重熔糖浆的脱色是制糖过程中最关键的一步，直接影响到精制糖的质量。吸附是一种有用的方法，可用于使糖浆脱色。广西大学与澳大利亚布里斯班昆士兰科技大学合作共同制备了季铵官能化的壳聚糖(CS)/氧化石墨烯 (GO) 复合气凝胶(GO-QACSA)作为一种有效的绿色吸附剂，用于去除高分子量还原糖碱性降解产物（HRSADPs），这是重熔糖浆中的主要着色剂。
气凝胶因其具有低密度、高比表面积和大孔隙率等独特特性而备受关注。气凝胶已广泛应用于许多领域，如药物输送、组织工程、催化剂载体和电化学。 它也被用于制造吸附剂。CS基气凝胶可有效应用于糖精制领域，对重熔糖浆进行脱色。引入的目标功能（季铵）基团可以很容易地电离，形成带正电的季铵离子，可以在适合（中性）加工糖汁的 pH 值下有效吸附带负电的着色剂。GO是一种富氧碳质层状材料。由于它可以用作有效的吸附剂，因此受到了相当多的关注。它的高吸附能力可归因于从层中突出的大量氧原子的存在。氧原子存在于基面和片材边缘的环氧基、羟基和羧基中。GO嵌入CS基气凝胶中形成均质体系有助于丰富气凝胶的孔隙结构并提高聚合物复合材料的强度。因此，可以有效提高气凝胶作为脱色剂的效率。
GO-QACSA去除HRSADPs的优势可归因于其良好连接的 3-D 网络状多孔结构、无毒、高亲水性和丰富的季铵基团。GO-QACSA对HRSADPs的平衡吸附容量达到364.09 mg/g，去除率>90%。GO-QACSA 表现出超快的吸附速率。回收实验表明GO-QACSA表现出良好的可再生性和可重复使用性。作者研究了HRSADP在GO-QACSA上吸附的相互作用机制，结果表明两层HRSADPs通过季铵基和羧酸根基团之间形成的电价键粘附在GO-QACSA表面。一个 HRSADP 分子中的 2-3 个羧酸根离子平均与 GO-QACSA 的季铵阳离子键合。基于最佳拟合平衡等温线，作者提出了四种现象学数学模型，即外部传质阻力 (EMTR)、内部传质阻力 (IMTR)、EMTR-IMTR 组合和活性位点吸附 (AAS)。这些模型可用于为系统的吸附传质行为提供新的见解。
图2，(a)叶子上的 CSA、QACSA 和 GO-QACSA。(b) CSA、QACSA、GO-QACSA 和 GO-QACSA/HRSADP 的 SEM 显微照片。(c) CSA、QACSA、GO-QACSA 和 GO-QACSA/HRSADP 中 C、N、O 和 Cl 的 EDX 元素映射图像。
图 4。(a) GO、CS、QACSA 和 GO-QACSA 的 XRD 谱。(b) CSA、QACSA 和 GO-QACSA 的失重曲线。(c) CS、GO、GO-QACSA 和 GO-QACSA/HRSADP 的 FTIR 光谱。(d) QACS 的 C1s、(e) O1s 和(f) N1s 光谱。(g) GO-QACSA 的C1s、(h) O1s 和(i) N1s 光谱。(j) GO-QACSA/HRSADPs 的C1s、(k) O1s 和(l) N1s 光谱。(m) HRSADPs 的C1s 和(n) O1s 光谱。(o)与不同浓度的 CS、GO-QACSA 和苯乙烯基树脂提取物孵育后的细胞活力。
图 8。(a) GO-QACSA吸附前后HRSADP溶液在420 nm 处的色谱图。HRSADP溶液(b)在被GO-QACSA吸附之前和(c)之后的FEEM 光谱。(d) GO-QACSA吸附5和30分钟前后HRSADP溶液的照片。(e) GO-QACSA再生循环对吸附平衡时 HRSADP 去除效率的影响。(f)离子强度的影响对 GO-QACSA 在吸附平衡时的 HRSADP 去除效率。(g)在吸附平衡时蔗糖浓度对 GO-QACSA 的 HRSADP 去除效率的影响。在吸附平衡下，GO-QACSA 剂量对(h)类黑素和(i)焦糖去除的影响。(j)Langmuir、Freundlich 和 MLA 对 HRSADP 吸附到 GO-QACSA 的描述建模。
相关论文以题为High-performance quaternary ammonium-functionalized chitosan/graphene oxide composite aerogel for remelt syrup decolorization in sugar refining发表在《Chemical Engineering Journal》上。通讯作者是广西民族大学李文博士。
参考文献：
doi.org/10.1016/j.cej.2021.132575
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