羽毛残渣制备角蛋白海绵膜及其在环境治理中的应用.pdf

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1、学校代码：10255学号：2101247羽毛残渣制备角蛋白海绵膜及其在环境治理中的应用PreparationandEnvironmentalProtectionApplicationsoftheKeratinSpongeFilmMadefromFeatherResidues专业名称：环境科学姓名：庄媛导师：赵晓祥，周美华完成日期：2012年11月10日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过

2、的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。⋯⋯繇乍指导老师签名：日期：加膨东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在——年解密后适用本版权书。本学位论文属于，不保密V。—广，电肚嚷f羽毛残渣制备角蛋白海绵膜及其在环境治理中的应用摘要．羽毛是一种废弃物，

3、也是一种可再生资源，利用还原法提取羽毛中的可溶蛋白是研究的一大热点，然而目前国内外对还原法产生的不可溶残渣的进一步研究却少有报道。本文以羽毛还原法产生的残渣制备出角蛋白海绵膜，对其进行了表征，并研究了该膜对大气中气溶胶和水中Cr(VI)的去除率。在角蛋白海绵膜的制备过程中，我们选择了羽毛还原法的残渣为原料，而非以往多数研究所关注的可溶蛋白。本方法使残渣得到了有效利用，提高了还原法对羽毛的再利用率，而且制备方法简单易行，所得角蛋白海绵膜具有良好的柔韧性和平整性。在还原反应中，我们研究了对产物成分有较大影响的十二烷基硫酸钠(SDS)对产物得率的影响，结果表明SDS与羽毛

4、的质量比为O．5时最佳，此时可溶蛋白得率为5．8％，残渣得率为65．2％。在制膜过程中，我们考察了不同甘油含量时膜的机械性能、微观结构和热稳定性，结果表明当甘油含量为5％时，膜的完整性、柔韧性和热稳定性最佳，该膜的熔点约为170。C，表观密度为0．529／m3。将原始羽毛、还原法残渣和角蛋白海绵膜进行红外分析，结果表明，经过还原反应和膜的制备，产物中所含化学官能团越来越丰富，尤其是酰胺I带基团和羟基，由氨基的大量增加推测在产物中占质量优势的尿素对产物的形成起到了重要作用，由羟基的增加及吸水率的测定发现该角蛋白海绵膜与羽毛相比由憎水性转为亲水性，质量吸水率为420％。

5、通过元素分析发现，角蛋白海绵膜与原始羽毛相比，C和N元素含量有显著增加，以此进一步证实还原反应中占质量优势的尿素在产物的形成上起到了重要作用·的假设。’为了探索角蛋白海绵膜在大气污染控制中的应用潜力，以可吸入颗粒物为目标污染物测试了该角蛋白海绵膜对气溶胶过滤性能并测试了膜的透气性，结果表明，含5％甘油的膜为最佳选择，该膜对PMlo的去除率为98％、PM2．5为39．28％、PMl．o为32．97％，透气性为368mm／s，平均孔径为180nm左右，孔隙率为80．5％。因此，作为具备一定柔韧性且具有亲肤性的蛋白材料，在口罩材料的制备中具有很大的应用潜力。为了探讨角蛋白

6、海绵膜在水污染控制中的应用，本文还研究了该膜对水中Cr(VI)的吸附性能。结果表明，该角蛋白海绵膜对较高浓度的Cr(VI)去除效果更佳，在温度60。C、Cr(VI)初始浓度100mg／L、pH为6和吸附时间90min的条件下，最大吸附量为148．8mg／g，在目前利用农业废弃物吸附C“VI)的研究中具有一定优势，且以膜的形式而非传统的粉状吸附剂应用于吸附中，更有利于固液分离。由pH对去除率的影响研究结果，可推测角蛋白海绵膜的等电点为pH=6。膜的吸附过程为吸热自发过程，易于进行；对Langmuir和Freundlich两个吸附模型均有良好的拟合关系，而对Langmu

7、ir的拟合效果更好；物理吸附和化学吸附在该过程中均起到重要作用，吸附过程符合伪二级动力学模型。吸附后角蛋白海绵膜的微观结构更为平滑，膜所含的化学基团大大减少；a．螺旋结构的角蛋白在吸附后也大量消失，而p．折叠结构的角蛋白在吸附后无明显变化，推知洳螺旋结构的角蛋白比p。折叠结构的角蛋白更易被氧化。论文研究成果将为可再生资源——羽毛的综合利用提供一些理论支持和实践指导。关键词羽毛残渣，角蛋白海绵膜，气溶胶，Cr(VI)，吸附PREPARATIONANDENVⅡtONMENTALPROTECTIONAPPLICATIONSOFTHEKERATINSPONGEFILMM