廢棄茶葉茶多酚的提取及其粗提物對水中銅離子的吸附效果

石艷梅， 石珉玥， 伍 慶， 郭曉青， 郭 麗， 王 嬌

(1.貴陽市第三實驗中學(xué)，貴州貴陽550001；2.上海師范大學(xué)，上海 200234；3.貴州師范大學(xué)，貴州貴陽550001；4.貴陽護(hù)理職業(yè)學(xué)院，貴州貴陽 550008)

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廢棄茶葉茶多酚的提取及其粗提物對水中銅離子的吸附效果

石艷梅1， 石珉玥2， 伍 慶3， 郭曉青4， 郭 麗3， 王 嬌3

(1.貴陽市第三實驗中學(xué)，貴州貴陽550001；2.上海師范大學(xué)，上海 200234；3.貴州師范大學(xué)，貴州貴陽550001；4.貴陽護(hù)理職業(yè)學(xué)院，貴州貴陽 550008)

[目的]研究廢棄茶葉中茶多酚的提取工藝以及茶渣制成的活性炭對污水中銅離子的吸附作用。[方法]采用 L9(34)正交試驗優(yōu)化提取茶多酚的最佳條件。用制備茶多酚的茶渣制備活性炭，測定茶多酚和活性炭對水中銅離子的吸附效果。[結(jié)果]茶多酚的最佳提取條件為料液比1∶30，提取溫度97 ℃，提取時間20 min，且茶多酚對銅離子的絡(luò)合沉淀能力為38.50 mg/g，活性炭對銅離子也具有一定吸附作用，其吸附能力為2.64 mg/g。[結(jié)論]茶園廢棄茶葉中提取的茶多酚以及茶渣活性炭對銅離子均有較強(qiáng)的清除作用，該方法為茶園廢茶資源的循環(huán)利用提供了參考。

茶園廢茶；茶多酚；活性炭；銅離子；再生利用

隨著科技的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益凸顯，主要包括水體污染、大氣污染、噪聲污染、放射性污染等。其中，水體污染最為嚴(yán)重，符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水源只占約30%[1-8]，因此解決水體污染問題迫在眉睫。茶多酚是茶葉中含量最高的一類活性物質(zhì)，目前針對其抗癌、抗氧化、降血脂等的研究較為廣泛[9-11]，但對重金屬銅離子的吸附作用的研究鮮見報道[5-8]。筆者利用廢棄茶葉，研究了茶多酚及茶渣制成的活性炭對水中重金屬銅離子的吸附能力，旨在為廢棄茶葉的再生利用及進(jìn)一步探究多酚類物質(zhì)對重金屬離子的吸附作用提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料鉑絲棒1根，AL104分析天平(上海梅特勒-托利多)，減壓過濾裝置1套，電爐，水浴鍋，分液漏斗，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，PE-AA400原子吸收分光光度計(美國)，茶園采集廢棄茶葉(洗凈，60 ℃條件下烘干，研磨成粉末備用)，硫酸銅(分析純)，乙酸乙酯(分析純)，蒸餾水(自制)。

1.2試驗設(shè)計以蒸餾水為溶劑，稱取廢茶葉適量，在最佳試驗條件下提取，趁熱減壓過濾，濾液用乙酸乙酯萃取至無色，乙酸乙酯層用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾(65 ℃)，回收乙酸乙酯并刮出所得固體，即得廢茶粗提的茶多酚。選取提取溫度、提取時間、料液比3個因素，進(jìn)行L9(34)正交試驗，因素水平見表1。

1.3硫酸銅溶液的配制稱取硫酸銅198.516 4 g，用去離子水配成質(zhì)量濃度為0.05 g/mL的硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)儲備液。取硫酸銅適量，用去離子水配成濃度為500×10-6g/mL的硫酸銅溶液。

表1　正交試驗因素水平設(shè)計

1.4活性炭的制備將提取后剩下的茶渣烘干裝在大試管中，塞上橡皮塞，試管傾斜向下，用酒精燈加熱煅燒，制備活性炭。

1.5茶多酚對銅離子吸附能力的測定稱取0.400 0 g廢茶提取的茶多酚置于25 mL比色管中并編號為 Ⅰ，加70 ℃溫水溶解至刻度，即得濃度為0.016 g/mL茶多酚溶液。分別取編號 Ⅰ 中的茶多酚溶液1 mL置于8支編號為Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-6、Ⅰ-7、Ⅰ-8的25 mL比色管中，分別加入濃度為500×10-6g/mL的硫酸銅溶液0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1 mL。反應(yīng)2 h后，加入去離子水稀釋至刻度，離心，分別取上清液5 mL置于8支編號為Ⅰ-1-1，Ⅰ-1-2，Ⅰ-1-3，Ⅰ-1-4，Ⅰ-1-5，Ⅰ-1-6，Ⅰ-1-7，Ⅰ-1-8的25 mL比色管中，用去離子水稀釋至刻度，用分光光度計測定吸光度。1.6活性炭對銅離子吸附能力的測定取3支25 mL比色管并編號為Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3，分別取等量的活性炭置于3支比色管中，再分別加入等體積濃度為500×10-6g/mL的硫酸銅溶液，用去離子水稀釋成濃度為8 ×10-6g/mL的硫酸銅溶液，待反應(yīng)2 h后，離心，分別取上清液5 mL于3支編號為Ⅱ-1-1、Ⅱ-1-2、Ⅱ-1-3的比色管中，用分光光度計測定其吸光度。

1.7標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制取6個50 mL容量瓶，編為1～6號，分別加入濃度為500 ×10-6g/mL的硫酸銅溶液0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 mL，加入去離子水稀釋至刻度，測定吸光度，以銅離子濃度為橫坐標(biāo)(X,g/mL)，以吸光度為縱坐標(biāo)(Y)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y=0.085 6X-0.010 1，R2=0.999 8。

2　結(jié)果與分析

2.1正交試驗結(jié)果由表2可知，影響茶多酚提取率的因素的主次順序依次為料液比、提取溫度、提取時間，可以判斷料液比對茶多酚的提取影響最大，其中第6組的提取率最大，因此茶多酚的最佳提取條件為提取溫度97 ℃，提取時間20 min，料液比1∶30。

2.2茶多酚對銅離子的吸附效果由表3和圖1可知，硫酸銅溶液在加入茶多酚前后的吸光度有明顯變化，原子吸收遵循朗伯-比爾定律，吸光度與所測的離子濃度成正比。加入茶多酚后吸光度值減小，相應(yīng)的銅離子濃度減小。說明加入茶多酚后，銅離子與茶多酚形成了沉淀，導(dǎo)致銅離子濃度減小，計算得茶多酚對銅離子絡(luò)合沉淀能力為38.50 mg/g。

表2　廢棄茶葉茶多酚提取正交試驗 L9(34)結(jié)果

表3　茶多酚對銅離子的吸附能力

注：銅離子剩余濃度是加入茶多酚以后的溶液中銅離子的濃度，是把吸光度值帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程求得；沉淀的銅離子濃度是用銅離子的起始濃度減去溶液中剩余的銅離子濃度得到。

Note：Residual concentration of copper ions was the concentration of copper ions in the solution after adding tea polyphenols，concentration was obtained by introducing the absorbance value into standard curve equation.The concentration of copper ions precipitation was initial concentration of copper ions minus residual concentration of copper ions in the solution.

圖1　加入茶多酚前后銅離子濃度變化Fig.1　Change of concentration of copper ions before and after adding tea polyphenol

2.3活性炭對銅離子的吸附效果由表4可知，加入活性炭后，銅離子的吸光度減小，說明加入活性炭以后，銅離子被活性炭吸附，通過計算所得活性炭對銅離子的吸附能力為2.64 mg/g。

3　結(jié)論與討論

(1)該研究通過通過正交試驗探索了茶葉中茶多酚的最佳提取條件，即提取溫度97 ℃，提取時間20 min，料液比1∶30，該條件下茶多酚的提取率為14.36%。在制備茶多酚粗提物的同時，該試驗還用茶渣制備了活性炭，分別研究了茶多酚和活性炭對銅離子的吸附效果。結(jié)果表明，茶多酚和活性炭對銅離子的吸附能力分別為38.50、2.64 mg/g。

(2)2007～2012年貴州省新建茶園以年均5萬hm2的速度增加，茶園修剪的老葉、老枝達(dá)到2 250余kg/hm2，這些廢棄物隨意堆放，不僅占用土地資源，而且焚燒過程中產(chǎn)生的有害氣體會對環(huán)境造成污染。利用廢茶葉提取的茶多酚作為一種重金屬沉淀劑處理銅離子，剩下的重金屬離子再利用活性炭吸附，可能會大大降低重金屬對環(huán)境的污染。

表4　活性炭對銅離子的吸附能力

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Extraction of Tea Polyphenols from Waste Tea and the Absorption Efficiency of its Crude Extracts to Copper Ion in Water

SHI Yan-mei1, SHI Min-yue2, WU Qing3et al

(1. Guiyang No. 3 Experimental High School, Guiyang, Guizhou 550001; 2. Shanghai Normal University, Shanghai 200234; 3. Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou 550001)

[Objective] To study the extraction technology of tea polyphenols from recycling waste tea and the absorption efficiency of its crude extracts to copper ion in water. [Method] L9(34) orthogonal test was used to optimize the extraction condition for tea polyphenols. After preparing the tea polyphenols, tea residue was used to prepare activated carbon. Absorption efficiency of tea polyphenols and activated carbon to copper ion in water was detected. [Result] The optimal extraction conditions for tea polyphenols were as follows: 1∶30 solid-liquid ratio, 97 ℃ extraction temperature, 20 min extraction time. Complexation precipitation ability of tea polyphenols to copper ion was 38.50 mg/g. Activated carbon also had certain adsorption to copper ion with the adsorption capacity being 2.64 mg/g. [Conclusion] Tea polyphenols extracted from the waste tea in tea garden and the activated carbon in tea residue have relatively strong scavenging action. This method provides

for the cyclic utilization of waste tea resources in tea garden.

Waste tea in tea garden; Tea polyphenols; Activated carbon; Copper ions; Recycling

貴州省科學(xué)技術(shù)基金(黔科合J字[2014]2002號)；貴州省科技計劃項目(黔科合重大專項字[2013]6006-3號)。

石艷梅(1965- )，女，遼寧葫蘆島人，特級教師，從事化學(xué)教學(xué)及植物開發(fā)的研究。

2016-08-10

S 181

A

0517-6611(2016)24-064-02