以制革含铬革屑制备氨基酸液面肥原料的制备方法
技术领域
本发明涉及到解决制革的含铬革屑的污染,涉及到以制革含铬革屑制备叶面肥原料的制 备方法。
背景技术
中国是世界上最大的皮革生产国和消费国,每年的皮革产量约为1亿平方米,占世界总 产量的四分之一。烟台大学本发明公开了一种阻燃、耐黄变、低雾化牛皮汽车坐垫革制造工 艺201510694401.6,其生产工序为以无铵盐脱灰代替铵盐脱灰,以高温水洗来降低坐垫革的 雾化值,以复鞣、加脂和涂饰步步联防提高皮革的阻燃性能,以耐光性材料提高涂层的耐光 性的汽车坐垫革工艺,该工艺选择滚涂代替喷涂降低皮化材料使用量,研制开发阻燃、低雾 化、耐光、耐热、抗黄变的高性能汽车内饰革产品有着广阔的市场前景。
在中国已经形成了山东淄博、浙江海宁、福建晋江和河北辛集等为基地的皮革产业群。 高产能的同时也伴随着高废弃,中国制革企业每年产生的固体废弃物多达140万吨。每年都 有着数以百万计的制革废弃物被燃烧或掩埋,这使得大量的蛋白资源被浪费,同时也给相关 企业带来了巨额的处理费用。截止2016年8月1日,制革厂向外界输送的每一吨含铬革屑都 可以给他们带来600―1000的利润。但自2016年8月1日国家环保部发布的新版《国家危险 废弃物目录》中将含铬废弃物列为危险废弃物,并禁止填埋和焚烧后,制革企业每向外界输 送一吨含铬革屑就要倒贴600―1000元,以日产2000张皮革的中型制革厂为例,每年的革屑 处理费用就高达150多万元。这不仅给企业造成了巨额的处理费用,还会带来了大量的伴生 问题。
传统的革屑处理方式主要有将革屑脱铬处理后制作成工业明胶、生产再生皮革、人造革 植绒材料或化妆品,但在生产工业明胶的过程中很容易产生二次污染。而且每年用作生产再 生革或化妆品等方法的废弃革屑量的数量十分有限。相对于我国每年140万吨的革屑废弃量 来说,利用上述方法处理的革屑量只能是九牛一毛。制革厂革屑废弃物堆积如山,这占用了 大面积的存放地,产生巨额的管理费用,以及造成了大批的革屑资源浪费。
我国的耕地面积约20.24亿亩,目前我国每年化肥使用量约为5460万吨,而商品化的有 机肥用量仅1300万吨。化肥的长期使用会带来许多的危害。第一,导致土壤酸化;第二,导 致土壤胶体分散,土壤结构被破坏,土壤肥力下降;第三,化肥的大量使用还会引入大量的 非主要营养物质或者有毒物质,直接影响土壤中微生物的活动,有毒物质在土壤中的迁移还 可能对地下水造成潜在的危险。
目前有机肥仍因为价格居高不下,生产企业有机肥技术落后、转型滞后等原因而得不到 广泛使用,经计算,到2020年,全国商品有机肥的市场缺口将达到近900万吨。
水溶性肥料(叶面肥是水溶性肥料的一种)(Water Soluble Fertilizer,WSF),简称 水溶肥,是一种可以完全溶于水的多元复合肥料,与传统的过磷酸钙、造粒复合肥等品种相 比,水溶肥更容易被作物吸收,其有效吸收率比普通化肥高出一倍多,能够达到80%~90%, 且能够避免由于大量使用无机化肥使土壤中的N、P、K等元素超标而引起的土壤酸化、土壤 板结等问题,具有明显的优势。截至2016年,虽然我国水溶肥的产量与使用量已经超过240 万吨,但其市场份额仅占国内化肥市场总份额的1.6%~2.5%。
氨基酸叶面肥作为水溶性肥料的一种,具有吸收快、作用强、用量省、效率高四大优势, 能够提高农作物的产量,给农业生产带来巨大的经济效益。本项目生产叶面肥的原材料为制 革行业废弃物——含铬革屑。制革含铬革屑的主要成分是胶原蛋白,胶原蛋白水解的最终产 物是氨基酸,每年我国产生140万吨的固体废弃物,其中含铬革屑28万吨,每吨含铬革屑可 产生2~3吨的叶面肥,如果能够将革屑充分利用,将能生产出84万吨的叶面肥,而每吨叶面 肥的市场售价在5000元左右,那么将能够产生42亿元的经济效益。相比较2016年的水溶肥 的产量,我国的水溶肥量将能够增产1-2倍,同时,由于不需要对含铬革屑焚烧或者填埋, 因此既可预防环境污染,又能带来可观的经济效益,市场潜力巨大。
发明内容
本发明涉及到以制革含铬革屑制备叶面肥原料的制备方法,主要利用酸法进行处理(采 用硝酸、硫酸和酸液增效剂)替代传统的盐酸水解,同时采用硝酸、二苯甲烷双马来酰亚胺、 柠檬酸铵和物质B对残渣进行二次水解,并采用氢氧化钠对滤液中的铬进行沉淀,并用物质 C对其中的铬离子络合沉淀,达到去除滤液中铬离子的目的,本发明优势在于水解率高,残 渣剩余率少,滤液中铬离子量少,一次水解率可达到70%以上,二次水解率也可达到70%以上, 一次水解滤渣为30%以内,二次水解滤渣为30%以内,综合滤渣控制在10%以内。
本发明的技术方案如下:
以制革含铬革屑制备氨基酸液面肥原料的制备方法,其特征在于:
(1)、称取制革含铬革屑装于容器中,加入制革含铬革屑重量4~8倍的水,加入制革含铬革 屑重量5%~8%的硝酸、制革含铬革屑重量3%~6%的硫酸和制革含铬革屑重量0.2%~1.2%的 酸液增效剂,水解时间为5~24h,搅拌水解温度65~85℃,采用抽滤泵抽滤,所得上层为滤渣, 下层即为得所得滤液A;
(2)、将步骤(1)所得滤渣,加入3~6倍的水,再加入硝酸1~4%(滤渣重量为基数)、 二苯甲烷双马来酰亚胺1~2%(滤渣重量为基数)、柠檬酸铵3~5%(滤渣重量为基数)和物 质B0.6~4%(滤渣重量为基数),搅拌水解时间为7~12h,水解温度为75~95℃,得所得滤液 B;
(3)、合并滤液A和滤液B,加入氢氧化钠4~8%和物质C1~2%(均以滤液A和滤液B总 重量为基数),常温下搅拌30min,抽滤,得下层滤液C,即为氨基酸液面肥原料。
其中所述的酸液增效剂的制备方法为:将柠檬酸6.4重量份、二乙酸12重量份、乙二胺 四乙酸5.7重量份和13重量份水加入到三口瓶中搅拌混合,再向上述物质中加入醋酸铝3.2 重量份、羟基乙酸1.4重量份和双马来酰亚胺0.3重量份,80℃下反应3~8h,得酸液增效剂。
其中所述的物质B的制备方法为:将1,8-二羟基-3-羧基蒽醌12重量份、3,4-二羟基肉桂 酸0.6重量份和2-羟基乙胺1.6重量份和11重量份水加入到三口瓶中,60℃下加入2-甲基-2,4- 戊二醇1.7重量份,反应时间2~3h,再加入N,N-二乙基-1,4-苯二胺硫酸盐3.5重量份、双甘 膦1.4重量份和催化剂N-甲基-N-羟乙基苯胺1.0重量份,于77℃下反应1~3h,得物质B。
其中所述的物质C的制备方法为将醋酸锌1.6重量份、苯甲酸钠4.1重量份和硫酸铝钾 4.1重量份加入到三口烧瓶中,在往三口烧瓶中加入水16重量份,70℃下搅拌反应80~120min, 再向三口甁中加入亚氨基二乙酸二乙酯3.2重量份、乙交酯2.6重量份和乳化剂0.6重量份于 90℃下搅拌反应70min,得物质C。
乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、AEO(脂肪醇聚氧乙烯醚)的任意一种。
本发明的优势在于:
(1)制革废弃物中的重金属铬主要是以三价态的形式存在,在弱酸或弱碱条件下能被氧 化成可致癌的六价铬。作为重金属元素,若在人体或动物体富集,会造成极大的危害,所以 含铬固体废弃物要先进行处理才能排放,然而传统过程中的焚烧、掩埋等处理手段不仅会造 成铬污染,而且将宝贵的天然产物-蛋白质资源浪费。
(2)本发明涉及到以制革含铬革屑制备叶面肥原料的制备方法,主要利用酸法进行处理(采 用硝酸、硫酸和酸液增效剂)替代传统的盐酸水解,同时采用硝酸、二苯甲烷双马来酰亚胺、 柠檬酸铵和物质B对残渣进行二次水解,并采用氢氧化钠对滤液中的铬进行沉淀,并用物质 C对其中的铬离子络合沉淀,达到去除滤液中铬离子的目的,本发明优势在于水解率高,残 渣剩余率少,滤液中铬离子量少,一次水解率可达到70%以上,二次水解率也可达到70%以上, 一次水解滤渣为30%以内,二次水解滤渣为30%以内,综合滤渣控制在10%以内。
(3)亚氨基二乙酸二乙酯、乙交酯增强与滤液中铬离子的结合,降低滤液中的铬离子含量。
(4)醋酸铝和双马来酰亚胺增强络合与第一步的水解。
(5)2-甲基-2,4-戊二醇、N,N-二乙基-1,4-苯二胺硫酸盐、双甘膦和催化剂N-甲基-N-羟乙 基苯胺增强对残渣的水解。
具体实施方式
实例1
(1)准确称取制革含铬革屑35g于三口瓶中,加入4倍的水(140g),以革屑重量为基数, 加入硝酸5%、硫酸3%和酸液增效剂0.2%,水解时间为5h,搅拌水解温度65℃,采用抽滤泵 抽滤,所得上层为滤渣,下层即为得所得滤液A;
(2)步骤(1)所得滤渣称重,加入滤渣重量3倍的水,再加入滤渣重量1%的硝酸、滤渣重 量1%的二苯甲烷双马来酰亚胺、滤渣重量3%的柠檬酸铵和滤渣重量0.6%的物质B,搅拌水解 时间为7h,水解温度为75℃,得所得滤液B;
(3)合并滤液A和滤液B,加入滤液A和滤液B总重量4%的氢氧化钠和滤液A和滤液B总重 量1%的物质C,使溶解在滤液中的铬离子沉淀,常温下搅拌30min,抽滤,得下层滤液C,即 为氨基酸液面肥原料。
其中所述的酸液增效剂的制备方法为:将柠檬酸6.4g、二乙酸12g、乙二胺四乙酸5.7g 和13g水加入到三口瓶中搅拌混合,再向上述物质中加入醋酸铝3.2g、羟基乙酸1.4g和双 马来酰亚胺0.3g,80℃下反应3h,得酸液增效剂。
其中所述的物质B的制备方法为:将1,8-二羟基-3-羧基蒽醌12g、3,4-二羟基肉桂酸0.6g 和2-羟基乙胺1.6g和11g水加入到三口瓶中,60℃下加入2-甲基-2,4-戊二醇1.7g,反应 时间2h,再加入N,N-二乙基-1,4-苯二胺硫酸盐3.5g、双甘膦1.4g和催化剂N-甲基-N-羟乙 基苯胺1.0g,于77℃下反应1h,得物质B。
其中所述的物质C的制备方法为将醋酸锌1.6g、苯甲酸钠4.1g和硫酸铝钾4.1加入到三 口烧瓶中,在往三口烧瓶中加入水16g,70℃下搅拌反应80min,再向三口甁中加入亚氨基二 乙酸二乙酯3.2g、乙交酯2.6g和十二烷基苯磺酸钠0.6g于90℃下搅拌反应70min,得物质 C。
实例2
(1)准确称取制革含铬革屑35g于三口瓶中,加入8倍的水(以革屑重量为基础,下同), 加入硝酸8%、硫酸6%和酸液增效剂1.2%,水解时间为24h,搅拌水解温度85℃,采用抽滤 泵抽滤,所得上层为滤渣,下层即为得所得滤液A;
(2)步骤(1)所得滤渣称重,加入6倍的水(滤渣重量为依据,下同),再加入硝酸4%、 二苯甲烷双马来酰亚胺2%、柠檬酸铵5%和物质B4%,搅拌水解时间为12h,水解温度为95℃, 得所得滤液B;
(3)合并滤液A和滤液B,加入氢氧化钠8%(滤液A和滤液B总重量为依据,下同)和物质 C2%,使溶解在滤液中的铬离子沉淀,常温下搅拌30min,抽滤,得下层滤液C,即为氨基酸 液面肥原料。
其中所述的酸液增效剂的制备方法为:将柠檬酸6.4g、二乙酸12g、乙二胺四乙酸5.7g 和13g水加入到三口瓶中搅拌混合,再向上述物质中加入醋酸铝3.2g、羟基乙酸1.4g和双 马来酰亚胺0.3g,80℃下反应8h,得酸液增效剂。
其中所述的物质B的制备方法为:将1,8-二羟基-3-羧基蒽醌12g、3,4-二羟基肉桂酸 0.6g和2-羟基乙胺1.6g和11g水加入到三口瓶中,60℃下加入2-甲基-2,4-戊二醇1.7g,反应时间3h,再加入N,N-二乙基-1,4-苯二胺硫酸盐3.5g、双甘膦1.4g和催化剂N-甲基-N-羟乙基苯胺1.0g,于77℃下反应3h,得物质B。
其中所述的物质C的制备方法为将醋酸锌1.6g、苯甲酸钠4.1g和硫酸铝钾4.1加入到三 口烧瓶中,在往三口烧瓶中加入水16g,70℃下搅拌反应120min,再向三口甁中加入亚氨基 二乙酸二乙酯3.2g、乙交酯2.6g和十二烷基硫酸钠0.6g于90℃下搅拌反应70min,得物质 C。
实例3
(1)准确称取制革含铬革屑35g于三口瓶中,加入6倍的水(以革屑重量为基础),加入硝 酸6.5%、硫酸4.5%和酸液增效剂0.7%,水解时间为14.5h,搅拌水解温度75℃,采用抽滤 泵抽滤,所得上层为滤渣,下层即为得所得滤液A;
(2)步骤(1)所得滤渣称重,加入4.5倍的水(以滤渣重量为依据,下同),再加入硝酸 2.5%、二苯甲烷双马来酰亚胺1.5%、柠檬酸铵4%和物质B2.3%,搅拌水解时间为9.5h,水解 温度为85℃,得所得滤液B;
(3)合并滤液A和滤液B,加入氢氧化钠6%(滤液A和滤液B总重量为依据)和物质C1.5%, 使溶解在滤液中的铬离子沉淀,常温下搅拌30min,抽滤,得下层滤液C,即为氨基酸液面肥 原料。
其中所述的酸液增效剂的制备方法为:将柠檬酸6.4g、二乙酸12g、乙二胺四乙酸5.7g 和13g水加入到三口瓶中搅拌混合,再向上述物质中加入醋酸铝3.2g、羟基乙酸1.4g和双 马来酰亚胺0.3g,80℃下反应5.5h,得酸液增效剂。
其中所述的物质B的制备方法为:将1,8-二羟基-3-羧基蒽醌12g、3,4-二羟基肉桂酸0.6g 和2-羟基乙胺1.6g和11g水加入到三口瓶中,60℃下加入2-甲基-2,4-戊二醇1.7g,反应 时间2.5h,再加入N,N-二乙基-1,4-苯二胺硫酸盐3.5g、双甘膦1.4g和催化剂N-甲基-N- 羟乙基苯胺1.0g,于77℃下反应2h,得物质B。
其中所述的物质C的制备方法为将醋酸锌1.6g、苯甲酸钠4.1g和硫酸铝钾4.1加入到三 口烧瓶中,再往三口烧瓶中加入水16g,70℃下搅拌反应100min,再向三口甁中加入亚氨基 二乙酸二乙酯3.2g、乙交酯2.6g和AEO(脂肪醇聚氧乙烯醚)0.6g于90℃下搅拌反应70min, 得物质C。
实例4
(1)准确称取制革含铬革屑35g于三口瓶中,加入4倍的水(以革屑重量为基础,下同), 加入硝酸5%、硫酸3%和酸液增效剂0.2%,水解时间为5h,搅拌水解温度65℃,采用抽滤泵 抽滤,所得上层为滤渣,下层即为得所得滤液A;
(2)步骤(1)所得滤渣称重,加入6倍的水(滤渣重量为基数,下同),再加入硝酸4%、 二苯甲烷双马来酰亚胺2%、柠檬酸铵5%和物质B4%,搅拌水解时间为12h,水解温度为95℃, 得所得滤液B;
(3)合并滤液A和滤液B,加入氢氧化钠8%和物质C2%(均以滤液A和滤液B总重量为基数), 使溶解在滤液中的铬离子沉淀,常温下搅拌30min,抽滤,得下层滤液C,即为氨基酸液面肥 原料。
其中所述的酸液增效剂的制备方法为:将柠檬酸6.4g、二乙酸12g、乙二胺四乙酸5.7g 和13g水加入到三口瓶中搅拌混合,再向上述物质中加入醋酸铝3.2g、羟基乙酸1.4g和双 马来酰亚胺0.3g,80℃下反应8h,得酸液增效剂。
其中所述的物质B的制备方法为:将1,8-二羟基-3-羧基蒽醌12g、3,4-二羟基肉桂酸0.6g 和2-羟基乙胺1.6g和11g水加入到三口瓶中,60℃下加入2-甲基-2,4-戊二醇1.7g,反应 时间2~3h,再加入N,N-二乙基-1,4-苯二胺硫酸盐3.5g、双甘膦1.4g和催化剂N-甲基-N- 羟乙基苯胺1.0g,于77℃下反应3h,得物质B。
其中所述的物质C的制备方法为将醋酸锌1.6g、苯甲酸钠4.1g和硫酸铝钾4.1加入到三 口烧瓶中,在往三口烧瓶中加入水16g,70℃下搅拌反应80~120min,再向三口甁中加入亚氨 基二乙酸二乙酯3.2g、乙交酯2.6g和十二烷基苯磺酸钠0.6g于90℃下搅拌反应70min,得 物质C。
实例5
(1)准确称取制革含铬革屑35g于三口瓶中,加入8倍的水(以革屑重量为基础,下同), 加入硝酸8%、硫酸6%和酸液增效剂1.2%,水解时间为24h,搅拌水解温度85℃,采用抽滤 泵抽滤,所得上层为滤渣,下层即为得所得滤液A;
(2)步骤(1)所得滤渣称重,加入3倍的水(滤渣重量为基数,下同),再加入硝酸1%、 二苯甲烷双马来酰亚胺1%、柠檬酸铵3%和物质B0.6%,搅拌水解时间为7h,水解温度为75℃, 得所得滤液B;
(3)合并滤液A和滤液B,加入氢氧化钠4%和物质C2%(均以滤液A和滤液B总重量为基数), 溶解在滤液中的铬离子沉淀,常温下搅拌30min,抽滤,得下层滤液C,即为氨基酸液面肥原 料。
其中所述的酸液增效剂的制备方法为:将柠檬酸6.4g、二乙酸12g、乙二胺四乙酸5.7g 和13g水加入到三口瓶中搅拌混合,再向上述物质中加入醋酸铝3.2g、羟基乙酸1.4g和双 马来酰亚胺0.3g,80℃下反应8h,得酸液增效剂。
其中所述的物质B的制备方法为:将1,8-二羟基-3-羧基蒽醌12g、3,4-二羟基肉桂酸0.6g 和2-羟基乙胺1.6g和11g水加入到三口瓶中,60℃下加入2-甲基-2,4-戊二醇1.7g,反应 时间3h,再加入N,N-二乙基-1,4-苯二胺硫酸盐3.5g、双甘膦1.4g和催化剂N-甲基-N-羟乙 基苯胺1.0g,于77℃下反应1~3h,得物质B。
其中所述的物质C的制备方法为将醋酸锌1.6g、苯甲酸钠4.1g和硫酸铝钾4.1加入到三 口烧瓶中,在往三口烧瓶中加入水16g,70℃下搅拌反应80min,再向三口甁中加入亚氨基二 乙酸二乙酯3.2g、乙交酯2.6g和十二烷基硫酸钠0.6g于90℃下搅拌反应70min,得物质C。
测试方法:原子吸收分光光度计采用石墨炉法对碱水解液进行铬含量测定。通过元素分 析仪,水解率以常规测试方法进行测试。
表1测试数据
从表1可以发现,其第一步和第二步的水解率都比较高,总体所得滤渣的水解率属于比较 高。
表2测试数据(未加酸液增效剂)
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实例1 |
实例2 |
实例3 |
实例4 |
实例5 |
第一步水解率/% |
51.4 |
53.5 |
55.7 |
56.5 |
52.8 |
从表2可以发现,未加酸液增效剂的水解率较低。
表3测试数据(加酸液增效剂,未加双马来酰亚胺)
|
实例1 |
实例2 |
实例3 |
实例4 |
实例5 |
第一步水解率/% |
56.2 |
59.7 |
59.2 |
58.5 |
56.7 |
从表3可以发现,加酸液增效剂(而未加双马来酰亚胺)的水解率较低。
表4测试数据(未加物质B)
|
实例1 |
实例2 |
实例3 |
实例4 |
实例5 |
第二步水解率/% |
63.4 |
66.7 |
67.3 |
61.8 |
63.8 |
第二步滤渣/% |
34.2 |
35.8 |
36.9 |
37.6 |
39.9 |
从表4可以发现,其第二步的水解率都比较低,总体所得滤渣的残留量高。
表5测试数据(加物质B,未加双甘膦)
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实例1 |
实例2 |
实例3 |
实例4 |
实例5 |
第二步水解率/% |
68.6 |
67.8 |
69.6 |
67.9 |
64.9 |
第二步滤渣/% |
31.3 |
29.8 |
31.5 |
30.8 |
30.9 |
从表5可以发现,其第二步的水解率都比较低,总体所得滤渣的残留量高。
表6测试数据(未加物质C)
从表6可以发现,未加物质C滤液中铬含量比较高。
表7测试数据(加物质C,未加亚氨基二乙酸二乙酯)
从表7可以发现,未加亚氨基二乙酸二乙酯的滤液中铬含量比较高。
表8测试数据(加物质C,未加乙交酯)
从表8可以发现,未加乙交酯的滤液中铬含量比较高。