芹菜素提取及芹菜渣基功能碳材料的制备与应用

摘要

社会生产力的不断提高，使得人类社会经济活动类型更加多样，产生的废弃资源也变得多样繁杂，这些废弃物不仅对自然生态环境造成严重污染，更对人类的生存和发展产生威胁。废弃物再利用不仅可以减轻其对环境的污染，更可以作为一种新的资源创造新价值。基于芹菜中含有丰富的活性成分及丰富的纤维成分，将对其进行高附加值的再利用。 本文以废弃芹菜为原料用热回流法通过单因素实验与正交实验进行芹菜素的提取工艺筛选，得到芹菜素提取的最佳工艺为，料液比1∶10，乙醇浓度为50%(wt)，提取温度80℃，提取3次，每次提取3h。在最佳工艺条件下芹菜素得率可达到2.78%，通过提纯工艺可以使得芹菜素纯度从6.6%提高到12.4%，利用提取所得的芹菜提取物与芹菜素标品分别进行抗自由基活性对比实验，发现芹菜提取物对自由基的清除率微逊于芹菜素标品但仍然具有明显的清除效果，芹菜提取物对羟基自由基、DPPH自由基、超氧自由基具有较强的清除作用，其IC50值分别为0.080mg/mL、0.067mg/mL、0.083mg/mL。 以提取完芹菜素的芹菜渣为原料，通过化学活化法以及静电纺丝法制备活性炭材料与碳纳米纤维材料。活性碳的最佳制备工艺为：活化温度800℃，活化时间2h，升温速率5℃/min，扩孔剂选择氢氧化钾，活化剂比例KOH∶C为1∶3。此时碳材料含氮量1.93%，含氧量9.52%，比表面积可达364.27m2/g，其比电容可达167F/g，充放电1000次比电容保持率92.2%。碳纳米纤维的最佳制备工艺为：纺丝原料选择羧基化后的芹菜渣RCS，纺丝比例选择RCS∶PAN的质量比为1∶9，活化比例选择草酸锌：总碳的质量比为1∶5。此时碳纳米纤维材料的比电容可达276F/g，充放电1000次比电容保持率85.1%。 利用静电纺丝法掺杂钴、镍、锰等金属制备功能碳纳米纤维作为催化剂，催化降解染料废水进行研究。对不同金属掺杂碳纳米纤维做催化剂进行研究，发现钴掺杂碳纳米纤维光降解甲基橙染料的催化效率最高，钴的掺杂量为1∶10，催化剂用量10g/L时，反应4h其清除率可达79.71%，通过金属复配，发现钴、镍、锰复合金属掺杂碳纳米纤维材料制备的光催化剂降解效率最高，金属掺杂量为1∶10，催化剂用量7g/L，反应100min清除率可达90.79%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 芹菜素的提取及应用

1.2.1 芹菜素的功效

1.2.2 黄酮提取的研究进展

1.3 生物质基碳材料的研究进展

1.3.1 生物质基活性炭材料的研究进展

1.3.2 生物质基碳纤维材料的研究进展

1.4 光催化技术

1.4.1 光催化材料及其作用机理

1.4.2 催化载体的辅助作用

1.4.3 光催化材料进展

1.5 课题研究意义及主要研究内容

第2章 芹菜素的提取及抗自由基活性研究

2.1 引言

2.2.1 实验原料与药品

2.2.2 仪器与设备

2.2.3 芹菜素提取提纯实验

2.3 芹菜素提取结果与分析

2.3.1 芹菜素提取的单因素实验

2.3.2 芹菜素提取的正交实验

2.3.3 重现性实验

2.3.4 芹菜浸膏纯化实验

2.4 芹菜提取物抗自由基实验研究

2.4.1 抗自由基原理与方法

2.4.2 样液的制备与实验

2.4.3 抗自由基活性测定

2.4.4 抗羟基自由基活性实验

2.4.5 抗DPPH自由基活性实验

2.4.6 抗超氧自由基活性实验

2.5 本章小结

第3章 芹菜渣基炭材料的制备

3.1 引言

3.2 实验材料与方法

3.2.1 实验原料

3.2.2 仪器与设备

3.2.3 实验原理与方法

3.3 碳材料表征及分析

3.3.1 化学物理活化法法制备活性炭工艺

3.3.2 芹菜基碳纳米纤维制备工艺

3.3.3 活性炭与碳纳米纤维结构比较

3.3.4 活性炭与碳纳米纤维电化学性能比较

3.4 本章小结

第4章 功能碳纳米材料制备及其光降解性能研究

4.1 引言

4.2 实验材料与方法

4.2.1 实验材料

4.2.2 实验方法

4.3 结果分析

4.3.1 材料表征

4.3.2 不同催化剂催化效果比较

4.3.3 原料配比对催化效果的影响

4.3.4 催化剂用量对催化效果的影响

4.3.5 金属复配催化效果比较

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文