灯芯草纤维素黄原酸盐用于脱除蜂胶中铅的研究

张洛红，李 莹，仝攀瑞

（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安710048）

灯芯草纤维素黄原酸盐用于脱除蜂胶中铅的研究

张洛红，李 莹，仝攀瑞

（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安710048）

研究自制的灯芯草纤维素黄原酸盐用于吸附去除蜂胶中重金属铅的可行性和适应性。考察灯芯草纤维素黄原酸盐对蜂胶中铅的去除效果，探讨了静态吸附反应中铅离子浓度、吸附时间、初始溶液pH和吸附温度四个因素对铅去除率的影响，确定最佳吸附反应条件；并利用高效液相色谱法（HPLC）对脱铅处理前后蜂胶中黄酮类物质的成分和含量进行比较。结果表明，当向20mL含铅浓度为200μg/L的蜂胶溶液中加入0.2g的灯芯草纤维素黄原酸盐，并调节蜂胶液的pH为4.0～4.5，恒温（30℃）条件下振荡吸附10min，该吸附剂对蜂胶中铅离子的去除率为61.64%；根据高效液相色谱的检测结果，脱铅处理前后蜂胶中最主要活性成分芦丁的含量仅损失8%左右，表明灯芯草黄原酸盐对铅具有良好的选择性，而对蜂胶中黄酮类物质的影响不大。这既为控制蜂胶中重金属铅含量提供了新的处理技术，同时还为废弃中草药灯芯草的资源化及深度利用创造了新的思路。

灯芯草纤维素黄原酸盐，吸附去除，蜂胶，铅，高效液相色谱法（HPLC）

蜂胶因具有抗菌、抑制病毒及调节机体免疫力等功用，成为一种珍贵的天然保健品资源，且我国已有将其作为主要原料的准字药品。然而由于近年来生态环境的不断恶化，加之蜂胶提取、加工过程中人为造成的污染，均使得蜂胶中重金属铅污染的问题日益突出[1-3]。因此，研究和提出控制蜂胶中铅含量的技术具有重要的理论意义与实际应用价值。纤维素黄原酸盐吸附材料被广泛用于脱除废水中的重金属离子[4-6]，但用于蜂胶中重金属脱除的研究报道较少[7-8]。废弃的中草药灯芯草是来源广泛的廉价天然纤维材料，以其为原料制备黄原酸盐，既可以提高其应用价值，还可以减少资源浪费和废弃物造成的环境污染问题。此外，鉴于产生蜂胶上述药理功效的主要活性物质为黄酮类化合物，本文采用自制的灯芯草纤维素黄原酸盐作吸附材料，以其对蜂胶中重金属铅的脱除效果及对活性成分的影响程度为指标，考察其脱除蜂胶中重金属铅的可行性与适应性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甲醇 色谱纯；95%乙醇、磷酸 分析纯；混合酸 4份硝酸+1份高氯酸；硝酸、高氯酸 均为优级纯；铅标准使用液（10μg/mL），超纯水，芦丁对照品（100080-200707）、白杨素对照品（111701-200501）、高良姜素对照品（111699-200501） 均由陕西省药检所提供；灯芯草纤维素黄原酸盐[9]将废弃的灯芯草经碱化和酯化处理后得到纤维素黄原酸盐，由于造粒技术有限，实验中制得颗粒直径约3mm的吸附材料，它含有黄原酸酯极性基团—O—CSSH；蜂胶样品 西安斯强企业提供，含铅量约为0.3mg/kg。

高效液相色谱仪（HPLC） Agilent 1200型，美国安捷伦科技有限公司；数控超声波清洗器 KQ5200DE型，昆山市超声仪器有限公司；水浴恒温振荡器 SHAC，常州中捷实验仪器制造有限公司；原子吸收光谱仪 附石墨炉及铅空心阴极灯，AAnalyst 800型，美国PerkinElmer公司；可调式封闭电炉 艾科浦超纯水系统；pH计 DELTA320，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 蜂胶液的制备[10-11]称取蜂胶样品0.2g置于烧杯中，加入20mL 95%的乙醇，用玻璃棒搅拌直至蜂胶全部溶解，测其pH为6.55。因蜂胶样品中含铅量较低，为便于除铅反应的研究，通过向蜂胶溶液中加入不同体积10μg/mL铅标准使用液的方法配制不同铅含量（μg/L）的蜂胶醇溶液。将溶液混合均匀后转入100mL的具塞三角瓶中，低温下保存、备用。

1.2.2 脱重金属反应 向上述配制的含铅的蜂胶溶液中加入0.2g灯芯草纤维素黄原酸盐吸附剂，恒温条件下振荡吸附反应一段时间后，过滤蜂胶液到三角瓶中，再将三角瓶置于可调式电炉上小火加热，使蜂胶液中的乙醇溶剂挥发完全，干燥冷却后得除铅后的蜂胶固体。

研究不同的初始铅浓度、吸附时间、蜂胶溶液pH及吸附温度对除铅效果的影响，确定最佳的除铅反应条件，并研究该处理方式对蜂胶中黄酮类化合物含量的影响。

1.2.3 样品中铅含量的测定 采用石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）[12]。

称取0.2g蜂胶样品置于100mL锥形瓶中，加入5～ 10mL混合酸，加盖浸泡过夜。再加混合酸，直至冒白烟，消化液呈无色透明或略带黄色，转移到25mL容量瓶中，用超纯水少量多次洗涤锥形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度。同时平行做一份空白溶液。用石墨炉原子吸收分光光度法测吸光值，然后计算铅含量（以μg/L表示）。

1.2.4 对照品标准曲线的绘制 芦丁标准系列浓度为0.0、20.0、40.0、60.0、80.0、100.0μg/mL，以峰面积（A）对芦丁浓度c（μg/mL）拟合，得一元线性回归方程：A=8.7098c，r=0.99998。

白杨素标准系列浓度为0.0、5.0、10.0、20.0、30.0、40.0μg/mL，由峰面积（A）对白杨素浓度c（μg/mL）拟合的一元线性回归方程为：A=77.1415c，r=0.99998。

高良姜素标准系列浓度为0.0、5.0、10.0、20.0、30.0、40.0μg/mL，由峰面积（A）对高良姜素浓度c（μg/mL）拟合的一元线性回归方程为：A=73.2717c，r=0.99996。

1.2.5 供试品溶液制备 称取蜂胶样品0.1g（精确到0.001g），放入50mL的容量瓶中，加入40mL甲醇，在超声波水浴中加热至60℃，振荡30min，待样品溶解后，用甲醇定容，用0.45μm的有机相针式滤器过滤，取滤液供HPLC测试，检测蜂胶中三种黄酮类化合物芦丁、白杨素和高良姜素的含量。

1.2.6 蜂胶的HPLC分析[13-15]色谱柱：Agilent Eclipse XDB-C18（4.6×250mm，5μm）；流动相：60%甲醇～40%水（用磷酸调pH至3）；流速：0.7mL/min；柱温：25℃；检测波长：270nm；进样量：10μL；定量方法：外标法（峰面积）。

2 结果与讨论

2.1 不同反应条件对除铅效果的影响

2.1.1 蜂胶液中初始铅浓度的影响 配制20mL含铅浓度分别为60、100、150、200、250、300μg/L的蜂胶溶液，用0.2mol/L的HCl将溶液的pH均调至4.0～4.5之间，向其中分别加入0.2g的灯芯草纤维素黄原酸盐，恒温条件（30℃）下振荡反应20min。计算不同初始铅浓度下灯芯草纤维素黄原酸盐对铅离子的去除率及其吸附量，据此选定蜂胶液中铅离子的最佳初始浓度。实验结果见图1。

首先对智能电网保护装置的所有组成板卡，按照板卡类型进行分类。一种类型是保护装置都用到的板卡，比如CPU板和电源板，这些板卡在装置上的插槽号是固定不变的；另外一种类型板卡在不同型号保护装置上的插槽号是变化的，这些板卡种类较多，同一种板卡可以同时插在几个插槽上。对不同型号的保护装置同时配置的板卡使用固定测试连接线，将该板卡与测试仪背板接点直接连接；而对于保护装置在相同插槽上可能出现的不同类型的板卡，则通过移动式总线背板实现间接自动连接。通过切换，完成装置板卡接点与整机测试仪背板接点的自动连接。

图1 初始铅浓度对蜂胶中铅去除率和对黄原酸盐吸附量的影响Fig.1 Effect of initial lead concentration on removal rate of lead and adsorption capacity of xanthogenate in propolis

由图1可知，随着溶液中重金属离子初始浓度的增加，灯芯草黄原酸盐对铅离子的去除率呈逐渐下降的趋势，这是因为低浓度时，吸附剂表面的吸附位充足，其与溶液中铅离子数量的比值较大，吸附作用比较完全，动态平衡中被吸附的铅离子数量相对于底物浓度所占比例较大，故表现出较高的去除效率。其次，灯芯草黄原酸盐对铅的平衡吸附容量随金属离子初始浓度的增大而增大，这是因为随着初始溶液浓度的增大，提供的离子传质驱动力增加，使得金属离子吸附的阻力降低，同时能够增大离子与吸附剂表面的吸附空位接触的几率，从而使离子吸附量增大[16]；当初始铅浓度大于200μg/L时，吸附剂的平衡吸附容量变化缓慢，稳定在12.28μg/g左右，这表明吸附剂的吸附能力已经达到饱和。

因此，灯芯草黄原酸盐对蜂胶中铅离子的饱和吸附量为12.28μg/g。用0.2g灯芯草纤维素黄原酸盐吸附去除20mL含铅浓度为200μg/L的蜂胶溶液时，该吸附剂不仅能够达到吸附饱和，且对铅离子的脱除效果良好，去除率为61.39%。故对于0.2g灯芯草黄原酸盐，处理20mL含铅蜂胶液时最佳的初始铅浓度约为200μg/L。

2.1.2 吸附时间的影响 图2为30℃时pH为4.5，蜂胶溶液中铅浓度为200μg/L，灯芯草黄原酸盐的添加量为0.2g条件下，吸附时间与铅去除率的关系。由图2可以看出，超过55%的铅离子在实验开始的1min内被吸附，这是由于在吸附初期，溶液中吸附剂表面的吸附空位较多，铅离子与这些空位结合较易，且吸附初期固液界面铅离子的浓度梯度较大，存在较大的驱动力，从而使铅离子有较快的吸附[17-18]。随着吸附时间的延长，吸附速度下降，在反应进行到2min时，吸附基本已达到平衡，在此后的几分钟里，蜂胶溶液中剩余铅浓度的变化不大。说明用灯芯草纤维素黄原酸盐吸附蜂胶中的铅离子，在短时间内就可以达到吸附平衡，并随着时间的增加能保持较高的吸附率，吸附能力较强。为保证吸附剂与溶液中的铅能够充分的接触吸附，故后续的实验中将吸附时间定为10min。

图2 铅离子去除率与吸附时间的关系Fig.2 The relationship between removal rate of lead and adsorption time

2.1.3 初始溶液pH的影响 30℃下，蜂胶溶液中铅浓度为200μg/L，灯芯草纤维素黄原酸盐的添加量为0.2g，调节蜂胶溶液的初始pH分别为1.64、2.96、4.53、6.55、8.04，灯芯草纤维素黄原酸盐对蜂胶中铅离子的去除率见图3。

图3 初始pH对铅去除率的影响Fig.3 Effect of initial pH on removal rate of lead

当其它条件一定时，灯芯草纤维素黄原酸盐在不同pH条件下对Pb2+吸附去除的强弱顺序是：pH1.64gt; pH2.96gt;pH4.53gt;pH6.55gt;pH8.04。灯芯草黄原酸盐对铅的去除率随pH升高而降低的现象表明铅的吸附与铅的溶解度有关，铅在pH较高的溶液中溶解度降低，产生沉淀，因而不易被吸附[19]。这个结果与甜菜渣[20]及凤眼莲纤维[9]对铅的吸附效果相反，这可能是由吸附材料及溶液环境介质的差异造成的。蜂胶中的黄酮类化合物受溶液酸度影响较大，降低pH能有效避免活性成分发生分解或沉淀[21]。此外，pH为4.53时的脱铅率仅比pH为1.64时低约12%，从实际用酸量角度出发，综合考虑确定蜂胶液的最佳初始pH为4.0～4.5。

2.1.4 吸附温度的影响 30℃下调蜂胶液pH为4.0～ 4.5，初始铅浓度为200μg/L，灯芯草黄原酸盐的添加量为0.2g，将温度分别设置为15、25、30、40、45、60℃，不同温度对蜂胶液中铅去除率的影响如图4所示。

图4 吸附温度对铅去除率的影响Fig.4 Effect of adsorption temperature on removal rate of lead

2.2 蜂胶液处理方式对铅含量及黄酮类化合物的影响

向20mL含铅浓度为200μg/L的蜂胶溶液中加入0.2g灯芯草纤维素黄原酸盐，调节蜂胶液的pH为4.0～ 4.5，在最佳反应条件下吸附10min。蜂胶液脱铅处理前后的色谱分析结果分别见图5、图6；脱铅率及蜂胶中芦丁、白杨素和高良姜素三种黄酮类化合物的含量变化分别如表1、表2所示。

图5 脱铅处理前蜂胶样品的色谱图Fig.5 The HPLC chromatogram of propolis before lead adsorption

图6 脱铅处理后蜂胶样品的色谱图Fig.6 The HPLC chromatogram of propolis after lead adsorption

由图5～图6，表1～表2中分析可知，在最佳的静态吸附反应条件下，灯芯草黄原酸盐对蜂胶液中重金属铅的去除率为61.64%，脱除效果良好。脱铅前后蜂胶的HPLC色谱图有较大的相似度，三种黄酮物质的保留时间都没有发生明显的变化；但脱铅后蜂胶中三种黄酮物质的含量均有一定损失，不同组分的含量受脱铅处理的影响程度不同，其中作为蜂胶中最主要活性成分的芦丁含量的变化率为8.28%，白杨素和高良姜素含量的损失率平均在12%左右。

表1 蜂胶液中含铅量的变化Table 1 The change of lead concentration in propolis

表2 蜂胶液脱铅处理前后黄酮类化合物的变化Table 2 The content of flavonoids in propolis before and after adsorption

3 结论

3.1 颗粒型灯芯草黄原酸盐对蜂胶中铅离子的饱和吸附量为12.28μg/g；它对蜂胶中铅离子的吸附，在反应进行到2min时基本达到平衡；灯芯草黄原酸盐对铅的去除率随初始溶液pH的升高而降低；吸附温度为30℃时，脱铅效果良好；在最佳静态吸附条件下，该吸附剂对蜂胶中铅离子的去除率为61.64%。

3.2 用高效液相色谱法检测出脱铅处理前后蜂胶的HPLC色谱图有较大的相似度，其中芦丁、白杨素和高良姜素三种黄酮物质的保留时间没有发生显著变化；但不同成分的含量受影响的程度不同，其中作为蜂胶中最主要活性成分的芦丁含量的变化率为8.28%，白杨素和高良姜素含量的损失率平均在12%左右。

3.3 将灯芯草纤维素黄原酸盐用于蜂胶中铅的脱除时具有良好的选择性，对蜂胶中活性成分黄酮类化合物的影响不大，从而建立了一种新的有效控制蜂胶中重金属铅含量的技术，同时也为废弃中草药灯芯草的再利用创造了新的思路。

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Study on the application of common rush cellulose xanthogenate for removal of lead from propolis

ZHANG Luo-hong，LI Ying，TONG Pan-rui
（School of Environment and Chemical Engineering，Xi’an Polytechnic University，Xi’an 710048，China）

The feasibility of using common rush cellulose xanthogenate to remove lead from propolis was studied.In the static state experiment，several influential effects on adsorption were investigated.In addition，the content of flavonoids in propolis after adsorption was also tested by high performance liquid chromatography（HPLC）.The results showed that the xanthogenate had a good selectivity for lead，with the removal rate of 61.64%under the condition of the sorbent 0.2g，the lead concentration 200μg/L in 20mL propolis solution，the initial pH 4.0～4.5，the adsorption temperature 30℃and the contact time 10min.While it had little effect on the flavonoids in propolis，and the content of rutin which was the main active ingredient in propolis was only reduced by 8%after adsorption.This not only provided a new efficient，low-cost technology for the control of lead in propolis，but also created a new way of using common rush residues.

common rush cellulose xanthogenate；adsorption removal；propolis；lead；high performance liquid chromatography（HPLC）

TS201.1

B

1002-0306（2012）01-0226-04

2011－01－05

张洛红（1969-），男，副教授，博士，研究方向：环境检测与污染控制。

西安工程大学博士科研启动费（BS0715）。