CN116459807A - 一种改性角蛋白基甲醛吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性角蛋白基甲醛吸附剂及其制备方法。本发明以废弃羽毛为原料，使用含尿素、十二烷基硫酸钠和焦亚硫酸钠的水解液提取得到角蛋白，然后将角蛋白与改性剂通过化学接枝进行改性，制得改性角蛋白吸附剂。该改性角蛋白吸附剂可有效去除水溶液中的甲醛，吸附量可达132.4mg/g。本发明首次将接枝改性角蛋白基材料应用于水溶液中甲醛的吸附，制备过程简单，成本低，是一种具有产业化应用前景的吸附材料。
Description
技术领域
本发明属于生物基吸附材料制备技术领域，具体涉及一种改性角蛋白基甲醛吸附剂及其制备方法。
背景技术
甲醛是应用较为广泛的化学污染物之一，废水中高浓度甲醛会抑制人体免疫系统，短期接触会造成皮炎和粘膜刺激，长期接触会使身体发生癌变，例如鼻窦癌、鼻咽癌、脑癌、前列腺癌以及白血病等，所以甲醛已经被列为一种已知的人类致癌物。甲醛作为一种有毒物质产生于许多工业过程的废水中，包括石油和石化工业、染色、胶水和树脂制造、纺织等，在进入环境之前有必要对产生的废物进行处理。因此，选择一种合适的方法来去除这些有毒污染物是石油和石化工业废水处理讨论中最重要的挑战之一。目前，处理甲醛废水的方式有生物法、物理法和化学法，而吸附法是去除废水中甲醛的有效方法之一，所以亟需开发一种绿色、高效、且具有经济效益的吸附材料。
角蛋白是一种可再生的生物质材料，是羊毛、羽毛、人发等中富含的结构纤维蛋白，生物相容性和降解性良好，来源广泛且成本低廉。目前，没有以角蛋白为原料制备改性角蛋白吸附剂，并用于去除水溶液中甲醛的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性角蛋白吸附剂的制备方法，利用该方法制得的改性角蛋白吸附剂能有效去除水溶液中的甲醛，为后续开发甲醛材料提供了重要的参考价值。
本发明采取的技术方案如下：
一种改性角蛋白基甲醛吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃羽毛清洗干净，干燥，剪碎，加入水解液在50-100℃下搅拌1-2h，然后过滤收集滤液，往滤液中加入无水硫酸钠至溶液饱和，析出角蛋白，经水洗，冷冻干燥，得到角蛋白；
(2)将角蛋白、改性剂和水混合，40-80℃静置，得到凝胶固体，经水洗、冷冻干燥，得到改性角蛋白基甲醛吸附剂。
优选的，步骤(1)中的水解液的制备步骤为：取48g尿素、5.76g十二烷基硫酸钠、9.5g焦亚硫酸钠加入100-500mL去离子水，加热溶解。
优选的，步骤(1)中的羽毛在水解液中的浓度为50-200g/L。
优选的，步骤(2)中的角蛋白与改性剂的质量比为1:0.5-1.5。
优选的，步骤(2)中的角蛋白与水混合后的浓度为50-200g/L。
优选的，步骤(2)中的改性剂为聚乙烯亚胺(PEI)、二烯丙胺(DA)、丙烯酰胺(AAm)中的一种或几种。
另一方面，本发明还提供一种改性角蛋白基甲醛吸附剂，是由上述的制备方法制备得到。
另一方面，本发明还提供所述的改性角蛋白基甲醛吸附剂在去除甲醛中的应用。优选的，是在去除水溶液中的甲醛的应用。
本发明的技术优势：
(1)本发明首次将功能接枝改性的角蛋白材料用于水溶液中甲醛的吸附，为后续开发具有产业化应用前景的甲醛吸附材料提供参考。
(2)与现有的技术相比，本发明所使用的原料为废弃羽毛，使废弃资源充分得到资源化利用，而且还降低了生产成本。
(3)本发明所得到的吸附材料对甲醛有较好的吸附效果，而且通过表征数据分析发现，吸附原理可能是甲醛与吸附材料上的活性官能团发生了化学反应，因而达到彻底除去甲醛的效果，最后利用过的吸附材料还具有生物降解性，不会对环境造成二次污染。
附图说明
图1为角蛋白(a)、改性角蛋白材料(b)、吸附后的改性角蛋白材料(c)的红外谱图。
图2为角蛋白(a)、改性角蛋白材料(b)、吸附后的改性角蛋白材料(c)的SEM谱图。
图3为实施例4制备的吸附材料的吸附量与甲醛初始浓度的关系图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1
1)收集废弃鸭毛，将其清洗干净、烘干、剪碎备用，得到预处理的羽毛。
2)称取48g尿素、5.76g十二烷基硫酸钠、9.5g焦亚硫酸钠加入100mL去离子水，加热至70℃使其溶解，得到水解液。
3)称取10g预处理的羽毛加入100mL水解液，在70℃下搅拌溶解1.5h，过滤收集滤液。
4)往滤液中加入无水硫酸钠至溶液饱和，析出角蛋白，经水洗，冷冻干燥，得到角蛋白粉末。
实施例2
1)收集废弃鸭毛，将其清洗干净、烘干、剪碎备用，得到预处理的羽毛。
2)称取48g尿素、5.76g十二烷基硫酸钠、9.5g焦亚硫酸钠加入100mL去离子水，加热至70℃使其溶解，得到水解液。
3)称取10g预处理的羽毛加入100mL水解液，在70℃下搅拌溶解1.5h，过滤收集滤液。
4)往滤液中加入无水硫酸钠至溶液饱和，析出角蛋白，经水洗，冷冻干燥，得到角蛋白粉末。
5)称取1g角蛋白粉末和0.5g聚乙烯亚胺(PEI)加入10mL水，混合均匀，放置在45℃的烘箱中静置18h得到改性角蛋白凝胶，经水洗、冷冻干燥得到改性角蛋白固体。
实施例3
制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于：步骤3)的操作方法为：称取10g预处理的羽毛加入100mL水解液，在70℃下搅拌溶解1h，过滤收集滤液。
实施例4
制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于：步骤5)的操作方法为：称取1g角蛋白粉末和1.5g聚乙烯亚胺(PEI)加入10mL水，混合均匀，放置在45℃的烘箱中静置18h得到改性角蛋白凝胶，经水洗、冷冻干燥得到改性角蛋白固体。
实施例5
制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于：步骤5)的操作方法为：称取1g角蛋白粉末和1g二烯丙胺(DA)加入10mL水，混合均匀，放置在45℃的烘箱中静置18h得到改性角蛋白凝胶，经水洗、冷冻干燥得到改性角蛋白固体。
性能测试
为了检测本发明所制备的改性角蛋白基材料吸附水中甲醛的效果，提供以下测试实验：
1.实验方法
分别称取0.05g的预处理的羽毛(实施例1的步骤1)制得)、角蛋白(实施例1制得)、不同改性条件下的角蛋白复合材料(实施例2-5制得)，加入50mL初始溶度为100mg/L的甲醛水溶液中，在室温下放入转速为200rpm的摇床中震荡一段时间，再离心分离，测定液体的浓度，实验重复三次。
接枝改性角蛋白的甲醛吸附量Qe的计算公式：
式中：m(g)为吸附材料的质量；C0(mg/L)为水中甲醛的初始溶度；Ce(mg/L)为吸附平衡时刻水中甲醛的浓度；V(mL)为水溶液的体积。
2.试验结果
根据上述的实验方法测得预处理的羽毛对水中甲醛的吸附量为1.2mg/g，角蛋白对甲醛的吸附量为6.2mg/g，而将角蛋白与功能单体进行接枝后的角蛋白基材料对甲醛的吸附量达到42.5-132.4mg/g，吸附量提高了十多倍。
角蛋白(实施例1制得)、改性角蛋白材料(实施例4制得)、吸附后的改性角蛋白材料(实施例4制得)的红外谱图如图1所示，SEM谱图如图2所示。改性角蛋白材料(实施例4制得)的吸附量与甲醛初始浓度(50-300mg/L)的关系图如图3所示。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种改性角蛋白基甲醛吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废弃羽毛清洗干净，干燥，剪碎，加入水解液在50-100℃下搅拌1-2h，然后过滤收集滤液，往滤液中加入无水硫酸钠至溶液饱和，析出角蛋白，经水洗，冷冻干燥，得到角蛋白；
(2)将角蛋白、改性剂和水混合，40-80℃静置，得到凝胶固体，经水洗、冷冻干燥，得到改性角蛋白基甲醛吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的水解液的制备步骤为：取48g尿素、5.76g十二烷基硫酸钠、9.5g焦亚硫酸钠加入100-500mL去离子水，加热溶解。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的羽毛在水解液中的浓度为50-200g/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的角蛋白与改性剂的质量比为1:0.5-1.5。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的角蛋白与水混合后的浓度为50-200g/L。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的改性剂为聚乙烯亚胺、二烯丙胺、丙烯酰胺中的一种或几种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的改性角蛋白基甲醛吸附剂。
8.权利要求7所述的改性角蛋白基甲醛吸附剂在去除甲醛中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，是在去除水溶液中的甲醛的应用。
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2023
- 2023-05-26 CN CN202310607260.4A patent/CN116459807B/zh active Active
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Non-Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116459807B (zh) | 2024-07-09 |
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