羧基化膠原纖維吸附材料的制備及其對Cr(Ⅲ)的吸附性能研究.pdf

1、制革過程中會產(chǎn)生大量的固體廢棄物和鉻鞣廢水，對環(huán)境造成污染的同時還導致了嚴重的資源浪費，本研究以皮革固體廢棄物為原料提取膠原纖維并對其進行改性制備了一種吸附材料，能夠有效用于對鉻鞣廢水中Cr(Ⅲ)的去除。將吸附后材料水解用于皮革復鞣工序，以期實現(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，對提取的醋酸松弛膠原纖維(CF)進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CCF中的氨

2、基和羧基含量分別進行了測定，并通過掃描電鏡(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)、熱性能以及等電點進行了檢測和表征;并以反應程度為考察指標通過單因素實驗優(yōu)化得到了最佳的改性條件:反應摩爾比為n(GA)∶n(-NH2)=1.4，反應溫度為35℃，反應pH6.5，反應時間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，等電點為5.45。通過氨基封閉實驗和氨基酸分析對羧基化機理進行了初步研究，結(jié)果表明羧基化反應主要發(fā)生在膠原纖維的側(cè)鏈-NH2上，氨基封閉后羧基化反應程度顯著降低。
　　以鉻粉溶液為處理對象，通過單因素實驗方法分別研究了pH、溫度、時間、鉻液初始濃度、吸附劑用量和鹽離子濃度(Na+、Ca2+)對Cr(Ⅲ)吸附過程的影響，結(jié)果表

4、明:CCF對Cr(Ⅲ)具有較強的吸附能力，吸附過程中的最佳pH為4.5，最適溫度為40℃，反應在3h即可達到平衡;對于一定量的鉻液，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+)的存在會抑制吸附過程的進行，并且隨著鹽離子(Na+、Ca2+)濃度的增加，抑制作用增強，并且Ca2+的抑制作用比Na+更強。
　　以制革過程中產(chǎn)生的鉻鞣廢水為處理對象，對比研究了羧基化改性前后膠原纖維對廢水

5、中Cr(Ⅲ)的去除能力，結(jié)果表明:CCF對廢水中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)的存在對吸附過程的影響并不明顯，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。
　　關于羧基化膠原纖維對Cr(Ⅲ)的吸附動力學和吸附熱力學進行了研究，結(jié)果表明:該吸附體系屬于以化學吸附為主、兼有物理吸附的多分子層吸附，反應主要由化學機理控制。常溫和低溫下的動力學研究結(jié)果表明所制

6、備的CCF在常溫和低溫下對水體中的Cr(Ⅲ)仍具有較強的去除能力，可用于不同季節(jié)的含鉻廢水處理。
　　采用堿-酶結(jié)合法對吸附Cr(Ⅲ)后的羧基化膠原纖維(Cr-CCF)進行水解，通過FT-IR、凝膠滲透色譜(GPC)等現(xiàn)代儀器分析方法對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)、相對分子質(zhì)量分布情況進行了表征，并通過化學分析方法對其Cr(Ⅲ)含量進行了測定;以膠原蛋白提取率為考察指標通過單因素優(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％，堿處理溫度和時間分別為65℃和3h，堿性蛋白酶用量為0.25％，酶處理溫度和時間分別為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分子質(zhì)量為327g/mol，Cr(Ⅲ)含量為0.9137％(0.176mmol/g)。
　　以山羊皮藍濕革為處理對象，將所得到的含鉻膠原蛋白水解液用于皮革復鞣工序，并與含鉻單寧對比研究了其復鞣性能，通過單因素實驗考察了水解