纳米级硅酸盐的改性及对玉米赤霉烯酮、维生素和矿物质的吸附作用研究

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纳米级硅酸盐微粒用阳离子表面活性剂(CTT)改性处理后,分别用红外光谱、电镜扫描、X衍射和原子力显微镜进行表征。红外光谱表征发现,改性处理后的纳米级硅酸盐微粒高频区3436cm-1处的层间水分子伸缩振动峰变宽,而3622cm-1处的Al-OH伸缩震动几乎消失;中频区2926cm-1和2854cm-1处出现了与CTT振动峰特性一致的-CH-对称与反对称伸缩震动峰。中频区1031cm-1处水的不对称伸缩振动、低频区晶格弯曲振动带中913cm-1处的Al-O(OH)-Al平移振动和519cm-1处Si-Mg震动,均没有发生明显变化,表明硅酸盐微粒在层间域内成分发生了变化,但基本骨架结构未变。X衍射显示硅酸盐微粒经处理后层间d(001)值由原来的14.9678增大到15.8684,表明CTT离子已经插入到硅酸盐的层间结构中。电镜扫描显示,未处理的纳米级硅酸盐微粒成团聚状,粒径较大,处理后的聚合体成鳞片状堆叠,粒子成分散性较高的云雾状集合体。原子力显微镜下,改性处理前后微粒均在100纳米以下,达到纳米级要求。模拟家畜体内环境,对玉米赤霉烯酮(ZEA)进行体外吸附试验。振荡时间对吸附ZEA的影响:在浓度为10ug/ml,pH为5.6的条件下,37℃摇床120r/min振荡,水改性处理的材料对ZEA的吸附在30min即可达到平衡量5.31mg/g,而未处理组在90min后仍有波动。材料用量对吸附ZEA的影响:水改性处理组随着吸附材料量的增加,对溶液中ZEA的吸附量逐渐增大,当用量增加到100mg时,吸附趋于平衡,继续增加吸附剂,吸附量增加不明显。对照组随着添加量的增加一直有缓慢上升的趋势。溶液pH值对吸附ZEA的影响:在pH(1~10)范围内,水改性处理后的材料对ZEA的吸附量在pH10时达到最高8.4mg/g,pH1时吸附量只有4.0mg/g;乙醇处理组在pH1和pH10的吸附量都较大分别是7.2mg/g和7.5mg/g,而对照组也在pH10达到最大1.29mg/g。在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃六个温度下检测温度对吸附ZEA的影响:水改性处理的硅酸盐对ZEA的吸附量在60℃时达最大6.20mg/g,乙醇处理的硅酸盐吸附量在60℃时达最大5.36mg/g,而对照组在50℃时达最大1.29mg/g。震荡速度对吸附的影响:水处理组在200r/min时达到最大吸附量6.37mg/g,乙醇处理组在300r/min时达到最大吸附量5.43mg/g,对照组在350r/min时达到最大吸附量1.38mg/g。改性纳米级硅酸盐-ZEA复合物的解吸试验表明:ZEA和改性材料形成的复合物相当稳定,在pH7时最大解吸率只有5.8%,而对照组的解吸率较大,pH1时达26%;用甲醇、水和三氯甲烷进行解吸,解吸率分别为1.00%、0.80%和3.90%,都在4%以下,表明形成的复合物非常稳定。选择性吸附:水处理组中对ZEA的吸附量和添加Ca2+、Fe3+、Fe2+、VE、Lys几种离子对ZEA的吸附量分别是6.80mg/ml、6.79mg/ml、6.81mg/ml、6.78mg/ml、6.82mg/ml、6.81mg/ml,与对照组相比差异不显著(p>0.05)。用Langmuir等温公式分析:Cr/Ca=(Cr/K1)+(1/K1K2)对所测曲线进行回归处理,得到的线性方程如下:水处理组:y=0.7839x-0.3625,R2=0.9902,最大吸附量7.4665mg/g;乙醇处理组:y=0.7318x-0.3899,R2=0.9830,最大吸附量6.9280mg/g;对照组:y=0.0456x+0.1024,R2=0.9567,最大吸附量0.5584mg/g。以水改性处理的材料为代表进一步研究改性处理后对维生素和矿物质离子的吸附情况。对B2、C、VA、VE四种维生素的吸附研究发现:处理组溶液中B2、VA、VE含量与对照组相比,分别降低了0.82%、0.04%、0.02%,差异不显著(P>0.05),VC降低了7.06%,差异显著(P<0.05)。对脂溶性的VA、VE用甲醇作溶剂研究发现:处理组与对照组相比分别降低了0.07%和0.36%,差异不显著(P>0.05)。研究pH对吸附维生素的影响:在pH5和pH11的溶液中,处理后的纳米级硅酸盐微粒对四种维生素的相对吸附量都较少,在pH3和pH9时相对吸附量较大。对Na+、K+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mg2+、Fe2+的吸附情况表明处理组与对照组差异不显著(P>0.05)。研究pH对离子吸附的影响:在pH<7的条件下,处理前后的硅酸盐纳米微粒对Na+、K+、Ca2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+、Mg2+几种离子的吸附能力均随pH值的减小而降低。当pH>7时,溶液中Na+、K+两种离子的含量随pH值的增加而增加,而且这种差异显著(p<0.05)。
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