全 文 ：红蓼秸秆对水体中氟离子的吸附作用
赵琦玥，冯 佳，吕俊平，谢树莲* (山西大学生命科学学院，太原 030006;* 通讯作者，E-mail:xiesl@ sxu． edu． cn)
摘要: 目的 研究红蓼秸秆对水体中氟离子的吸附效果。 方法 以红蓼秸秆为材料，研究其在硫酸铝和硝酸镧改性及未改
性条件下，在不同接触时间、温度、吸附剂投加量、溶液 pH和 F －初始浓度时对水体中氟离子的吸附效果。 结果 红蓼吸附剂
对溶液中 F －的吸附在约 180 min后，吸附率趋于平衡;红蓼吸附剂处理 F －浓度低于 25 mg /L的水体效果较好;3%Al2(SO4)3 改
性后的红蓼吸附剂效果最佳;改性后的红蓼吸附剂对环境温度要求不高，而且投加量少，0． 5 g /L即可;红蓼吸附剂(特别是改性
后的)受环境 pH影响很小。 结论 红蓼秸秆对氟离子有较好的吸附效果，是一种方便可行的吸附剂。
关键词: 红蓼; 氟离子; 吸附作用
中图分类号: Ｒ282． 7 文献标志码: A 文章编号: 1007 － 6611(2015)11 － 1101 － 06 DOI:11． 13753 / j． issn． 1007 － 6611． 2015． 11． 012
Adsorption of straw of Polygonum orientale to F － in water
ZHAO Qiyue， FENG Jia， L Junping，XIE Shulian* (School of Life Science，Shanxi University，Taiyuan 030006，China;
* Corresponding author，E-mail:xiesl@ sxu． edu． cn)
Abstract: Objective To explore the adsorption capacity of straw of Polygonum orientale to F － in water． Methods The adsorption
effect of straw of Polygonum orientale Linn to F － in water was determined using 3% Al2(SO4)3 and 5% La(NO3)3 as modifiers or not
under the different conditions of adsorption time，temperature，adsorbent dosage，pH and initial concentration of F － ． Ｒesults The
adsorptive rate of straw of Polygonum orientale to F － was steady after 180 min． The adsorptive effect was remarkable when F － concen-
tration was below 25 mg /L． The adsorbent modified with 3% Al2(SO4)3 was the best one． It was adapted to a wide range of tempera-
ture，meanwhile，the adsorbent dose was small and only 0． 5 g /L． The adsorptive rate(especially modified adsorbent)was almost not
affected by pH． Conclusion The straw of Polygonum orientale Linn． has distinct adsorption to fluoride and is also a convenient and
feasible adsorbent．
Key words: Polygonum orientale Linn; F －; adsorption
地方性氟中毒是由环境中氟污染引起的流行病
之一，表现为氟斑牙、氟骨症，严重的会引起免疫力
下降、内分泌失调、消化和神经系统紊乱、肾功能衰
竭、老年痴呆等疾病，甚至诱发癌症［1 － 3］。饮水型氟
中毒是其中最严重的一种，广泛分布于我国长江以
北地区［4］。山西省属地方性氟中毒的高发区。
如何改水降氟，防控水体中的氟污染，一直以来
都是一个非常重要的问题［5］。国内外报道处理含
氟水的方法有吸附法、沉淀法、离子交换法、膜分离
法、反渗透法等［6，7］。其中吸附法由于工艺简单、操
作方便、处理速度快而成为经常采用的方法［8，9］。
已报道的吸附剂有活性氧化铝、沸石、膨润土、水铁
矿、粉煤灰、高炉渣、骨炭、壳聚糖等［10 － 19］。也有以
植物废弃物(秸秆、果壳)为材料作为吸附剂
的［20，21］。
红蓼(Polygonum orientale)是北方常见的是一
种大型水生维管束植物，分布广泛，有较高的生态及
景观价值［22］。但大部分资源利用不充分，尤其是枯
死后，大量堆积，可能造成河道堵塞。利用其干体作
为吸附剂，既可净化水体，又可使资源得到综合利
用［23］。本文以干红蓼秸秆为材料，研究红蓼秸秆的
表征及对水体中氟离子的吸附作用及影响因素，以
期为山西省改水降氟，预防地方性氟中毒提供科学
依据。
1 材料和方法
1． 1 实验材料制备
供试植物红蓼(Polygonum orientale Linn．)采自
太原市内河道边。材料剪成小段，蒸馏水洗涤，干
燥。干材料粉碎成末，过筛，备用。称取 2 g 红蓼粉
末于聚乙烯瓶中，加入 200 ml改性剂，浸泡 24 h，再
用去离子水洗至中性，烘干。本实验选取 3%
Al2(SO4)3和 5% La(NO3)3 两种试剂分别作为改
性剂。
1． 2 吸附剂的表征
1． 2． 1 扫描电子显微镜(SEM)观察 取少许样
品，用 2． 5%戊二醛固定 1 h，磷酸缓冲液洗涤 3 次，
每次 10 min，酒精梯度脱水，叔丁醇(C4H10 O)法干
燥，真空抽气 1 h。真空喷金镀膜。SEM(S-3500N，
Hitachi，日本)观察。
1． 2． 2 傅里叶变换红外光谱(FTIＲ)分析 在红外
·1011·山西医科大学学报，2015 年 11 月，第 46 卷 第 11 期
灯下取 1 mg 样品，加入在红外灯下烘干的 100 mg
KBr粉末，在玛瑙研钵中充分研磨，取适量混合物均
匀倒入模具中，在压片机上压片。FTIＲ(Nicolet
380，Thermo，美国)扫描分析。
1． 3 吸附实验
配制浓度为 100 mg /L 的 NaF 标准液，通过稀
释得到实验所需浓度。分别在不同的接触时间(5，
15，30，60，90，120，150，180，210，240 min) ，不同温
度(5，10，15，20，25，30 ℃) ，不同吸附剂投加量
(0． 5，1． 0，1． 5，2． 0，2． 5，3． 0 g) ，不同溶液 pH(2，3，
4，5，6，7，8，9，10，11，12)和不同 F －初始浓度(10，
15，20，25，30 mg /L)下进行吸附实验，观察不同条
件因素对吸附效果的影响。pH 值测量采用精密酸
度计(UB － 7，美国) ，通过加入 HCl 或 NaOH 调节
pH。离子强度通过添加 NaCl，Na2SO4 和 Na3PO4 调
整。吸附过程在恒温摇床(HH2，国华，常州，中国)
震荡下进行。以氟离子浓度计(MP519 型，上海，中
国)测定 F －的浓度。实验设三组平行。采用公式
(1)计算平衡时的吸附量 qe(mg /g) ，公式(2)计算
吸附率。
qe =
(C0 － Ce)V
m (1)
E(%)=
(C0 － Ce)V
C0
× 100% (2)
式中:C0 和 Ce 分别代表吸附前后溶液中 F
－的
浓度(mg /L) ，V为溶液体积(L) ，m为吸附剂的投加
量(g)。
2 结果
2． 1 吸附剂的表征分析
吸附剂 SEM观察结果可以看出，样品颗粒表面
粗糙，粒径分布较广，大小不等，多数粒子呈不规则
形状(见图 1)。样品分散性较好，无明显团聚现象。
3%Al2(SO4)3 和 5% La(NO3)3 改性和未加改性剂
的红蓼吸附剂表面特征无明显区别。
图 2 是吸附剂的 FTIＲ图谱分析结果，不同吸收
峰代表不同的化合键。3 421 cm －1处由吸附剂表面
水分子中羟基伸缩振动引起，2 920 cm －1处．由对称
和不对称的 C － H键的伸缩振动引起，2 359 cm －1处
由 C≡C基团的伸缩振动引起，1 624 cm －1处由 C =
C键的伸缩振动引起，1 317 cm －1处由 C － H 键的伸
缩振动引起，1 055 cm －1处缘自 C － O 键的伸缩振
动［24 － 26］。从图 2 可看出，改性和未改性的吸附剂图
谱区别不大，吸收峰有小的移动。
A．未改性 B． Al2(SO4)3 改性 C． La(NO3)3 改性
图 1 红蓼吸附剂 SEM观察表征
Figure 1 SEM image of Polygonum orientale adsorbent
2． 2 吸附时间和初始浓度对吸附率的影响
在室温下，吸附剂投加量为 0． 5 g /L 时，不同浓
度 F －下吸附时间对红蓼吸附剂吸附效果的影响见
图 3。从图中可知，红蓼吸附剂对溶液中氟离子的
吸附在初始阶段，吸附率随时间显著增加，30 min
后，增大趋势减小，约 180 min 后，吸附率基本趋于
平衡，而且 Al2(SO4)3 改性后的红蓼吸附剂效果
最佳。
从图 4 可以看出，在室温下，吸附时间 180 min，
吸附剂投加量为 0． 5 g /L，F －浓度 ＜25 mg /L下，吸附
率随着离子浓度的增加而明显增加，继续增加离子浓
度，吸附率则会下降。并且改性后的吸附剂较未改性
的吸附率较高，其中又以 Al2(SO4)3 改性后的红蓼
吸附剂吸附性能最强。
2． 3 吸附温度和吸附剂投加量对吸附率的影响
由图 5 可知，在吸附时间 180 min，F －离子浓度
25 mg /L，吸附剂投加量为 0． 5 g /L 情况下，未改性
的吸附率随着温度的升高略有增加，而改性后的吸
·2011· J Shanxi Med Univ，Nov 2015，Vol 46 No 11
图 2 红蓼吸附剂 FTIＲ图谱
Figure 2 FTIＲ spectra of Polygonum orientale adsorbent
·3011·山西医科大学学报，2015 年 11 月，第 46 卷 第 11 期
A．未改性 B． Al2(SO4)3 改性 C． La(NO3)3 改性
图 3 吸附时间对红蓼吸附剂 F －吸附率的影响
Figure 3 Effect of adsorbent time on adsorptive rate of Polygonum orientale to F －
图 4 不同 F －起始浓度对红蓼吸附剂 F －吸附率
的影响
Figure 4 Effect of initial F － concentration on adsorp-
tive rate of Polygonum orientale to F －
附剂受温度的影响较小，其中 Al2(SO4)3 改性后的
红蓼吸附剂吸附性能最强。
图 5 不同温度对红蓼吸附剂 F －吸附率的影响
Figure 5 Effect of temperature on adsorptive rate of
Polygonum orientale to F －
图 6 红蓼吸附剂投加量对 F －吸附率的影响
Figure 6 Effect of adsorbent dosage on adsorptive rate
of Polygonum orientale to F －
图 7 溶液 pH红蓼吸附剂 F －吸附率的影响
Figure 7 Effect of pH on adsorptive rate of Polygonum
orientale to F －
由图 6 可看出，在室温条件，吸附时间 180 min，
F －离子浓度 25 mg /L下，吸附率随着红蓼吸附剂投
·4011· J Shanxi Med Univ，Nov 2015，Vol 46 No 11
加量的增加反而减少。改性后的红蓼吸附剂较未改
性的吸附率较高。
2． 4 pH和离子强度对吸附率的影响
由图 7 可见，在室温，吸附时间 180 min，F －离
子浓度 25 mg /L，吸附剂投加量 0． 5 g /L 条件下，红
蓼吸附剂，特别是改性后的吸附剂，吸附率较高，而
且受环境 pH影响很小。
含 F －的受污染水体一般也含有多种其他阴离
子，这些共存阴离子在吸附过程中可能会与 F －竞争。
图 8显示的是水体中常见阴离子 SO4
2 －，Cl －和
PO4
3 －在室温，吸附时间 180 min，F －离子浓度 25 mg /
L，吸附剂投加量 0． 5g /L条件下对红蓼吸附剂除氟效
果的影响。可以看出，不同阴离子在不同浓度下对红
蓼吸附剂除氟效果的影响差异较大，总体上随着SO4
2 －
浓度的增加，除氟效果下降，而随着 Cl －和 PO4
3 －浓度
的增加，除氟效果总体呈先升后降的趋势。
A．未改性 B． Al2(SO4)3 改性 C． La(NO3)3 改性
图 8 阴离子浓度对红蓼吸附剂除氟效果的影响
Figure 8 Effect of anionic concentration on adsorptive rate of Polygonum orientale to F －
3 讨论
红蓼吸附剂对溶液中 F －的吸附在初始阶段，吸
附率随时间显著增加，约 180 min 后，吸附率基本趋
于平衡，推测可能是吸附量趋于饱和所致。在实际
应用中，红蓼吸附剂处理 F －浓度低于 25 mg /L的含
氟水体效果较好。以 Al2(SO4)3 改性后的红蓼吸附
剂效果最佳。由实验结果可知，改性后的红蓼吸附
剂在应用中对环境温度要求不高，室温下即可使用，
而且投加量少，因此在实际应用中可采用改性红蓼
吸附剂 0． 5 g /L 即可。实验结果还说明，红蓼吸附
剂(特别是改性后的) ，吸附率较高，而且受环境 pH
影响很小，因此，在实际应用中，无需调节水体 pH，
防止了二次污染的产生，同时也降低了处理成本，扩
大了吸附剂的使用范围。此外，溶液中共存阴离子
的存在会影响红蓼吸附剂对 F －的吸附效果，主要是
由于共存阴离子与 F －形成竞争，占据了部分活性位
点，使 F －的有效吸附活性位点数量减少所致。
参考文献:
［1］ Chinoy NJ． Effects of fluoride on physiology of animals and human
beings［J］． Indian J Environ Toxicol，1991，1:17 － 32．
［2］ Dissanayake CB． The fluoride problem in the groundwater of Sri
Lanka-environmental management and health［J］． Int J Environ
Stud，1991，19:195 － 203．
［3］ Harrison PTC． Fluoride in water:a UK perspective［J］． J Fuor
Chem，2005，126:1448 － 1456．
［4］ 孙殿军，高彦辉． 我国地方性氟中毒防治研究进展与展望
［J］．中华地方病学杂志，2013，32(2) :119 － 120．
［5］ 曹守仁．地方性氟中毒防治科研进展与展望［J］．中华地方病
学杂志，1996，15(3) :167 － 168．
［6］ Mohapatra M，Anand S，Mishra BK，et al． Ｒeview of fluoride removal
from drinking water［J］． J Environ Manage，2009，91:67 －77．
［7］ 戴喆男，周勇，赵婷，等．饮用水及含氟废水处理技术机理及
研究进展［J］．水处理技术，2012，38(4) :7 － 12．
［8］ Bhatnagara A，Kumara E，Sillanpaa M． Fluoride removal from water
by adsorption-A review［J］． Chem Eng J，2011，171:811 －840．
［9］ Maheshwari ＲC． Fluoride in drinking water and its removal［J］． J
Hazard Mater，2006，137:456 － 463．
［10］ Loganathana P，Vigneswarana S，Kandasamya J，et al． Defluorida-
tion of drinking water using adsorption processes［J］． J Hazard
Mater，2013，248 /249:1 － 19．
［11］ Gong WX，Qu JH，Liu ＲP，et al． Adsorption of fluoride onto different
types of aluminas［J］． Chem Eng J，2012，189 /190:126 －133．
［12］ 凌铃，黄肖容，隋贤栋．改性天然沸石的除氟性能研究［J］．生
态环境学报，2009，18(5) :1727 － 1731．
［13］ Mahramanlioglu M，Kizilcikli I，Bicer IO． Adsorption of fluoride
from aqueous solution by acid treated spent bleaching earth［J］． J
Fluor Chem，2002，115:41 － 47．
［14］ Thakre D，Ｒayalu S，Kawade Ｒ，et al． Magnesium incorporated ben-
tonite clay for defluoridation of drinking water［J］． J Hazard Mater，
2010，180:122 －130．
·5011·山西医科大学学报，2015 年 11 月，第 46 卷 第 11 期
基金项目:山西省重点技术创新基金资助项目(财 2013 － 007 号)
黄芩中黄芩苷提取精制工艺研究
郑艳红1，2，常艳芬1，2，周玉枝1* ，秦雪梅1，杜冠华3 (1山西大学中医药现代研究中心，太原 030006;2山西大学化学
化工学院;3中国医学科学院北京协和医学院药物研究所“药物靶点研究与新药筛选”北京市重点实验室;*通讯作者，E-mail:
zhouyuzhi@ sxu． edu． cn)
摘要: 目的 优选黄芩中提取黄芩苷的最佳制备工艺。 方法 采用单因素试验，对黄芩苷制备工艺的影响因素进行了考
察。以提取液中黄芩苷含量和出膏率为评价指标，考察了提取工艺中提取方法(回流提取法、超声提取法和微波提取法)、提
取溶剂(水和乙醇)、提取温度(60，70，80，90 ℃)、料液比(10，15，20 倍)、提取次数(1，2，3 次)等因素对黄芩苷提取效果的影
响;以精制品中黄芩苷含量及收率为评价指标，考察了酸沉 pH(1． 0，1． 5，2． 0)、酸沉保温时间(15，30，60 min)、静置时间(3，6，
12，18 h)及洗酸次数(0，1，2，5 次)对黄芩苷精制的影响，确定纯化工艺中各因素最佳水平。 结果 制备黄芩苷的最佳工艺
条件为:10 倍量水 80 ℃回流提取 2 次，抽滤，合并两次提取液，加 6 mol /L盐酸调节 pH至 1． 0，80 ℃下保温 60 min，酸沉静置
12 h，离心，沉淀依次用水及 50%、95%乙醇各洗涤 1 次，洗至 pH值为中性，即得。在此条件下，可以得到纯度≥80%的黄芩苷
产品。 结论 该优选工艺稳定、可行，为工业大规模生产黄芩苷提供理论依据。
关键词: 黄芩; 黄芩苷; 制备工艺; 单因素实验
中图分类号: TQ460 文献标志码: A 文章编号: 1007 － 6611(2015)11 － 1106 － 05 DOI:11． 13753 / j． issn． 1007 － 6611． 2015． 11． 013
Study on the extraction and purification technology of baicalin from Scutellaria baicalensis Georgi
ZHENG Yanhong1，2，CHANG Yanfen1，2，ZHOU Yuzhi1* ，QIN Xuemei1，DU Guanhua3(1Modern Ｒesearch Center for Traditional Chi-
nese Medicine，Shanxi University，Taiyuan 030006，China;2 School of Chemistry and Chemical Engineering，Shanxi University;
3Beijing Key Laboratory of Drug Target and Screening Ｒesearch，Institute of Materia Medica，Chinese Academy of Medical Sciences ＆
Peking Union Medical College;* Corresponding author，E-mail:zhouyuzhi@ sxu． edu． cn)
Abstract: Objective To optimize the parameters of the extracting technology of baicalin from Scutellaria baicalensis Georgi． Meth-
ods The influential factors of the baicalin preparation process were investigated by single factor test． With the content of baicalin in
extracts and extraction rate as assessing indexes，the extraction methods(reflux extraction，ultrasonic extraction and microwave extrac-
tion)，the extraction solvention(water and ethanol) ，the extraction temperature(60，70，80，90 ℃) ，the solid-liquid ratio(10，15，20)
and the extraction times(1，2，3)were investigated to evaluate their influences on the extraction efficacy and the optimal level of each
［15］ Turner BD，Binning P，Stipp SLS． Fluoride removal by calcite:evi-
dence for fluorite precipitation and surface adsorption［J］． Environ
Sci Technol，2005，39:9561 － 9568．
［16］ Xu X，Li Q，Cui H，et al． Adsorption of fluoride from aqueous solu-
tion on magnesia-loaded fly ash cenospheres［J］． Desalination，
2011，272:233 － 239．
［17］ Mohapatra M，Hariprasad D，Mohapatra L，et al． Mg-doped nano
ferrihydrite-A new adsorbent for fluoride removal from aqueous so-
lutions［J］． Appl Surf Sci，2012，258:4228 － 4236．
［18］ 陈涛，杨晓瑛，朱宝余． 利用自制骨炭除氟剂处理农村高氟地
下水研究［J］．中国农村水利水电，2011(8):100 － 103．
［19］ 白雨平，郜玉楠，郭海军，等．地下水氟污染的壳聚糖吸附处理
工艺［J］．净水技术，2012，31(2):30 － 33．
［20］ Hemant SP，Jignesh BP，Padmaja S，et al． Ｒemoval of fluoride from
water with powdered corn cobs［J］． J Environ Eng Sci，2006，48:
135 －138．
［21］ Alagumuthu G，Ｒajan M． Equilibrium and kinetics of adsorption of
fluoride onto zirconium impregnated cashew nut shell carbon［J］．
Chem Eng J，2010，158:451 － 457．
［22］ Wang K，Cai J，Feng J，et al． Phytoremediation of phenol using Po-
lygonum orientale， including optimized conditions［J］． Environ
Monit Assess，2014，186:8667 －8681．
［23］ Wang L，Zhang J，Zhao Ｒ，et al． Adsorption of 2，4-dichlorophenol
on Mn-modified activated carbon prepared from Polygonum orien-
tale Linn［J］． Desalination，2011，266:175 － 181．
［24］ Aguilar C，Garca Ｒ，Soto-Garrido G，et al． Catalytic wet air oxida-
tion of aqueous ammonia with activated carbon［J］． Appl Catal B
Environ，2003，46:229 － 237．
［25］ Abdel-Nasser A，El-Hendawy AA． Influence of HNO3 oxidation on
the structure and adsorptive properties of corncob-based activated
carbon［J］． Carbon，2003，41:713 － 722．
［26］ Nath K，Panchani S，Bhakhar MS，et al． Preparation of activated
carbon from dried pods of Prosopis cineraria with zinc chloride ac-
tivation for the removal of phenol［J］． Environ Sci Pollut Ｒes，
2013，20:4030 － 4045．
作者简介: 赵琦玥，女，1990 － 08 生，硕士，E-mail:
974309739@ qq． com．
［收稿日期: 2015 － 08 － 06］
·6011· J Shanxi Med Univ，Nov 2015，Vol 46 No 11