泡桐葉消除惡臭污染研究

　　簡(jiǎn)介
　　
　　惡臭污染已在全球范圍內(nèi)受到各國(guó)廣泛的重視，被許多國(guó)家認(rèn)為是僅次于噪聲的六大公害之一。目前廣泛采用的除臭方法主要有以下幾種類(lèi)型：香料掩蔽法、吸附法、氧化法、微生物法、等離子體法和植物提取液凈化法等。其中，利用天然植物提取液除臭技術(shù)在美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)家的研究應(yīng)用已日益成熟，而國(guó)內(nèi)在這方面的應(yīng)用研究較少。本人進(jìn)行的研究選取山西省忻州市鳳凰山植物園的泡桐樹(shù)葉為實(shí)驗(yàn)材料，經(jīng)過(guò)乙醇浸提，石油醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇依次液，液萃取、大孔樹(shù)脂柱層析分離、除臭效果檢測(cè)、黃酮成分顯色檢驗(yàn)等一系列實(shí)驗(yàn)，得出了泡桐葉中的類(lèi)黃酮物質(zhì)確實(shí)能夠消除硫化氫、氨、甲醛等惡臭有害氣體的結(jié)論。并研究了配制泡桐葉天然植物除臭劑的方法及一系列實(shí)用性實(shí)驗(yàn)，為泡桐葉的開(kāi)發(fā)利用和惡臭污染的治理提供了新的思路。
　　
　　實(shí)驗(yàn)材料與儀器
　　
　　實(shí)驗(yàn)材料與試劑
　　◇材料：泡桐葉(采自山西忻州鳳凰山植物園，經(jīng)園藝師鑒定為白花泡桐)。
　　◇提取分析試劑：乙醇(70％及95％)、石油醚60～90、三氯甲烷、乙酸乙酯、正丁醇、鹽酸、氫氧化鈉。以上試劑除70％乙醇外均為分析純。
　　◇量效關(guān)系測(cè)定試劑：0.05mE／mL酚試劑吸收液、0.1mol／L鹽酸、1％硫酸鐵銨溶液、甲醛(37％～40％)、0.05mol／L硫酸吸收液、水楊酸，酒石酸鉀溶液、0.01g／mL亞硝基鐵氰化鈉溶液、0.75mol／L氫氧化鈉溶液、0.5％次氯酸鈉溶液、氨水(25％～28％)、硫化氫吸收液(硫酸鎘，氫氧化鈉，聚乙烯醇磷酸銨)、對(duì)氨基二甲基苯胺使用液、三氯化鐵溶液、磷酸氫二銨溶液、硫化氫標(biāo)準(zhǔn)溶液等(均為分析純)。
　　
　　實(shí)驗(yàn)儀器
　　架盤(pán)藥物天平、電子天平(120g／0.001g)、電子恒溫水浴鍋、簡(jiǎn)易氣體發(fā)生器、移液管(5mL及l(fā)mL)、微量注射器(1μL)、具支試管(180mm×18mm)、硫化氫氣體檢測(cè)管(0.5～10ppm)、苯檢測(cè)管(量程為4mg／m3)、氨檢測(cè)管(量程為4mg／m3)、ZG 1手動(dòng)取樣器(100mL)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、分液漏斗(1000mL)、玻璃層析柱(1200mm×35ram)、大孔樹(shù)脂、紫外分光光度計(jì)、1cm玻璃比色杯、10mL具塞試管、10mL針筒、100mL玻璃輸液瓶(帶膠塞)、紫外光譜儀等。
　　
　　實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程
　　
　　泡桐樹(shù)葉中化學(xué)成分的提取
　　稱(chēng)取100g陰干粉碎的泡桐葉，用8倍量濃度為70％乙醇回流提取兩次，每次提取2小時(shí)，過(guò)濾、合并兩次濾液，減壓濃縮回收乙醇至無(wú)醇味得泡桐葉的提取液或減壓濃縮至干得提取物干燥粉末。
　　
　　泡桐葉提取液對(duì)硫化氫、氨等惡臭氣體的清除效果研究
　　◇制備硫化氫(H2S)水溶液。取8g硫化亞鐵(FeS)放入簡(jiǎn)易氣體發(fā)生器中，加入30mL稀鹽酸(6tool·L^-1)，將生成的硫化氫氣體通入盛有蒸餾水的細(xì)口瓶(50mL)中，制成飽和水溶液，加塞置于陰涼處待用。
　　◇制備氨水稀釋溶液。取1mL氨水試劑，加入9mL水中，密閉搖勻待用。
　　◇檢測(cè)泡桐葉提取液對(duì)惡臭氣體的除臭效果。在具支試管中加入待測(cè)的提取液，在另外的試管中加入清水作為對(duì)照樣品，然后分別加入0.1mL前面制備的硫化氫水溶液，放置適當(dāng)時(shí)間后，加塞密封，混勻，分別用硫化氫氣體檢測(cè)管檢測(cè)6支試管內(nèi)的硫化氫氣體濃度。硫化氫氣體清除率按下式計(jì)算：
　　除臭率=X-X / X ×100％
　　式中X為對(duì)照樣品管中硫化氫氣體濃度，X為樣品管中硫化氫氣體濃度。
　　檢測(cè)泡桐葉提取液對(duì)氨氣的除臭效果的方法同上，只是用1μL步驟(2)制備的氨水稀釋溶液代替上述實(shí)驗(yàn)中的硫化氫水溶液。
　　◇檢測(cè)泡桐葉提取干燥物對(duì)硫化氫氣體138d4a3846aac606cc0fea1407c8ba09896ad7a48686607d861540f49c19989b的清除效果。取0.1mL前面制備的硫化氫水溶液，分別加入6支具支試管中，在其中3支試管中分別用細(xì)線懸掛一個(gè)包有干燥提取物的紗布包，加塞密封，同時(shí)在剩余的3支試管中分別用細(xì)線懸掛一個(gè)不含干燥提取物的紗布包作為對(duì)照樣品，加塞密封。放置適當(dāng)時(shí)間后，檢測(cè)6支試管內(nèi)的硫化氫氣體濃度。硫化氫氣體清除率按上式計(jì)算。
　　檢測(cè)泡桐葉提取干燥物對(duì)氨氣的清除效果過(guò)程同上，只是用1μL步驟(2)制備的氨水稀釋溶液代替上述實(shí)驗(yàn)中的硫化氫水溶液。
　　
　　泡桐葉提取液對(duì)硫化氫、氨等惡臭氣體清除效果與時(shí)間的關(guān)系
　　◇泡桐葉提取液對(duì)硫化氫氣體清除快慢的檢測(cè)。在500mL細(xì)口瓶中加入10mL上述制備的硫化氫飽和水溶液，并加入20mL待測(cè)的泡桐葉提取液，加塞密封。每隔2min測(cè)一次硫化氫氣體濃度，直到瓶中硫化氫氣體濃度變化不明顯為止。
　　◇泡桐葉提取液對(duì)氨氣清除快慢的檢測(cè)。在500mL細(xì)口瓶中加入10μL上述制備的氨水溶液，并加入20mL待測(cè)的泡桐葉提取液，加塞密封。每隔2min測(cè)一次氨氣濃度，直到瓶中氨氣濃度變化不明顯為止。
　　
　　泡桐葉除臭化學(xué)成分篩選
　　◇泡桐葉液
　　液萃取分離。泡桐葉乙醇提取液減壓濃縮回收乙醇，加適量水得到混懸水溶液，依次用石油醚、三氯甲烷、乙酸乙酯和正丁醇分別萃取3次，每次加入與混懸水溶液等體積的各種溶劑，合并各溶劑的萃取液，減壓濃縮回收溶劑，分別得到四種溶劑的提取物浸膏和萃取后剩余物浸膏。
　　上述萃取分離所得五種膏狀物經(jīng)干燥后，按前述方法檢測(cè)除臭效果。
　　◇黃酮成分的檢測(cè)。用鹽酸
　　鎂粉法定性鑒別黃酮類(lèi)化合物。將上述分離得到的樣品少許溶于10mL乙醇中，加入少許鎂粉振搖，滴加幾滴濃鹽酸，觀察樣品溶液顏色變化。
　　
　　泡桐葉除臭有效物質(zhì)的柱層析分離
　　◇預(yù)處理大孔樹(shù)脂。
　　◇按前述提取方法取得泡桐葉的醇提取液，減壓濃縮回收乙醇，先用液液萃取的方法選出有效部分，并將有效部分回收至無(wú)有機(jī)溶劑后，再加適量水過(guò)濾，濾液緩慢滴入裝好大孔樹(shù)脂的層析柱中。依次用水、50％乙醇、75％乙醇、95％乙醇冼脫。洗脫過(guò)程中不斷用鹽酸鎂粉法檢測(cè)，將鹽酸
　　鎂粉檢測(cè)顯陽(yáng)性和未顯陽(yáng)性收集液分別合并。
　　◇除臭有效物質(zhì)的篩選。將上述所得四種洗脫液分別減壓濃縮，干燥，用稀乙醇(20％)溶解配置成1％濃度的溶液，按前述方法測(cè)定除臭效果。
　　◇除臭有效物質(zhì)中黃酮含量的測(cè)定方法如下：①制備對(duì)照品溶液；②選擇測(cè)定波長(zhǎng)；③建立標(biāo)準(zhǔn)曲線；④配制與測(cè)定樣品溶液；⑤計(jì)算三次吸光度的平均值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算每毫升待測(cè)樣品中黃酮含量。
　　
　　泡桐葉植物除臭劑研究
　　◇泡桐葉植物除臭劑的制備。500g陰干粉碎的泡桐葉，用8倍量70％乙醇回流提取兩次，過(guò)濾、合并兩次濾液，減壓濃縮回收乙醇。加適量水過(guò)濾后的濾液用大孔樹(shù)脂做柱層析分離。將收集到的冼脫液減壓濃縮回收乙醇并制成千粉，即為泡桐葉天然植物除臭劑的原料，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“泡桐葉除臭劑”。
　　◇泡桐葉植物除臭劑應(yīng)用實(shí)例。在廁所、垃圾箱、有人吸煙的房間、冰箱、雞舍等地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，用噴霧或直接放置的方法將除臭劑放入環(huán)境中，對(duì)比效果。
　　◇研究泡桐葉除臭劑的量
　　效關(guān)系——以甲醛清除測(cè)定過(guò)程為例。①用六種不同比例的甲醛和泡桐葉除臭劑混合后，放置20分鐘；②從6個(gè)瓶中分別抽取100mL瓶中甲醛氣體，緩慢注入10mL具塞試管中的5mL吸收液中；③上述試管中加入0.4mL 1％硫酸鐵銨溶液，搖勻后放置15分鐘；④用紫外分光光度計(jì)測(cè)定各管中溶液的吸光度Am值。⑤重復(fù)上述步驟2次，記錄并計(jì)算同組的吸光度平均值。
　　用類(lèi)似的方法也測(cè)量了泡桐葉除臭劑對(duì)氨氣和硫化氫的量
　　效關(guān)系。
　　
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　
　　 對(duì)硫化氫氣體除臭率為91％。
　　對(duì)氨氣的除臭率為93％。
　　泡桐葉提取液對(duì)硫化氫和氨氣的清除效果分別在17min和8min達(dá)到最大并趨于穩(wěn)定。
　　在乙酸乙酯相中和正丁醇相中有黃酮存在，其他相中未見(jiàn)黃酮。
　　乙酸乙酯相和正丁醇相有除臭效果，而且效果顯著。其他相沒(méi)有除臭效果。
　　只有50％乙醇相中含有黃酮。
　　對(duì)大孔樹(shù)脂柱層析分離后的各洗脫相進(jìn)行了去除硫化氫氣體的效果檢測(cè)，50％乙醇洗脫相得到的硫化氫氣體濃度最低
　　用蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算后得知除臭有效成分的干粉中含有91.74％的黃酮。
　　在公共廁所、垃圾桶、有人抽煙的房間、冰箱和農(nóng)家雞舍使用泡桐葉除臭劑后，除臭效果顯著。
　　當(dāng)泡桐葉除臭劑體積是甲醛體積的160倍時(shí)，清除率為實(shí)驗(yàn)中的最大值——93.84％；當(dāng)泡桐葉除臭劑體積是氨水體積的320倍時(shí)，清除率為實(shí)驗(yàn)中的最大值——94.68％；當(dāng)泡桐葉除臭劑體積是硫化氫體積的160倍時(shí)，清除率為實(shí)驗(yàn)中的最大值一一94.08％。
　　　討論
　　
　　經(jīng)本實(shí)驗(yàn)溶劑萃取研究發(fā)現(xiàn)，乙酸乙酯萃取部分和正丁醇萃取部分具有較強(qiáng)的消除硫化氫、氨、甲醛等主要惡臭氣體的功能。
　　依據(jù)黃酮類(lèi)物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推測(cè)黃酮類(lèi)物質(zhì)對(duì)HS清除可能與氫鍵形成有關(guān)，對(duì)NH的清除可能是由于NH與黃酮成分的酚羥基形成復(fù)合鹽有關(guān)，從而達(dá)到了清除空氣中HS、NH的目的。
　　泡桐葉可以作為雞飼料使用，表明泡桐葉無(wú)毒，因而利用泡桐葉制備的除臭劑，不僅可達(dá)到清除惡臭的目的，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。
　　泡桐樹(shù)枝大、葉茂，每年秋季都有大量泡桐葉產(chǎn)生，清理比較困難，習(xí)慣上都是將其收集，就地?zé)?，這樣做不僅浪費(fèi)資源，更對(duì)環(huán)境造成污染，因此，本項(xiàng)目研究用泡桐葉制備除臭劑，不僅可以減少或避免泡桐葉燃燒對(duì)環(huán)境造成的污染，反過(guò)來(lái)還可用它來(lái)治理環(huán)境，消除惡臭，具有較強(qiáng)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　本實(shí)驗(yàn)提出的初步從泡桐葉中提取與分離黃酮類(lèi)物質(zhì)的方法，可有效分離出黃酮類(lèi)物質(zhì)，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、易控制，材料安全無(wú)毒，并可重復(fù)使用，制備過(guò)程無(wú)污染物產(chǎn)生，是一個(gè)較環(huán)保的方法。
　　經(jīng)換算，在100mL體積空間中有0.1mL甲醛(40％)時(shí)的臭氣濃度是433.2ppm(mg／m³)，有0.1mL氨水(25％)時(shí)的臭氣濃度是227.5ppm，有0.1mL硫化氫飽和溶液時(shí)的臭氣濃度是3.944ppm。而人的嗅覺(jué)對(duì)臭氣濃度感知閾值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這些值。也就是說(shuō)，噴灑很少量的泡桐葉除臭劑就可達(dá)到很好的除臭效果。
　　
　　結(jié)論和分析
　　
　　該項(xiàng)研究為利用天然植物治理惡臭污染提供了一個(gè)新的思路?，F(xiàn)在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的用于除臭的產(chǎn)品有兩大類(lèi)，一類(lèi)是多孔性物質(zhì)如活性炭、竹炭等，這類(lèi)產(chǎn)品的除臭機(jī)理是吸附，另一類(lèi)產(chǎn)品是空氣清新劑，這類(lèi)產(chǎn)品的除臭機(jī)理是掩蓋。與這兩類(lèi)產(chǎn)品相比，泡桐葉除臭劑的優(yōu)點(diǎn)較為突出，所以會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景。該研究為泡桐葉的開(kāi)發(fā)利用，為科學(xué)、有效地對(duì)惡臭進(jìn)行控制和治理，提供了一種環(huán)境友好的、天然的、簡(jiǎn)單易行的、廉價(jià)的惡臭清除方法和技術(shù)。
　　該項(xiàng)目獲得第25屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競(jìng)賽項(xiàng)目中學(xué)組化學(xué)一等獎(jiǎng)。
　　本項(xiàng)目選用泡桐葉為原料，得到了類(lèi)黃酮物質(zhì)，可有效消除硫化氫、氨、甲醛等有害氣體，并以此為基礎(chǔ)配置了天然植物除臭劑。項(xiàng)目選題新穎，設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，可操作性好，但是對(duì)于除臭機(jī)理和相關(guān)化學(xué)分析還有待加