CN107159137A - 一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法 - Google Patents

一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由鸡毛提取可溶性角蛋白后剩余的不溶性角蛋白残渣制作海绵垫的方法，以及海绵垫对有害气体丙酮的有效吸附效果，属于可降解包装材料领域。其特征在于：本发明属于废弃物二次利用，角蛋白海绵垫可生物降解，绿色环保，且具有机械性能好、比表面积大、孔隙率高等特点；对于有害气体丙酮的吸附效果良好，随着孔隙率的增大对丙酮的吸附率增大，孔隙率的增大可以增加与丙酮气体的接触面积，增大吸附量，缩短吸附平衡时间，从而达到高效吸附环境中的丙酮气体的作用。角蛋白结构中含有极性基团，对极性分子具有吸附性，角蛋白海绵垫对丙酮的挥发性气体的吸附性能，可作为其对挥发性有机气体中极性分子吸附能力的重要指标。

Description

一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法
技术领域
本发明属于吸附材料领域，特别涉及一种高效吸附有机挥发性气体丙酮的鸡毛残渣角蛋白海绵垫。
背景技术
废弃鸡毛是家禽鸡加工过程中产生的副产物，据估计，我国禽类以及羽绒加工业每年产生的羽毛副产物能高达几百万吨，而全球可产生上亿吨。一般来说，鸡毛的产量是活重的7.6％～8.6％，鸡毛角蛋白中富含甘氨酸、苏氨酸、组氨酸等多种动物必需的氨基酸，并且角蛋白含量高达80％以上。
目前，鸡毛一般是通过简单加工后制作成装饰品、鸡毛掸子，或制成角蛋白粉添加到动物饲料中，但大部分都会作为废弃物掩埋或者丢弃。羽毛难降解，并且在降解过程中易滋生致病菌，处理不当不仅造成资源的浪费，同时也会污染环境和对人类的生活造成一定的威胁。目前很多研究工作者对羽毛的再利用进行了研究，提取羽毛中的角蛋白经过提纯及化学处理后已在材料、医学、生物等领域取得比较广泛的应用，而对提取后剩余的羽毛角蛋白残渣少有研究。
由于羽毛角蛋白海绵垫具有丰富的孔结构以及角蛋白结构中含有大量的极性基团(－COOH、－NH2、－OH等)，对极性分子具有一定的吸附性。丙酮分子中含有活泼的基团－羰基，羰基具有还原性，易发生加成反应。常温下，羰基即可与角蛋白中的羟基等发生反应，生成半缩醛和半缩酮。丙酮是典型的弱极性小分子有机化合物，是挥发性有机气体中最具代表性的酮类化合物，因而角蛋白海绵垫对丙酮的挥发性气体的吸附性能，可作为其对挥发性有机气体中极性分子吸附能力的重要指标。挥发性有机气体广泛存在于我们的日常生活中，在家庭或办公场合部分装修装潢过程中会添加丙酮、甲醛等有机物以改善性能，而这类有机物在空气中缓慢释放，浓度低但却长期存在，人们长期接触这些气体，会对中枢神经系统产生麻痹作用，并伴有乏力、头晕、恶心、易激动等症状，对人类的生产生活造成了一定的威胁。
发明内容
本发明对鸡毛进行废物再利用，提供了一种可高效吸附有机挥发性气体(丙酮)的角蛋白海绵垫及其制备方法。
本发明的技术方案要点为：
将废弃的鸡毛清洗干净，在60℃下烘干，使用搅拌机将羽毛打碎后装袋备用。采用还原C法提取溶解性鸡羽毛角蛋白后，将剩余的角蛋白残渣多次蒸馏水洗涤去掉残留的尿素和SDS等反应物，添加一定量的增塑剂甘油(2％～8％)，搅拌混合均匀后，将残渣均匀平铺在玻璃培养皿中放在冷冻干燥机中干燥，制得鸡毛角蛋白海绵衬垫。
所述的鸡羽毛包括羽绒、羽杆、羽茎或羽毛粉。
所述的还原C法提取角蛋白具体实验方法为：在烧杯中加入一定质量比(1NaHSO3：0.5SDS：4.8尿素：10蒸馏水)的亚硫酸氢钠、十二烷基硫酸钠(SDS)、尿素(脲)、蒸馏水，将药品在30～60℃下微热溶解至溶液清澈后再倒入羽毛中.混合均匀后将混合物在60～ 90℃、氮气保护下水浴加热2～6h，每隔1小时对反应物进行搅拌并观察其溶解状况。还原反应结束后，取出产物用蒸馏水过滤清洗，分别收集滤渣和滤液。
所述的冷冻干燥机干燥制得海绵垫的具体试验方法为：使用冷冻干燥机－50℃先冷冻24h，温度变化－50～35℃升温，升温变化为1～2h，真空度4～6Pa。
将鸡毛角蛋白海绵垫裁成形状、大小相同的试样，置于鼓凤干燥箱中于60℃下干燥至恒重，将吸附实验容器置于烘箱中烘干，尽量降低空气中的水分对其吸附效果的影响。称取一定量的羽毛角蛋白海绵垫试样，用量筒杯取25ml丙酮试剂，将称量好的试样和装有丙酮试剂的量筒杯放入密闭容器中，瓶口用保鲜膜密封，然后把密闭容器于遮光条件下放在恒温恒湿干燥箱中，进行吸附实验。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明制得的鸡毛角蛋白海绵垫，具有机械性能好、比表面积大、孔隙率高等特点，可以增加与丙酮气体的接触面积，增大吸附量，缩短达到吸附平衡的时间，高效吸附环境中的有机挥发性气体丙酮。
(2)本发明是对废弃物鸡毛的再利用，并且是对鸡毛提取角蛋白后剩余的残渣的再利用，充分利用废弃物，并且制得的角蛋白海绵垫可生物降解，绿色环保。
附图说明：
图1为实施例2得到的鸡毛残渣角蛋白海绵垫(SEM)图。图2 为实施例2得到的鸡毛残渣角蛋白海绵垫傅立叶红外光谱(FT－IR) 图。图3为实施例2得到的鸡毛残渣角蛋白海绵垫图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1:
在烧杯中加入亚硫酸氢钠10g、十二烷基硫酸钠(SDS)5g、尿素(脲)48g、蒸馏水100g，将药品在30℃下微热溶解至溶液清澈后再加入羽毛10g。混合均匀后将混合物在75℃、氮气保护下水浴加热 3h，每隔1小时对反应物进行搅拌并观察其溶解状况。还原反应结束后，过滤并多次洗涤角蛋白残渣以去掉残留的尿素和SDS等反应物，然后添加2％(质量分数)的甘油，置于冷冻干燥机中干燥，得角蛋白海绵垫。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫拉伸强度和断裂伸长率为4.15MPa和 6.66％。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫的孔隙率为81.98％。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫对丙酮气体的吸附量为186.3mg/g·24h。
实施例2:
在烧杯中加入亚硫酸氢钠10g、十二烷基硫酸钠(SDS)5g、尿素(脲)48g、蒸馏水100g，将药品在30℃下微热溶解至溶液清澈后再加入羽毛15g。混合均匀后将混合物在85℃、氮气保护下水浴加热4h，每隔1小时对反应物进行搅拌并观察其溶解状况。还原反应结束后，过滤并多次洗涤角蛋白残渣以去掉残留的尿素和SDS等反应物，然后添加4％(质量分数)的甘油，置于冷冻干燥机中干燥，得角蛋白海绵垫如图3所示。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫拉伸强度和断裂伸长率为5.04MPa和 8.6％。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫的孔隙率为82.59％。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫对丙酮气体的吸附量为205.4mg/g·24h。
实施例3:
在烧杯中加入亚硫酸氢钠10g、十二烷基硫酸钠(SDS)5g、尿素(脲)48g、蒸馏水100g，将药品在30℃下微热溶解至溶液清澈后再加入羽毛8g。混合均匀后将混合物在90℃、氮气保护下水浴加热6h，每隔1小时对反应物进行搅拌并观察其溶解状况。还原反应结束后，过滤并多次洗涤角蛋白残渣以去掉残留的尿素和SDS等反应物，然后添加8％的甘油，置于冷冻干燥机中干燥，得角蛋白海绵垫。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫拉伸强度和断裂伸长率为3.97MPa和 7.14％。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫的孔隙率为49.87％。
所述的一种吸附丙酮气体的鸡毛残渣角蛋白海绵垫及其制备方法，其特征在于，角蛋白海绵垫对丙酮气体的吸附量为149.8mg/g·24h。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明精神实质与原理的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.鸡毛角蛋白海绵垫制造工艺，是以废弃鸡毛为原料，经过清洗、漂白、干燥后通过添加化学试剂运用还原法提取可溶性角蛋白后，利用剩余的不溶性角蛋白残渣通过添加增塑剂适当改性后经冷冻干燥制成海绵垫，应用于环境中有害气体的吸附去除。
2.鸡毛角蛋白海绵垫对环境中有害气体丙酮的吸附去除性能研究，将鸡毛角蛋白海绵垫裁成形状、大小相同的试样，置于鼓凤干燥箱中于60℃下干燥至恒重，将吸附实验容器置于烘箱中烘干，尽量降低空气中的水分对其吸附效果的影响。称取一定量的羽毛角蛋白海绵垫试样，用量筒杯取25ml丙酮试剂，将称量好的试样和装有丙酮试剂的量筒杯放入密闭容器中，瓶口用保鲜膜密封，然后把密闭容器于遮光条件下放在恒温恒湿干燥箱中，进行吸附实验。
3.根据权利要求1所述：鸡毛角蛋白海绵垫其制造工艺特征之一在于以鸡毛为原料，因为鸡毛来源广泛，成本低，是对废弃物的二次利用。
4.根据权利要求1所述：鸡毛角蛋白海绵垫其制造工艺特征之二是使用还原法处理，NaHSO3作为还原剂，将鸡毛中的二硫键还原成－SH基；采用十二烷基硫酸钠(SDS)作为稳定剂，可使角蛋白分子聚集为胶束隔绝空气，阻止其再次形成二硫键；采用尿素作为变性剂，可使角蛋白溶胀至部分溶解。其中要求保护使用还原剂的种类：亚硫酸盐、金属硫化物、留待硫酸盐、硼氢化钠、三丁基磷化氢、糖醇或DMH；要求保护使用稳定剂的种类不限于十二烷基硫酸钠；要求保护使用变性剂的种类不限于尿素。
5.根据权利要求1所述鸡：鸡毛角蛋白海绵垫其制造工艺特征之三是利用最终剩余的不可溶角蛋白残渣，经过蒸馏水不停洗涤后逐渐变白，添加增塑剂改性后经过冷冻干燥后可制得具有丰富孔隙的角蛋白海绵垫。其中要求保护使用增塑剂的种类：甘油、山梨醇或聚乙二醇。
6.根据权利要求1所述鸡毛角蛋白海绵垫其制造工艺特征之四是冷冻干燥24～32小时，温度变化-40℃～35℃，升温1～2℃/小时，真空度6～4Pa。
7.根据权利要求2所述鸡毛角蛋白海绵垫其丙酮吸附试验特征之一是恒温恒湿箱中温度为温度为20℃和湿度为65％。
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