羧基化胶原纤维吸附材料的制备及其对Cr(Ⅲ)的吸附性能研究.pdf

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1、瞎压料技大筝论文题目：羧基化胶原纤维吸附材料的制备及其对Cr(III)的吸附性能研究学科门类：工学一级学科：轻工技术与工程培养单位：资源与环境学院硕士生：步巧巧导师：王学川教授强涛涛副教授2014年5月THEPREPARATIoNoFCARBoXYLATEDCoLLAGENFIBERSANDITSSTUDYoNADSoRPTIoNoFCr(III)AThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegr

2、eeofMasterofEngineeringScienceByQiaoqiaoBuThesis(Dissertation)Supervisor：ProfessorXuechuanWangAssociateProfessorTaotaoQiangMay,2014羧基化胶原纤维吸附材料的制备及其对Cr(III)的吸附性能研究摘要制革过程中会产生大量的固体废弃物和铬鞣废水，对环境造成污染的同时还导致了严重的资源浪费，本研究以皮革固体废弃物为原料提取胶原纤维并对其进行改性制备了一种吸附材料，能够有效用于对铬鞣废水中Cr(III、)的去除。将吸附后材料水解用

3、于皮革复鞣工序，以期实现皮革行业内部废水与固废物的有效循环利用。以乙醛酸(GA)为改性试剂，对提取的醋酸松弛胶原纤维(CF)进行改性制备羧基化胶原纤维(CCF)，采用水杨醛法和Boehm滴定法对CCF中的氨基和羧基含量分别进行了测定，并通过扫描电镜(SEM)、比表面积／孔隙率(BET)、红外光谱(FT-IR)、示差扫描量热(DSC)、电位滴定等现代仪器方法对CCF的组织形态、比表面积、分子结构、热性能以及等电点进行了检测和表征；并以反应程度为考察指标通过单因素实验优化得到了最佳的改性条件：反应摩尔比为n(GA)：n(-NH2)=1．4，反应温度为35

4、℃，反应pH6．5，反应时间5h；在此条件下得到的胶原纤维吸附材料中氨基含量为1．58％(O．9875mmol／g)，羧基含量为9．82％(2．135mmol／g)，比表面积为4．6942m2／g，等电点为5．45。通过氨基封闭实验和氨基酸分析对羧基化机理进行了初步研究，结果表明羧基化反应主要发生在胶原纤维的侧链-NH2上，氨基封闭后羧基化反应程度显著降低。以铬粉溶液为处理对象，通过单因素实验方法分别研究了pH、温度、时间、铬液初始浓度、吸附剂用量和盐离子浓度(Na+、Ca2+)对Cr(III)吸附过程的影响，结果表明：CCF对Cr(III)具有较强

5、的吸附能力，吸附过程中的最佳pH为4。5，最适温度为40。C，反应在3h即可达到平衡；对于一定量的铬液，吸附容量随铬液初始浓度的增大而增加，随着吸附剂用量的增加而减小；溶液中盐离子(Na+、Ca2+)的存在会抑制吸附过程的进行，并且随着盐离子(Na+、Ca2+)浓度的增加，抑制作用增强，并且Ca2+的抑制作用比Na+更强。以制革过程中产生的铬鞣废水为处理对象，对比研究了羧基化改性前后胶原纤维对废水中Cr(III)的去除能力，结果表明：CCF对废水中Cr(III)的去除效果比改性前提高了74．13％，吸附容量显著增加，并且铬鞣废水中蛋白质、油脂等物质的

6、存在对吸附过程的影响并不明显，因此所制备的吸附材料有望用于工业含Cr(III)废水的处理。关于羧基化胶原纤维对Cr(III)的吸附动力学和吸附热力学进行了研究，结果表明：该吸附体系属于以化学吸附为主、兼有物理吸附的多分子层吸附，反应主要由化学机理控制。常温和低温下的动力学研究结果表明所制备的CCF在常温和低温下对水体中的Cr(III)仍具有较强的去除能力，可用于不同季节的含铬废水处理。采用碱一酶结合法对吸附Cr(III)后的羧基化胶原纤维(Cr-CCF)进行水解，通过FT-IR、凝胶渗透色谱(GPC)等现代仪器分析方法对水解得到的含铬胶原蛋白水解液中

7、胶原蛋白的分子结构、相对分子质量分布情况进行了表征，并通过化学分析方法对其Cr(III)含量进行了测定；以胶原蛋白提取率为考察指标通过单因素优化出了最佳的水解条件：固液比m(Cr．CCF)：m(H20)=l：7，MgO用量为4％，碱处理温度和时间分别为65℃和3h，碱性蛋白酶用量为0．25％，酶处理温度和时间分别为60。C禾H3h；在此条件下得到的含铬胶原蛋白水解液中胶原蛋白的平均相对分子质量为3279／mol，Cr(III)含量为0．9137％(O．176mmol／g)。以山羊皮蓝湿革为处理对象，将所得到的含铬胶原蛋白水解液用于皮革复鞣工序，并与含

8、铬单宁对比研究了其复鞣性能，通过单因素实验考察了水解液用量对成革感官性能和物理机械性能的影响，结果表明水解得