重熔糖漿的脫色是制糖過程中最關鍵的一步，直接影響到精制糖的品質。吸附是一種有用的方法，可用于使糖漿脫色。廣西大學與澳洲布裡斯班昆士蘭科技大學合作共同制備了季铵官能化的殼聚糖(CS)/氧化石墨烯 (GO) 複合氣凝膠(GO-QACSA)作為一種有效的綠色吸附劑，用于去除高分子量還原糖堿性降解産物（HRSADPs），這是重熔糖漿中的主要着色劑。
氣凝膠因其具有低密度、高比表面積和大孔隙率等獨特特性而備受關注。氣凝膠已廣泛應用于許多領域，如藥物輸送、組織工程、催化劑載體和電化學。 它也被用于制造吸附劑。CS基氣凝膠可有效應用于糖精制領域，對重熔糖漿進行脫色。引入的目标功能（季铵）基團可以很容易地電離，形成帶正電的季铵離子，可以在适合（中性）加工糖汁的 pH 值下有效吸附帶負電的着色劑。GO是一種富氧碳質層狀材料。由于它可以用作有效的吸附劑，是以受到了相當多的關注。它的高吸附能力可歸因于從層中突出的大量氧原子的存在。氧原子存在于基面和片材邊緣的環氧基、羟基和羧基中。GO嵌入CS基氣凝膠中形成均質體系有助于豐富氣凝膠的孔隙結構并提高聚合物複合材料的強度。是以，可以有效提高氣凝膠作為脫色劑的效率。
GO-QACSA去除HRSADPs的優勢可歸因于其良好連接配接的 3-D 網絡狀多孔結構、無毒、高親水性和豐富的季铵基團。GO-QACSA對HRSADPs的平衡吸附容量達到364.09 mg/g，去除率>90%。GO-QACSA 表現出超快的吸附速率。回收實驗表明GO-QACSA表現出良好的可再生性和可重複使用性。作者研究了HRSADP在GO-QACSA上吸附的互相作用機制，結果表明兩層HRSADPs通過季铵基和羧酸根基團之間形成的電價鍵粘附在GO-QACSA表面。一個 HRSADP 分子中的 2-3 個羧酸根離子平均與 GO-QACSA 的季铵陽離子鍵合。基于最佳拟合平衡等溫線，作者提出了四種現象學數學模型，即外部傳質阻力 (EMTR)、内部傳質阻力 (IMTR)、EMTR-IMTR 組合和活性位點吸附 (AAS)。這些模型可用于為系統的吸附傳質行為提供新的見解。
圖2，(a)葉子上的 CSA、QACSA 和 GO-QACSA。(b) CSA、QACSA、GO-QACSA 和 GO-QACSA/HRSADP 的 SEM 顯微照片。(c) CSA、QACSA、GO-QACSA 和 GO-QACSA/HRSADP 中 C、N、O 和 Cl 的 EDX 元素映射圖像。
圖 4。(a) GO、CS、QACSA 和 GO-QACSA 的 XRD 譜。(b) CSA、QACSA 和 GO-QACSA 的失重曲線。(c) CS、GO、GO-QACSA 和 GO-QACSA/HRSADP 的 FTIR 光譜。(d) QACS 的 C1s、(e) O1s 和(f) N1s 光譜。(g) GO-QACSA 的C1s、(h) O1s 和(i) N1s 光譜。(j) GO-QACSA/HRSADPs 的C1s、(k) O1s 和(l) N1s 光譜。(m) HRSADPs 的C1s 和(n) O1s 光譜。(o)與不同濃度的 CS、GO-QACSA 和苯乙烯基樹脂提取物孵育後的細胞活力。
圖 8。(a) GO-QACSA吸附前後HRSADP溶液在420 nm 處的色譜圖。HRSADP溶液(b)在被GO-QACSA吸附之前和(c)之後的FEEM 光譜。(d) GO-QACSA吸附5和30分鐘前後HRSADP溶液的照片。(e) GO-QACSA再生循環對吸附平衡時 HRSADP 去除效率的影響。(f)離子強度的影響對 GO-QACSA 在吸附平衡時的 HRSADP 去除效率。(g)在吸附平衡時蔗糖濃度對 GO-QACSA 的 HRSADP 去除效率的影響。在吸附平衡下，GO-QACSA 劑量對(h)類黑素和(i)焦糖去除的影響。(j)Langmuir、Freundlich 和 MLA 對 HRSADP 吸附到 GO-QACSA 的描述模組化。
相關論文以題為High-performance quaternary ammonium-functionalized chitosan/graphene oxide composite aerogel for remelt syrup decolorization in sugar refining發表在《Chemical Engineering Journal》上。通訊作者是廣西民族大學李文博士。
參考文獻：
doi.org/10.1016/j.cej.2021.132575