彭曉夏，崔涇潔，逯曉青，張麗波，耿春春，弓 強，楊李陽，竇志芳

（山西中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院，山西晉中 030619）

重金屬在自然環(huán)境中普遍存在，特別是工業(yè)排放的廢水中往往含有大量的重金屬離子。眾所周知，重金屬如 Hg、Pb、Cr、Ni、Cu、Cd、Zn等在生物體內容易積累，被人體吸收后超過所適應的濃度時，不同元素間固有的比例被破壞，會對人體的健康產(chǎn)生危害[1]。隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，向環(huán)境中釋放的Pb2+不斷增加，由于其毒性、在食物鏈中的富集作用和在生態(tài)系統(tǒng)中的持久性，對環(huán)境和公眾健康構成了極大的威脅[2]。過量重金屬進入人體后，將導致機體器官受損，引發(fā)心血管疾病，產(chǎn)生慢性或急性中毒，且重金屬中毒對人體的危害是多器官、多系統(tǒng)、多指征、終生不可逆的[3]。

重金屬污染防治一直是國際環(huán)保界的難點和研究熱點，多年來已發(fā)展出若干技術，如過濾、化學沉淀、吸附、電沉積和膜處理系統(tǒng)等[4]。但是這些方法都有其固有的優(yōu)點和局限性，在處理重金屬超標廢水時，大多數(shù)方法或比較昂貴，或效率較低，至今尚未找到普適有效的治理方法[5]。如何消除重金屬的危害并有效地回收貴重金屬是當今環(huán)境保護工作面臨的突出問題。近年來，聚合物與重金屬離子結合的研究成果顯著，已廣泛應用于核化學、電化學、濕法冶金和環(huán)境保護等領域，其作用原理主要是利用聚合物分子的三維結構來螯合去除重金屬離子[6]。應用這種方法，有毒的重金屬離子被去除，無害的離子被釋放到環(huán)境中。最好的螯合金屬離子的材料是生物聚合物，如纖維素[7]、海藻酸鹽[8]、殼聚糖[9]和果膠[10]等，主要來源于農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，具有來源廣、成本低、天然無毒等特點，在重金屬污染廢水處理中很有吸引力，具有廣闊的應用前景。

果膠（pectin）是廣泛存在于高等植物中的一種酸性離子多糖，主要由D-半乳糖醛酸殘基（D-GalA）通過α-（1→4）糖苷鍵連接構成[11-12]。果膠作為食品添加劑（凝膠劑、增稠劑、乳化劑和穩(wěn)定劑）[13-15]和藥用輔料[16]，已廣泛應用于食品和醫(yī)藥行業(yè)。果膠分子中GalA的羧基有不同程度的甲酯化修飾，根據(jù)甲酯化度（Degree of Methylation，DM）的不同可將果膠分為高酯化果膠（HMP）和低酯化果膠（LMP）[17]。與HMP相比，LMP對Pb2+等重金屬離子的親和力更大[18]。但是，目前商品LMP主要是由酸或堿處理HMP生產(chǎn)而來，不僅產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高，而且在反應過程中很容易造成果膠分子的降解，影響其性能。向日葵是我國重要的油料作物，脫籽后的向日葵盤作為農(nóng)業(yè)廢料常被丟棄或焚燒，不僅會污染空氣，還會造成資源的浪費。成熟的向日葵盤中富含天然的低酯化果膠，含量高達15%～25%[19]。本論文首次研究了農(nóng)業(yè)廢棄物向日葵盤中的低酯化果膠對重金屬離子Pb2+的吸附性能，摸索果膠吸附Pb2+的最佳條件。大規(guī)模應用該果膠吸附去除工業(yè)廢水中的重金屬離子，不僅能夠充分利用自然資源、避免大量焚燒農(nóng)業(yè)廢料造成環(huán)境污染，還將為吸附、回收重金屬離子提供一種安全穩(wěn)定有效的新型方法，具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

向日葵盤 購自山西省五寨縣；鉛標準儲備液由國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院提供；0.22 μm 針頭濾器（JET），Pb（NO3）2、HCl、NaOH、NaCl、CaCl2、草酸、乙醇等其他試劑 均為國產(chǎn)分析純。

2zebuit700P 型火焰原子吸收分光光度計 德國耶拿分析儀器股份公司；PHS-3C酸度計 杭州雷磁分析儀器廠；HSS-1數(shù)字式超級恒溫水浴槽 上海精宏實驗設備有限公司；十功能自動煎藥機 北京東華原醫(yī)療設備有限責任公司；ZMF-320G 多級閃蒸儀 河南智晶生物科技發(fā)展有限公司；LC-4012低速離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；HC-2062高速離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 向日葵盤低酯化果膠的提取 按照課題組前期[20-22]優(yōu)化確定的方法，提取向日葵盤低酯化果膠LAHP。具體操作簡述如下：稱取干燥的向日葵盤250 g，切成小塊后加水浸泡過夜，棄去上清，加入5 L 0.2%草酸，80 ℃提取1 h，120目尼龍布過濾，收集濾液，再向濾渣中加入5 L 0.2%草酸重復提取一次，收集濾液。將兩次提取的濾液合并，濃縮至1 L左右，離心（4500 r/min，15 min），取上清進行乙醇沉淀：邊攪拌邊加入4倍體積的95%乙醇，使溶液中乙醇濃度達 80% 左右，靜置 4 h，離心（4500 r/min，15 min），收集沉淀。向沉淀中加入1 L蒸餾水復溶，離心（4500 r/min，15 min），取上清，用同樣的方法再次醇沉，收集沉淀。將沉淀依次用95%乙醇和無水乙醇洗滌2次后，置于真空干燥箱中室溫干燥，得淡棕色粉末狀果膠樣品LAHP。

1.2.2 向日葵盤低酯化果膠的質量分析 按照中華人民共和國國家標準（GB 25533-2010）對食品添加劑果膠的質量要求[23]，依次測定向日葵盤低酯化果膠LAHP的干燥失重、灰分、酸不溶灰分、總半乳糖醛酸、甲酯化度、重金屬Pb的含量。

1.2.3 向日葵盤低酯化果膠的結構分析 采用酸水解-PMP衍生化-HPLC檢測的方法，測定LAHP的單糖組成[22]。取2 mg果膠樣品依次用1 mL 1 mol/L的鹽酸-甲醇溶液80 ℃水解反應16 h、0.5 mL 2 mol/L三氟乙酸（TFA）120 ℃水解反應1 h，加入無水乙醇，60 ℃水浴蒸干。向水解產(chǎn)物中加入0.5 mL 1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）溶液和 0.5 mL 0.3 mol/L NaOH溶液，充分溶解，70 ℃水浴反應30 min。離心（10000 r/min，5 min），取上清，并向其中加入 0.05 mL 0.3 mol/L HCl溶液和0.05 mL蒸餾水，振蕩混勻，加入1 mL三氯甲烷，萃取除去過量的PMP，水層用0.22 μm濾膜過濾，備測。應用高效液相色譜系統(tǒng)（HPLC）測定LAHP的單糖組成：取10 μL樣品上樣于DIKMA Inertsil ODS-3色譜柱（4.6 mm×150 mm），選擇Shimadzu HPLC系統(tǒng)（SPD-10AVD紫外光檢測器），檢測波長為245 nm，流速為1.0 mL/min，流動相為乙腈:PBS=17.5:82.5（V/V）。

應用傅里葉變換紅外光譜法（FT-IR）檢測LAHP在400～4000 cm-1范圍內的紅外吸收光譜。

應用高效凝膠滲透色譜法（HPGPC）分析LAHP的分子量及其分布情況[21]。將0.22 μm濾膜過濾后的20 μL 4 mg/mL果膠溶液上樣于TSK-gel G-4000 PWXL色譜柱，流動相為 0.2 mol/L NaCl，流速為0.5 mL/min，檢測系統(tǒng)為 Shimadzu LC-10ATVP高效液相色譜，采用RID-10A示差折射檢測器進行檢測，Shimadzu CLASS-Vp工作站進行數(shù)據(jù)處理和分析。

1.2.4 向日葵盤低酯化果膠吸附鉛離子的實驗研究

1.2.4.1 果膠用量對LAHP吸附鉛離子性能的影響 用超純水溶解Pb（NO3）2配制成Pb2+濃度為22 mg/L的溶液，備用。移取10 mL Pb2+溶液于燒杯中，并向各燒杯中加入10 mL不同濃度的LAHP溶液，使果膠的終濃度分別為 5、10、15、20、30、40、50、60、70、80和 100 mg/L。用 0.5 mol/L HCl或 NaOH調節(jié)溶液 pH 至 6.0，30 ℃ 恒溫攪拌（200 r/min）40 min。吸附結束后，采用0.45 μm水系濾膜過濾，取濾液稀釋，用原子吸收分光光度計測定溶液中Pb2+的含量，并計算LAHP對Pb2+的平衡吸附量Qe和Pb2+的去除率β。

1.2.4.2 pH對LAHP吸附鉛離子性能的影響 移取1.2.4.1中配制的Pb2+溶液10 mL于燒杯中，加入60 mg/L LAHP溶液 10 mL，并用 0.5 mol/L HCl或NaOH調節(jié)溶液 pH 至 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0 和 10.0，30 ℃ 恒溫攪拌（200 r/min）40 min。吸附結束后，用0.45 μm濾膜過濾，取濾液，稀釋，用原子吸收分光光度計測定溶液中Pb2+的含量，并計算LAHP對Pb2+的平衡吸附量Qe和Pb2+的去除率β。

1.2.4.3 溫度對LAHP吸附鉛離子性能的影響 移取1.2.4.1中配制的Pb2+溶液10 mL于燒杯中，加入60 mg/L LAHP溶液 10 mL，采用 0.5 mol/L HCl或NaOH調節(jié)溶液pH至8.0，分別于不同溫度（20、30、40、50、60 和 80 ℃）下恒溫攪拌（200 r/min）40 min。吸附結束后，采用0.45 μm濾膜過濾，取濾液，稀釋，應用原子吸收分光光度計測定溶液中Pb2+的含量，并計算果膠對Pb2+的平衡吸附量Qe和Pb2+的去除率β。

1.2.4.4 干擾離子對LAHP吸附鉛離子性能的影響 移取1.2.4.1中配制的Pb2+溶液10 mL于燒杯中，分別添加不同濃度的干擾離子（離子種類：Na+、Ca2+，干擾離子與Pb2+的質量濃度比分別為1:0.5、1:1和1:2），并加入 10 mL 60 mg/L的 LAHP溶液，采用0.5 mol/L HCl或 NaOH溶液調節(jié) pH至 8.0，30 ℃恒溫攪拌（200 r/min）40 min。吸附結束后，用 0.45 μm濾膜過濾，取濾液，稀釋，用原子吸收分光光度計測定溶液中Pb2+的含量，并計算果膠對Pb2+的平衡吸附量Qe和Pb2+的去除率β。

1.2.4.5 平衡吸附量Qe和Pb2+去除率β的計算

a.平衡吸附量Qe的計算

按照下述公式（1）計算各實驗組中LAHP對Pb2+的平衡吸附量Qe[24]。

式中，Qe為吸附達平衡時果膠對Pb2+的吸附量（mg/g）；V 為加入 Pb2+溶液的體積（L）；C0為吸附前溶液中Pb2+的初始濃度（mg/L）；Ce為吸附平衡后溶液中Pb2+的濃度（mg/L）；m為果膠的用量。

b.Pb2+去除率β的計算

按照下述公式（2）計算各實驗組中Pb2+的去除率β[25]。

式中，β為果膠處理后，Pb2+的去除率（%）；C0為吸附前溶液中Pb2+的初始濃度（mg/L）；Ce為吸附平衡后溶液中Pb2+的濃度（mg/L）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用Origin-Pro 8.0軟件進行作圖，實驗數(shù)據(jù)以“平均值±標準偏差”（Mean±SD）表示。組間分析采用t檢驗，P＜0.05表示兩組之間具有顯著性差異，P＜0.01表示兩組之間具有極顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 向日葵盤低酯化果膠的提取及質量分析

從向日葵盤中提取得到淡黃褐色絮狀果膠樣品（LAHP），得率為14.68%±0.76%。按照國家質量標準對食品添加劑果膠的要求，對LAHP進行質量分析，結果如表1所示。從表1中可以看出，LAHP的各項指標均達到了國家質量標準的要求。其中，灰分含量為3.21%±0.17%，低于采用六偏磷酸鈉溶液提取獲得的果膠的灰分含量[26-27]；總半乳糖醛酸的含量高達86.34%±4.25%，與文獻[28-29]中的結果一致；而甲酯化度為23.93%±1.57%，說明LAHP為天然的低酯化果膠。因此，向日葵盤是一種天然低酯化果膠的優(yōu)質來源，采用草酸溶液提取法可以獲得收率較高、品質較好的天然低酯化果膠。

表1 向日葵盤低酯化果膠的質量分析Table 1 Quality analysis of low methoxyl pectin from sunflower heads

2.2 向日葵盤低酯化果膠的結構分析

單糖組成分析顯示，LAHP主要由半乳糖醛酸（GalA，86.34%）組成，與質量分析的結果一致，此外，還含有少量的鼠李糖（Rha，6.5%）、半乳糖（Gal，2.5%）和阿拉伯糖（Ara，3.6%），其中Rha與GalA的比值為0.074，推測LAHP的結構主要為同型半乳糖醛酸聚糖（Homogalacturonan, HG）。而且，LAHP中不含有葡萄糖（Glc），說明在提取過程中沒有混入纖維素和淀粉樣葡聚糖等雜質，進一步證明該提取方法能夠獲得質量較好的向日葵盤果膠。采用FT-IR分析LAHP的結構特征，結果如圖1所示。LAHP分別在3400和2800 cm-1處有羥基的伸縮振動特征吸收峰和C-H的伸縮和彎曲振動吸收峰[30]，在1740和1610 cm-1處的吸收峰分別對應于酯化羧基和游離羧基的伸縮振動特征峰[31]。而且1740和1610 cm-1處的峰面積比與果膠分子中酯化羧基和游離羧基的數(shù)目之比正相關[32]，即果膠的甲酯化度與A1740/（A1740+A1610）成正比。據(jù)此推測LAHP的甲酯化度為25%，與質量分析得到的結果相符，此結果稍低于應用草酸銨提取的向日葵盤果膠[28-29]，稍高于應用檸檬酸鈉提取的向日葵盤果膠[33]。因此，采用本文的提取方法能夠獲得向日葵盤中的天然低酯化果膠。

圖1 向日葵盤低酯化果膠的紅外光譜圖Fig.1 FT-IR spectra of the low methoxyl pectin from sunflower heads

采用HPGPC分析LAHP的分子量，結果如圖2所示。LAHP呈分布范圍較寬的吸收峰，最高吸收值出現(xiàn)在15.42 min處，根據(jù)標準右旋葡聚糖校準的曲線計算LAHP的分子量為257 kDa。此結果低于草酸銨提取的向日葵盤果膠的分子量（605.6 kDa）[29]，高于六偏磷酸鈉溶液提取的果膠（39～52 kDa）[26]和亞臨界水萃取法提取的果膠（11.5 kDa）[34]，而與檸檬酸鈉提取獲得的果膠（256.40 kDa）[33]基本一致。這可能是因為向日葵盤的來源和貯藏時間以及提取溶液、溫度等條件均會影響果膠的分子量。

圖2 HPGPC分析LAHP的分子量分布Fig.2 HPGPC elution profiles of LAHP on TSK-G4000 column

2.3 向日葵盤低酯化果膠吸附鉛離子的研究

吸附劑的用量、溶液pH、吸附溫度及干擾離子等條件均會影響LAHP對重金屬離子的吸附性能。本研究分析了這四種吸附因素對LAHP吸附Pb2+的平衡吸附量Qe和Pb2+去除率β的影響。

2.3.1 果膠用量對吸附鉛離子性能的影響 固定溶液中Pb2+的濃度，向其中加入終濃度不同的LAHP，分析LAHP的用量對Pb2+的吸附量Qe和去除率β的影響，結果如圖3所示。隨著LAHP用量的增加，LAHP對Pb2+的吸附量先增加后減少，而Pb2+的去除率β則先逐漸增加后保持不變，當LAHP的添加量為30 mg/L 時，Pb2+的吸附量最大，為 44.57±2.50 mg/g。這可能是因為隨著果膠用量的增加，LAHP與Pb2+的接觸面積不斷增加，果膠的活性吸附點也不斷增加，但Pb2+的量不變，使得單位質量的果膠吸附Pb2+減少，所以吸附量不斷降低[35]。因此，從節(jié)約資源的角度考慮，LAHP吸附水溶液中Pb2+（11.0 mg/L）的最佳用量為30 mg/L。

圖3 果膠添加量對Pb2+吸附量Qe和去除率β的影響Fig.3 Effects of LAHP dosage on the Pb2+ adsorption Qe and the removal rates β

2.3.2 溶液pH對果膠吸附鉛離子性能的影響 溶液的pH對果膠吸附重金屬的性能影響較大，一方面會影響金屬離子的存在形式，另一方面會影響吸附材料表面官能團的結構和電荷情況，圖4顯示了LAHP在不同pH溶液中對Pb2+的吸附情況。總體而言，隨著溶液pH的增加，LAHP對Pb2+的吸附性能呈先增大后減少的趨勢，在pH=8.0時達到最大吸附量。當pH小于8.0時，隨著溶液pH的升高，LAHP對Pb2+的吸附量Qe和去除率β都逐漸增加，這可能是由于pH越低，果膠分子中羧基質子化的比例越高，重金屬離子結合位點的數(shù)量就越少[18]。當pH高于8.0時，隨著pH的升高，LAHP對Pb2+的吸附性能反而降低，可能是因為堿性溶液導致果膠分子變得不穩(wěn)定，而且溶液中的Pb2+會形成不可溶的氫氧化物[36]。因此，LAHP吸附水溶液中Pb2+（11.0 mg/L）的最佳pH為8.0。

圖4 溶液pH對Pb2+吸附量Qe和去除率β的影響Fig.4 Effect of pH on the Pb2+ adsorption Qe and the removal rates β

2.3.3 吸附溫度對果膠吸附鉛離子性能的影響 在20～80 ℃溫度范圍內檢測了LAHP對Pb2+的吸附能力，結果如圖5所示。當吸附溫度低于30 ℃時，隨溫度的升高，LAHP對Pb2+的吸附量Qe和Pb2+的去除率β均迅速增加；當吸附溫度高于30 ℃時，隨溫度的升高，Qe和β的增加速率變得較為緩慢；當溫度高于60 ℃時，Qe和β幾乎不隨溫度的升高而增加。雖然當吸附溫度為60 ℃時，LAHP對Pb2+的吸附量才能達到最大值（46.10%±0.31%），但是為了節(jié)約能源，在應用LAHP吸附水溶液中Pb2+時，吸附溫度可以設置為30 ℃，此時果膠對Pb2+的吸附容量為44.57±0.25 mg/g。

圖5 吸附溫度對Pb2+吸附量Qe和去除率β的影響Fig.5 Effects of temperature on the Pb2+ adsorption Qe and the removal rates β

2.3.4 干擾離子對果膠吸附鉛離子性能的影響 實際環(huán)境污染水樣中常常是有害重金屬離子與多種陰陽離子共存的，其他的陽離子是否會影響LAHP對重金屬離子的吸附性能，也是一個需要考慮的重要問題。因此，本實驗設計向Pb2+溶液中添加干擾離子Na+和Ca2+（與Pb2+的質量比依次控制為0.5:1、1:1和2:1）以研究其對LAHP吸附Pb2+性能的影響，結果如圖6所示。Na+和低濃度的Ca2+不影響LAHP對 Pb2+的吸附性能，當 Ca2+與 Pb2+的質量比高于1:1時，LAHP對Pb2+的吸附量和Pb2+的去除率均降低，而且隨Ca2+濃度的增加，兩者的降低程度也增加。因此，推測LAHP吸附Pb2+的作用機制是利用果膠分子中的-COO-與Pb2+形成“蛋盒”絡合物結構而吸附去除Pb2+的[18]。一價的Na+不影響“蛋盒”結構的形成，因此幾乎不影響LAHP的重金屬吸附能力；而二價的Ca2+能夠與果膠分子形成“蛋盒”結構[37]，占據(jù)Pb2+的結合位點，從而導致果膠分子對Pb2+的吸附能力降低。

圖6 干擾離子對Pb2+吸附量Qe（A）和去除率β（B）的影響Fig.6 Effects of interfering ions on the Pb2+ adsorption Qe (A)and the removal rates β (B)

3 討論

果膠是一類酸性多糖，主要由D-吡喃型半乳糖醛酸（D-GalpA）通過α-1,4糖苷鍵連接構成。甲酯化度DM是果膠的重要性能指標，影響著果膠的凝膠性、流變性和增稠性等性質[32,38]，如高酯化果膠（HMP）在可溶性糖含量≥60%、pH為2.6～3.4時形成非可逆的凝膠[39]，分子間的疏水作用和氫鍵是其形成凝膠的主要作用力；而低酯化果膠（LMP）與Ca2+等二價金屬離子交聯(lián)即可形成凝膠，不受糖含量、pH的影響[40]，兩者之間的橋聯(lián)作用是其形成凝膠的主要作用力。目前，商品果膠主要是以橘皮、蘋果渣、柚皮、橙皮和檸檬皮等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物為原料提取的，這些果膠均為HMP。而商品LMP一般是由酸或堿處理HMP轉化而來，價格較高，而且容易造成果膠分子的降解、影響果膠的性能[26]。向日葵盤中富含天然的LMP[19-22,41]，但是目前脫籽后的向日葵盤常被丟棄或焚燒，不僅會污染環(huán)境，還會造成資源浪費。本論文采用草酸溶液提取、乙醇沉淀的方法提取向日葵盤中的天然低酯化果膠LAHP，收率達14.68%±0.76%。質量分析顯示，LAHP符合國家質量標準對食品添加劑果膠的各項質量要求，具有較高的安全性。結構分析顯示，LAHP的GalA含量較高、甲酯化度較低、分子量較高，是一種天然的低酯化果膠。本論文的研究不僅可以豐富商品果膠的種類和來源，還有助于充分利用自然資源、減少環(huán)境污染。

重金屬污染對公眾健康有嚴重威脅，即使在低濃度時也有很大的毒性，在食物鏈中積累增加，并在環(huán)境中穩(wěn)定存在[2]。Pb2+是工業(yè)上最常用的重金屬之一，工業(yè)廢水和土壤中的Pb2+含量不斷升高，對人民特別是兒童的健康構成了嚴重威脅。一些生物聚合物如果膠，可用于去除工業(yè)廢水中的重金屬離子[10,24-25,42]。其機理是金屬離子可以與果膠分子中作為結合位點的未酯化羧基結合形成“蛋盒”結構，而所謂的“蛋盒”結構即果膠分子中4～6個結構單元的活性羧基與一個金屬離子形成的絡合結構[43]。前人的研究證實果膠對金屬的吸附量與果膠的化學結構有關，并隨酯化度的增加而降低[42,44]。這是因為HMP中的大部分GalA殘基與甲基酯化，阻止其與金屬離子的相互作用[45]，而LMP則被認為是更有效的金屬結合劑[18]。本文選擇向日葵盤中的天然低酯化果膠LAHP作為重金屬吸附劑，并進一步研究了果膠用量、溶液pH、溫度、時間和干擾離子等吸附條件對LAHP吸附Pb2+性能的影響。吸附時間對LAHP吸附Pb2+的影響較小，在1 min時即達到最大吸附量的90%以上，這是因為低酯化果膠與金屬離子形成“蛋盒”絡合結構的速度非?？靃43]。溶液的pH對LAHP的Pb2+吸附性能影響較大，這是因為溶液的pH影響果膠分子中羧基的電離程度[46]，去質子化的羧基是Pb2+的結合位點。因此，隨著溶液pH的升高，LAHP羧基的去質子化程度增加，其對Pb2+的吸附量也隨之增加。但是pH過高會導致果膠分子的降解[47]和Pb2+不溶性氫氧化物的形成[36]。干擾離子對果膠吸附Pb2+性能的影響情況進一步證明LAHP吸附Pb2+是通過形成“蛋盒”絡合結構而實現(xiàn)的，二價的Ca2+能夠與果膠形成“蛋盒”結構[44]，從而與Pb2+競爭果膠分子中的金屬結合位點，使得果膠對重金屬的吸附量降低；而一價的Na+不與果膠形成“蛋盒”結構，不影響果膠的重金屬吸附性能。因此，本研究獲得的低酯化果膠作為重金屬吸附劑可以安全、有效地去除水體中的Pb2+。

4 結論

采用草酸溶液80 ℃提取、乙醇沉淀和常規(guī)干燥的方法從向日葵盤中提取獲得果膠LAHP，其半乳糖醛酸含量為86.34%±4.25%，酯化度為23.93%±1.57%，分子量為257 kDa，是天然的低酯化果膠。LAHP對Pb2+的吸附性能受果膠用量、溶液pH、吸附溫度及干擾離子的影響。確定了LAHP吸附Pb2+的最佳條件：果膠用量為30 mg/L（Pb2+濃度為11.0 mg/L）、溶液的 pH=8.0、處理溫度為 30 ℃，此時LAHP 對 Pb2+的吸附量為 44.57±2.50 mg/g。Na+等一價金屬離子不影響LAHP吸附Pb2+的性能，而較高濃度的二價金屬離子Ca2+等會在一定程度上影響LAHP對Pb2+的吸附能力。因此，推測LAHP除去重金屬離子的作用機制可能是Pb2+與果膠分子中的-COO-形成“蛋盒”結構而絡合除去。本文的研究為開發(fā)安全、有效的重金屬吸附劑提供了思路，具有較好的理論意義和實際應用價值。但是，本文對LAHP吸附Pb2+機制的研究還不完善，果膠分子的結構如分子量、甲酯化度、分支度等對其重金屬吸附性能的影響有待后續(xù)進一步的研究。