳纤维和膨润土为吸附剂时，果汁或蔬菜汁 容易产生二次污染；如果使用大孔吸附树脂为吸附剂时，吸附速率和洗 脱速率都比较慢，效率低下；同时，吸附剂的再生循环也不易实现。