应用层状双金属氢氧化物(LDHs)降低砖茶氟含量及生物氟源再生的研究

摘要

本论文利用层状双金属氧化物(LDHs)对氟离子高效吸附的特性，根据不同金属组成的水滑石性质特点，自制合成镁铝和锌铝两类水滑石(MAO和ZAO)，并将其添加到NaF、砖茶茶汤、氟-茶多酚(F-TPs)等溶液体系中，运用单因素和正交试验设计，研究LDHs降低砖茶氟的关键技术，对茶汤品质的影响及茶氟分离的条件。通过本论文的研究，明确ZAO-LDHs吸附茶汤中氟的效果和最佳条件；阐明其对茶叶主要成分和茶汤品质的影响；明确以茶叶为原料提取再生生物氟源的最佳条件；并阐明ZAO-LDHs的形态、组成、结构与茶汤品质的关系。为解决饮茶型氟中毒的潜在风险、缺氟地区的安全氟资源途径以及氟污染水净化等问题提供理论与实践依据。
　　 主要结果如下：
　　 1.结合氟的有效离子半径、电性、电价、茶汤适宜pH值等理化性质，利用共沉淀法并经过一系列的处理，构建出对氟具有选择性吸附的锌铝复合氧化物，并且通过高温焙烧，制得焙烧态的ZAO。通过SEM、XRD、AFM表征表明ZAO为层状水滑石，并且在吸附氟前后结构发生改变，并推测这种结构的变化可能是由于F-被吸附进入ZAO层间结构，而引起颗粒膨胀所致。
　　 2.ZAO在氟化钠溶液中对F的吸附性能受到吸附时间、温度、浓度和pH值等因素的影响。通过单因素试验筛选出最优吸附参数为：ZAO0.3g，pH=5，温度为60℃，时间为2h。在此条件下，溶液中F的去除率达到66.04％，吸附量为16.67mg/g。
　　 3.在茶汤体系中，考察ZAO对F吸附性能和对茶汤品质的影响。通过正交试验筛选最优吸附条件是ZAO0.2g，pH=5，温度为50℃，时间为45min。添加ZAO吸附氟离子后，茶汤中茶多酚含量显著降低，氨基酸、咖啡碱含量变化不大；茶黄素含量略有降低；茶红素含量略有升高；茶褐素含量显著增加。
　　 4.构建F-TP模型考察ZAO对TP影响。ZAO添加量为0.3g时，TP含量降低28.4％，抗氧化活性降低18.63％，说明TP在减少的同时有其他抗氧化物质形成。ZAO对茶多酚的影响主要是对EGC、EGCG、GCG、ECG单体的影响。
　　 5.ZAO解吸试验结果表明，在极酸和极碱性条件下，F快速解吸，但随着时间的延长，各个pH条件下，F-的解吸率都能达到较高的状态，其最优解吸条件为pH=2，解吸时间3h，解吸率为77.69％。茶汤氟解吸率最高达到75.30％，这些结果可以为从茶汤中分离茶氟提供依据。