羧基化膠原纖維吸附材料的制備及其對(duì)Cr(Ⅲ)的吸附性能研究.pdf

1、制革過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物和鉻鞣廢水，對(duì)環(huán)境造成污染的同時(shí)還導(dǎo)致了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，本研究以皮革固體廢棄物為原料提取膠原纖維并對(duì)其進(jìn)行改性制備了一種吸附材料，能夠有效用于對(duì)鉻鞣廢水中Cr(Ⅲ)的去除。將吸附后材料水解用于皮革復(fù)鞣工序，以期實(shí)現(xiàn)皮革行業(yè)內(nèi)部廢水與固廢物的有效循環(huán)利用。
　　以乙醛酸(GA)為改性試劑，對(duì)提取的醋酸松弛膠原纖維(CF)進(jìn)行改性制備羧基化膠原纖維(CCF)，采用水楊醛法和Boehm滴定法對(duì)CCF中的氨

2、基和羧基含量分別進(jìn)行了測(cè)定，并通過(guò)掃描電鏡(SEM)、比表面積/孔隙率(BET)、紅外光譜(FT-IR)、示差掃描量熱(DSC)、電位滴定等現(xiàn)代儀器方法對(duì)CCF的組織形態(tài)、比表面積、分子結(jié)構(gòu)、熱性能以及等電點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)和表征;并以反應(yīng)程度為考察指標(biāo)通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到了最佳的改性條件:反應(yīng)摩爾比為n(GA)∶n(-NH2)=1.4，反應(yīng)溫度為35℃，反應(yīng)pH6.5，反應(yīng)時(shí)間5h;在此條件下得到的膠原纖維吸附材料中氨基含量為1.58％(

3、0.9875mmol/g)，羧基含量為9.82％(2.135mmol/g)，比表面積為4.6942m2/g，等電點(diǎn)為5.45。通過(guò)氨基封閉實(shí)驗(yàn)和氨基酸分析對(duì)羧基化機(jī)理進(jìn)行了初步研究，結(jié)果表明羧基化反應(yīng)主要發(fā)生在膠原纖維的側(cè)鏈-NH2上，氨基封閉后羧基化反應(yīng)程度顯著降低。
　　以鉻粉溶液為處理對(duì)象，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)方法分別研究了pH、溫度、時(shí)間、鉻液初始濃度、吸附劑用量和鹽離子濃度(Na+、Ca2+)對(duì)Cr(Ⅲ)吸附過(guò)程的影響，結(jié)果表

4、明:CCF對(duì)Cr(Ⅲ)具有較強(qiáng)的吸附能力，吸附過(guò)程中的最佳pH為4.5，最適溫度為40℃，反應(yīng)在3h即可達(dá)到平衡;對(duì)于一定量的鉻液，吸附容量隨鉻液初始濃度的增大而增加，隨著吸附劑用量的增加而減小;溶液中鹽離子(Na+、Ca2+)的存在會(huì)抑制吸附過(guò)程的進(jìn)行，并且隨著鹽離子(Na+、Ca2+)濃度的增加，抑制作用增強(qiáng)，并且Ca2+的抑制作用比Na+更強(qiáng)。
　　以制革過(guò)程中產(chǎn)生的鉻鞣廢水為處理對(duì)象，對(duì)比研究了羧基化改性前后膠原纖維對(duì)廢水

5、中Cr(Ⅲ)的去除能力，結(jié)果表明:CCF對(duì)廢水中Cr(Ⅲ)的去除效果比改性前提高了74.13％，吸附容量顯著增加，并且鉻鞣廢水中蛋白質(zhì)、油脂等物質(zhì)的存在對(duì)吸附過(guò)程的影響并不明顯，因此所制備的吸附材料有望用于工業(yè)含Cr(Ⅲ)廢水的處理。
　　關(guān)于羧基化膠原纖維對(duì)Cr(Ⅲ)的吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:該吸附體系屬于以化學(xué)吸附為主、兼有物理吸附的多分子層吸附，反應(yīng)主要由化學(xué)機(jī)理控制。常溫和低溫下的動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明所制

6、備的CCF在常溫和低溫下對(duì)水體中的Cr(Ⅲ)仍具有較強(qiáng)的去除能力，可用于不同季節(jié)的含鉻廢水處理。
　　采用堿-酶結(jié)合法對(duì)吸附Cr(Ⅲ)后的羧基化膠原纖維(Cr-CCF)進(jìn)行水解，通過(guò)FT-IR、凝膠滲透色譜(GPC)等現(xiàn)代儀器分析方法對(duì)水解得到的含鉻膠原蛋白水解液中膠原蛋白的分子結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量分布情況進(jìn)行了表征，并通過(guò)化學(xué)分析方法對(duì)其Cr(Ⅲ)含量進(jìn)行了測(cè)定;以膠原蛋白提取率為考察指標(biāo)通過(guò)單因素優(yōu)化出了最佳的水解條件:固液比m

7、(Cr-CCF)∶m(H2O)=1∶7，MgO用量為4％，堿處理溫度和時(shí)間分別為65℃和3h，堿性蛋白酶用量為0.25％，酶處理溫度和時(shí)間分別為60℃和3h;在此條件下得到的含鉻膠原蛋白水解液中膠原蛋白的平均相對(duì)分子質(zhì)量為327g/mol，Cr(Ⅲ)含量為0.9137％(0.176mmol/g)。
　　以山羊皮藍(lán)濕革為處理對(duì)象，將所得到的含鉻膠原蛋白水解液用于皮革復(fù)鞣工序，并與含鉻單寧對(duì)比研究了其復(fù)鞣性能，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)考察了水解