專利名稱：從鳳眼蓮植物中分離和回收鉀素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于從植物中提取鉀素的方法，具體地說是從一種水生植物鳳眼蓮即水葫蘆中分離與回收鉀素的方法，該鉀素產(chǎn)品可以在食品工業(yè)和制藥工業(yè)上應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，鳳眼蓮即水葫蘆(英文名稱Water hyacinth，Eichhomia crassipes)，屬雨久花科，鳳眼蘭屬，原產(chǎn)南美，是一種在世界各地水域中普遍快速生長的一種多年生水生植物，特別是在一些富營養(yǎng)化的水域，這種植物的繁殖速度是相當?shù)伢@人，以至于形成當今水域環(huán)保治理的突出問題(見中國發(fā)明專利申請公開說明書，申請?zhí)?3104097.7)。近些年來鳳眼蓮在我國南方江河湖泊中的迅速繁衍，由于管理不到位，其泛濫結(jié)果為堵塞河道，腐敗后污染水質(zhì)，妨礙其它水生植物生長，造成生態(tài)失衡。盡管生物防治被認為是較好的方法，但到目前，還沒有行之有效的可以大面積推廣的生物防治方法。最直接最有效防治水葫蘆的方法是將其打撈除掉(見中國發(fā)明專利申請公開說明書，申請?zhí)?3116012.3)，但單純打撈，在經(jīng)濟上只有付出，而無產(chǎn)出，這種方法實際上難以被接受。在現(xiàn)有水葫蘆資源化利用方式中，最普遍的是將水葫蘆與其它物料如塘泥、動物糞便等進行好氧或厭氧堆制，產(chǎn)生沼氣及制備有機肥(見中國發(fā)明專利申請公開說明書，申請?zhí)?9116385.0和03116305.X)，也有利用水葫蘆作原料生產(chǎn)食品的報道(見中國發(fā)明專利申請公開說明書，申請?zhí)?0114569.X)但這些傳統(tǒng)利用方式所得產(chǎn)品價值較低，與高昂的打撈費用抵消后已沒有經(jīng)濟效益可言，這是水葫蘆不能得到徹底治理的根本原因。
要利用包括鳳眼蓮在內(nèi)的水生植物來凈化水體，關(guān)鍵是找到綜合利用水生植物資源的最佳途徑?？茖W(xué)研究表明，鳳眼蓮含有十分豐富的鉀素，其干物質(zhì)中K2O的含量達6％-7％，明顯高于一般植物。根據(jù)文獻調(diào)研結(jié)果，有用化學(xué)分離方法從水葫蘆植株中回收Ag等貴重金屬(Water Sci.Technol.，1987，Vol.19(10)，Utilization of water hyacinth for removal and recovery of silver from industrial wastewater)，但用化學(xué)分離方法分離并回收水葫蘆植株中的鉀素，截止到目前為止國內(nèi)外還是一個空白。如果通過一定方法回收鳳眼蓮中的鉀素，這樣既可避免其過度繁衍造成的二次污染，保持水體的生態(tài)平衡，在理論上具有一定的學(xué)術(shù)價值，而且還能將鳳眼蓮的治理和資源有效利用結(jié)合起來，在實際應(yīng)用上可以顯著彌補打撈費用或減少其他加工產(chǎn)品的成本，可以創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種從鳳眼蓮植物中分離與回收鉀素的方法，以有效地利用環(huán)境中的鉀素，同時為治理鳳眼蓮對環(huán)境的污染提供一種新的處理途徑。
一種從鳳眼蓮植物中分離和回收鉀素的方法，其特征在于，先將新鮮鳳眼蓮植物用6-8mol/L鹽酸浸提，經(jīng)擠壓分離得浸提液；然后加入碳酸鉀溶液，并過濾產(chǎn)生的少量沉淀；用裝有活性炭的填料塔除去色素和水溶性的有機物；所得清液通過強酸性陽離子交換樹脂，使大部分K+被交換到柱上；用2-3mol/L的鹽酸洗下柱上的K+，再加入固體碳酸鉀中和流出液酸度使成中性，最后加入沉淀劑酒石酸溶液，沉淀其中的K+為酒石酸氫鉀；沉淀后的溶液可用于溶解酒石酸作為沉淀劑使用，最后將沉淀物脫水并干燥為酒石酸氫鉀成品。本發(fā)明所得酒石酸鉀是食品及制藥工業(yè)廣泛需求的化工原料。因此本發(fā)明不僅較好地消除了環(huán)境中泛濫成災(zāi)的水葫蘆草害，同時回收了環(huán)境中寶貴的鉀資源，是一種環(huán)境污染治理與水生植物資源優(yōu)化利用新途徑。
更纖細的技術(shù)細節(jié)如下列步驟所述
1)將新鮮鳳眼蓮瀝干至含水量90％，每100kg加入2000-2500ml 6-8mol/L鹽酸(商品)溶液，搗碎成漿液；2)將步驟1)的漿液浸提0.5h，用板框壓濾機過濾，擠壓至殘渣含水40-60％，得到濾液1，將該濾液放置過夜，棄去殘渣；3)將步驟2)的濾液1中加入10～15％碳酸鉀(商品)溶液9～11L中和酸度和沉淀部分鈣、鎂，將沉淀過濾，得到濾液2，并棄去沉淀；4)將步驟2)的濾液2過裝有活性炭的填料塔吸附其中的色素和水溶性的有機物，得到濾液3，使濾液3含鉀大于0.9％；5)將濾液3以1L/h流量進入強酸性陽離子交換樹脂，監(jiān)測過柱溶液的鉀濃度，當K+高于0.1％時停止交換，棄去淋出液；6)用2-3mol/L鹽酸10L洗下柱上K+，得到含鉀為6-10％，[H+]為0.2-0.4mol/L的酸性流出液；7)在步驟6)的酸性流出液中加入固體碳酸鉀300-350克，至溶液pH＝6-8，使該溶液的K+達到10-12％并呈中性；8)在步驟7)得到的溶液中加入濃度為50-100％的酒石酸(商品)5-10L，沉淀K+為酒石酸氫鉀，并過濾；9)將步驟8)得到的沉淀物脫水，置60℃下烘干即為酒石酸氫鉀產(chǎn)品。
應(yīng)用本發(fā)明從鳳眼蓮植物中制備酒石酸氫鉀的經(jīng)濟效益估算據(jù)有關(guān)市場信息分析，目前酒石酸商品原料價為人民幣9000元/噸，碳酸鉀商品原料價為人民幣4500元/噸，鹽酸商品原料價為人民幣600元/噸，食品級酒石酸氫鉀商品價為人民幣12000元/噸。采用本發(fā)明的技術(shù)，從每噸新鮮鳳眼蓮植物(按鮮葉、莖含水量為90％計)，可提取鉀素6kg，消耗碳酸鉀原料30kg、酒石酸原料90kg、鹽酸70kg，得到酒石酸氫鉀為97kg?？鄢a(chǎn)成本后，每噸鳳眼蓮可新增產(chǎn)值人民幣177元。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1取瀝干后含水量至90％的新鮮鳳眼蓮植物100kg，加入8mol/L鹽酸溶液2000ml，用植物勻漿機搗碎后浸提(往復(fù)振蕩)半小時，用板框壓濾機擠壓出浸漬液，約9000ml，放置過夜，擠壓浸漬液后的植物殘渣含水50％。經(jīng)擠壓分離所得浸提液加入12％碳酸鉀溶液10升中和酸度和沉淀部分鈣、鎂，將沉淀過濾，用裝有活性炭的填料塔除去色素及水溶性的有機物，所用填料塔底部用玻璃棉填充，填充層高度為柱高的1/10，吸附柱的長徑比為10，內(nèi)裝粒徑為2-3mm的活性炭顆粒，該填料塔的空塔流量為0.5dm3/min。所得清液K+濃度為0.98％，然后通過強酸性陽離子交換樹脂柱，流速控制在1L/h左右。樹脂柱的主要參數(shù)為直徑7cm，柱高70cm，容積為2.5L，內(nèi)裝2kg交換容量為220cmol/kg強酸性陽離子交換樹脂。過柱溶液的K+濃度為0.1％，棄去淋出液。用2.5mol/L的鹽酸10L洗下柱上的K+，得到含鉀8.0％，[H+]為0.32mol/L的溶液。在溶液中加入300g固體碳酸鉀中和其流出液酸度使pH＝7-8，含鉀10-12％。最后加入作為沉淀劑用的濃度為50％的酒石酸溶液10.0L，沉淀其中的K+為酒石酸氫鉀，用分離出沉淀后的溶液配制成50％濃度的酒石酸再作為沉淀劑使用。所得沉淀(即酒石酸氫鉀)用離心機脫水后置60℃溫度下烘干，經(jīng)包裝即為本發(fā)明的產(chǎn)品。經(jīng)過測試分析，本實施例1可得到4845g酒石酸氫鉀，產(chǎn)品純度為99.5％，鉀回收率為87.4％。
實施例2取瀝干后含水量至90％的新鮮鳳眼蓮植物100kg，加入6mol/L鹽酸溶液2500ml，用植物勻漿機搗碎后浸提(往復(fù)振蕩)半小時，用板框壓濾機擠壓出浸漬液，約9000ml，放置過夜，擠壓浸漬液后的植物殘渣含水50％。經(jīng)擠壓分離所得浸提液加入12％碳酸鉀溶液10升中和酸度和沉淀部分鈣、鎂，將沉淀過濾，用裝有活性炭的填料塔除去色素及水溶性的有機物，所用填料塔底部用玻璃棉填充，填充層高度為柱高的1/10，吸附柱的長徑比為10，內(nèi)裝粒徑為2-3mm的活性炭顆粒，該填料塔的空塔流量為0.5dm3/min。所得清液K+濃度為0.98％，然后通過強酸性陽離子交換樹脂柱，流速控制在1L/h左右。樹脂柱的主要參數(shù)為直徑7cm，柱高70cm，容積為2.5L，內(nèi)裝2kg交換容量為220cmol/kg強酸性陽離子交換樹脂。過柱溶液的鉀濃度為0.08％，棄去淋出液。用2mol/L的鹽酸12L洗下柱上的K+，得到含鉀8.5％，[H+]為0.29mol/L的溶液。在溶液中加入3008固體碳酸鉀中和其流出液酸度使pH＝7-8，含鉀10-12％。最后加入作為沉淀劑用的濃度為100％的酒石酸溶液5.0L，沉淀其中的K+為酒石酸氫鉀，用分離出沉淀后的溶液配制成100％濃度的酒石酸再作為沉淀劑使用。所得沉淀(即酒石酸氫鉀)用離心機脫水后置60℃溫度下烘干，經(jīng)包裝即為本發(fā)明的產(chǎn)品。經(jīng)過測試分析，本實施例中可得到4893g酒石酸氫鉀，產(chǎn)品純度為98.5％，鉀回收率為88.3％。
實施例3取瀝干后含水量至90％的新鮮鳳眼蓮植物100kg，加入6mol/L鹽酸溶液2000ml，用植物勻漿機搗碎后浸提(往復(fù)振蕩)半小時，用板框壓濾機擠壓出浸漬液，約9000ml，放置過夜，擠壓浸漬液后的植物殘渣含水50％。經(jīng)擠壓分離所得浸提液加入12％碳酸鉀溶液10升中和酸度和沉淀部分鈣、鎂，將沉淀過濾，用裝有活性炭的填料塔除去色素及水溶性的有機物，所用填料塔底部用玻璃棉填充，填充層高度為柱高的1/10，吸附柱的長徑比為10，內(nèi)裝粒徑為2-3mm的活性炭顆粒，該填料塔的空塔流量為0.5dm3/min。所得清液鉀濃度為0.98％，然后通過強酸性陽離子交換樹脂柱，流速控制在1L/h左右。樹脂柱的主要參數(shù)為直徑7cm，柱高70cm，容積為2.5L，內(nèi)裝2kg交換容量為220cmol/kg強酸性陽離子交換樹脂。過柱溶液的鉀濃度為0.05％，棄去淋出液。用3mol/L的鹽酸8L洗下柱上的K+，得到含鉀8.5％，[H+]為0.29mol/L的溶液。在溶液中加入300g固體碳酸鉀中和其流出液酸度使pH＝7-8，含鉀10-12％。最后加入作為沉淀劑用的濃度為50％的酒石酸溶液10.0L，沉淀其中的鉀為酒石酸氫鉀，用分離出沉淀后的溶液配制成50％濃度的酒石酸再作為沉淀劑使用。所得沉淀(即酒石酸氫鉀)用離心機脫水后置60℃溫度下烘干，經(jīng)包裝即為本發(fā)明的產(chǎn)品。經(jīng)過測試分析，本實施例中可得到4826g酒石酸氫鉀，產(chǎn)品純度為99.3％，鉀回收率為87.1％。
權(quán)利要求
1.一種從鳳眼蓮植物中分離和回收鉀素的方法，其特征在于，先將新鮮鳳眼蓮用6-8mol/L鹽酸浸提，經(jīng)擠壓分離得浸提液；然后加入碳酸鉀溶液，并過濾產(chǎn)生的少量沉淀；用裝有活性炭的填料塔除去色素和水溶性的有機物；所得清液通過強酸性陽離子交換樹脂，使大部分K+被交換到柱上；用2-3mol/L的鹽酸洗下柱上的K+，再加入固體碳酸鉀中和流出液酸度使成中性，加入沉淀劑酒石酸溶液，沉淀其中的K+為酒石酸氫鉀，將沉淀物脫水并干燥即為酒石酸氫鉀成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從鳳眼蓮植物中分離和回收鉀素的方法，其特征在于按照下列步驟制備1)將新鮮鳳眼蓮瀝干至含水量90％，每100kg加入2000-2500ml 6-8mol/L鹽酸溶液，搗碎成漿液；2)將步驟1)的漿液浸提0.5h，用板框壓濾機過濾，擠壓至殘渣含水40-60％，得到濾液1，將該濾液放置過夜，棄去殘渣；3)將步驟2)的濾液1中加入10～15％碳酸鉀溶液9～11L中和酸度和沉淀部分鈣、鎂，將沉淀過濾，得到濾液2，并棄去沉淀；4)將步驟2)的濾液2過裝有活性炭的填料塔，得到濾液3，使濾液3含鉀大于0.9％；5)將濾液3以1L/h流量進入強酸性陽離子交換樹脂，監(jiān)測過柱溶液的K+濃度，當K+高于0.1％時停止交換，棄去淋出液；6)用2-3mol/L鹽酸10L洗下柱上K+得到含鉀為6-10％，[H+]為0.2-0.4mol/L的酸性流出液；7)在步驟6)的酸性流出液中加入固體碳酸鉀300-350克，至溶液pH＝6-8，使該溶液的K+達到10-12％并呈中性；8)在步驟7)得到的溶液中加入濃度為50-100％的酒石酸5-10L，沉淀K+為酒石酸氫鉀，并過濾；9)將步驟8)得到的沉淀物脫水，置60℃下烘干即為酒石酸氫鉀產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的從鳳眼蓮植物中分離和回收鉀素的方法，其特征在于，沉淀K+為酒石酸氫鉀后的溶液用于溶解酒石酸作為沉淀劑使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從鳳眼蓮即水葫蘆中分離與回收鉀素的方法。其特征在于，將新鮮鳳眼蓮用適當濃度鹽酸浸提，經(jīng)擠壓分離殘渣得浸提液；加入碳酸鉀溶液，過濾沉淀，濾液過填料塔；清液過強酸性陽離子交換樹脂，使大部分鉀被交換到柱上；再用較低濃度鹽酸洗下柱上的鉀，加入固體碳酸鉀，中和流出液酸度使成中性，最后加入沉淀劑酒石酸溶液，沉淀其中的鉀使之成為酒石酸氫鉀，將沉淀物脫水并干燥即為本發(fā)明的酒石酸氫鉀成品，該酒石酸氫鉀是食品及制藥工業(yè)的需求的原料。本發(fā)明不僅較好地消除了環(huán)境中泛濫成災(zāi)的鳳眼蓮草害，同時也回收了環(huán)境中寶貴的鉀素資源，是一種環(huán)境污染治理和資源優(yōu)化利用新途徑。
文檔編號C07C51/42GK1560017SQ200410012728
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者朱端衛(wèi), 周文兵, 劉大會, 米瑋婕, 汪明霞 申請人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)