CN103937772A - 一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法 - Google Patents

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Inventor
曹张军
雷晓辉
周美华
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Donghua University
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Original Assignee
Donghua University
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
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Abstract

本发明涉及一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，包括：(1)将废弃角蛋白洗净、干燥得到干净物；然后将干净物剪碎后加入到溶解液中溶解，过滤去除残渣之后得到角蛋白溶液；(2)将上述角蛋白溶液室温放置交联，过滤干燥后得到海绵样，加入细菌培养液进行细菌固定化，即得吸油解油材料。本发明成本低，绿色环保，工艺过程不造成二次污染，对于资源、能源匮乏的当今世界具有十分重要的科学意义和应用价值，更加符合循环经济的理念和建立节约型社会的战略要求。

Description

一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法
技术领域
本发明属于水环境清洁领域，特别涉及一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法。
背景技术
石油及其产品在开采、炼制、贮运和使用过程中进入海洋环境会造成严重污染；其中溢油污染危害最大，石油泄漏被称为海洋污染的超级杀手。全世界因油轮事故溢入海洋的石油每年约为39万吨(王传远等，2009)。近年来中国每年排入大海的石油约12万吨，中国近海海域石油的平均质量浓度已达到0.055mg/L，而且污染正日趋加剧。除营养盐之外，石油烃已成为世界海洋(尤其是浅海)的主要污染物(Al-Majed et al.2012)。随着我国经济发展和能源战略的确定,海运将会有一个更大的发展。同时船舶溢油污染的潜在威胁也在同步增加。上海港从1999年至2009年共发生各类船舶油类污染事故173起，油类累计泄漏量达2619.51吨，平均每年发生污染事故15.73起，每年污染物泄漏量达238.14吨(陈维，2010)。
目前处理溢油的方法有物理法、化学法和生物法(King et al.2014)。化学法由于使用化学试剂毒性大，造成生态环境危害，难以大范围广泛利用。物理法主要有围栏法、撇油器法、吸油材料法、活性炭吸附过滤法等，其中吸附剂处理是最经济有效的方法。这些物理主要是应对大规模、大范围的海面石油泄漏事故，通过物理措施将原油吸收、捕捉后再进行分离、回收。但对于汽、煤、柴油等轻质油及大规模处理后残余量油，因其密度小、黏度小，在海面扩散速度快等特点，目前工艺方法难以奏效。这些油在海面形成大片油膜，阻隔了大气和海水之间的自由交换，妨碍空气溶解到海水中去，使水中氧减少。影响海洋植物及藻类的光合作用，对海洋生物、渔业、水产养殖业带来严重危害，另一方面它易粘附到其他物体上或漂到作为疗养性地的海滨，影响优美的环境，导致海洋光量下降(桂客，2011)。
以油作为生长底物的细菌清除油污作为主要的生物处理工艺，其修复过程具有安全性高、经济性强、应用范围广、去除效率高和无明显的二次污染等显著优点(Wiszniowski etal.2011)。然而细菌个体小，移动性能差，单纯细菌在油污自然环境下存活期短生长慢，在实践应用上自主性差，与目标接触慢等缺点，限制了该工艺在实际中的应用(Wang et al.2013)。因此开发出新的溢油清除技术，对于减轻油污污染，维护海洋水体环境尤为重要(杨伟华等，2004)。
羽毛、羊毛等纺织原料的主要成份为角蛋白(含量>90％)，每年有超过数百万吨作为废弃物流入环境，是自然界最大氮源废弃物之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，该方法成本低，绿色环保，工艺过程不造成二次污染，对于资源、能源匮乏的当今世界具有十分重要的科学意义和应用价值，更加符合循环经济的理念和建立节约型社会的战略要求。
本发明的一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，包括：
(1)将废弃角蛋白洗净、干燥得到干净物；然后将干净物剪碎后加入到溶解液中溶解，过滤去除残渣之后得到角蛋白溶液；
(2)将上述角蛋白溶液室温放置交联，过滤干燥后得到海绵样，加入细菌培养液进行细菌固定化，即得吸油解油材料。
所述步骤(1)中的废弃角蛋白为羽毛、羊毛或头发。
所述步骤(1)中剪碎后的干净物与溶解液的固液比0.1-2:10。
所述步骤(1)中的溶解液为0.5-8M尿素、0.01-0.1M偏重亚硫酸钠和0.05-0.5M十二烷基磺酸钠的混和液。
所述步骤(1)中的溶解为于80℃-100℃，以70-200r/min的速度震荡溶解10-60min。
所述步骤(2)中的细菌固定化具体工艺为海绵样(已消毒，固液比0.5-2:10)置摇床中，20-50℃，120r/min固定化6-24h，过滤得成品，0-30℃避光干燥。
本发明利用废弃原料羽毛羊毛等再生材料吸油效果良好的特点，并结合石油烃类降解细菌清除水体轻油污染。本发明成果废物利用，吸油解油一体化，工艺过程不造成二次污染，对于资源、能源匮乏的当今世界具有十分重要的科学意义和应用价值，更加符合循环经济的理念和建立节约型社会的战略要求。本发明中，角蛋白海绵比重小，作为吸油材料可浮于水面，部分浸在油水交接处，有利于细菌生长对氧的需求；角蛋白可为细菌提供生长的氮源，油污提供碳源，二者协同作用提高细菌生长效率，在此过程中角蛋白吸油材料可被降解，不会造成环境二次污染。
有益效果
(1)本发明利用生物废弃材料再生样吸油的特点结合生物降解法处理，工艺过程经济环保，符合绿色可持续发展要求，对于河水、湖泊及近海岸由于轮船碰撞旨起的油泄露的快速清除尤为有意义；
(2)本发明简单高效，成本低，绿色环保，工艺过程不造成二次污染，对于资源、能源匮乏的当今世界具有十分重要的科学意义和应用价值，更加符合循环经济的理念和建立节约型社会的战略要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
取0.5kg头发，用洗洁精清洗干净，搅碎，放入2.5kg溶解液(8M尿素、0.1M偏重亚硫酸钠和0.5M十二烷基磺酸钠(SDS))中，80℃，70r/min的速度震荡溶解40min。蛋白溶液室温放置交联，过滤干燥后。取100克交联样加入细菌(Escherichia coli1098-3,CGMCC No.8696)培养液1000mL，置摇床中，20℃，120r/min固定化24h，过滤得吸油海绵固定化菌的成品，20℃避光干燥。将开燥样放入100kg表面存有100g煤油的水体中，24h后，残油基本消失。
实施例2
取0.5公斤羽毛，用洗洁精清洗干净，搅碎，放入5kg溶解液(4M尿素、0.5M偏重亚硫酸钠和0.3M十二烷基磺酸钠(SDS))中，90℃，120r/min的速度震荡溶解30min。蛋白溶液室温放置交联，过滤干燥后。取100克交联样加入细菌(Pseudomonas mendocinaPalleroni,CGMCC No.1.871)培养液1000mL，置摇床中，30℃，150r/min固定化20h，过滤得吸油海绵固定化菌的成品，30℃避光干燥。将开燥样放入100kg表面存有100g柴油的水体中，48h后，残油基本消失。
实施例3
取0.5公斤羊毛，用洗洁精清洗干净，搅碎，放入10kg溶解液(0.5M尿素、0.01M偏重亚硫酸钠和0.05M十二烷基磺酸钠(SDS))中，100℃，200r/min的速度震荡溶解30min。蛋白溶液室温放置交联，过滤干燥后。取100克交联样加入细菌(Escherichia coli1098-3,CGMCC No.8696)培养液1000mL，置摇床中，20℃，120r/min固定化24h，过滤得吸油海绵固定化菌的成品，30℃避光干燥。将干燥样放入100kg表面存有100g煤油和煤油混和水体中，50h后，残油基本消失。

Claims (6)

1.一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，包括：
(1)将废弃角蛋白洗净、干燥得到干净物；然后将干净物剪碎后加入到溶解液中溶解，过滤去除残渣之后得到角蛋白溶液；
(2)将上述角蛋白溶液室温放置交联，过滤干燥后得到海绵样，加入细菌培养液进行细菌固定化，即得吸油解油材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的废弃角蛋白为羽毛、羊毛或头发。
3.根据权利要求1所述的一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中剪碎后的干净物与溶解液的固液比0.1-2:10。
4.根据权利要求1所述的一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的溶解液为0.5-8M尿素、0.01-0.1M偏重亚硫酸钠和0.05-0.5M十二烷基磺酸钠的混和液。
5.根据权利要求1所述的一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的溶解为于80℃-100℃，以70-200r/min的速度震荡溶解10-60min。
6.根据权利要求1所述的一种利用废弃角蛋白制备吸油解油材料的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的细菌固定化具体工艺为海绵样置摇床中，20-50℃，120r/min固定化6-24h，过滤得成品，0-30℃避光干燥。
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