一种二烯丙胺改性可溶性角蛋白制备吸附剂的方法及应用

1.本发明属于生物基吸附材料制备技术领域，具体涉及一种二烯丙胺改性可溶性角蛋白制备吸附剂的方法及应用。


背景技术：

2.随着近现代农业和工业的发展，生产活动所造成的废水直接或间接地释放到河流、湖泊等自然水体中，造成大量的水源被污染。甚至一些重金属超标的水源被用于农作物的灌溉，造成每年高达100多万吨的农产品间接地受到重金属污染。未经处置的工业废水含有大量的有毒有害的重金属离子，在自然条件下具有很高的可溶性和流动性且不易降解，若直接排放进入江河湖泊不仅污染地表水，导致水生动植物的死亡，还可通过食物链进入人体并富集，导致各种疾病和机能紊乱，最终对人体健康造成严重危害。目前重金属离子浓度过高造成的水源和土壤污染问题较为严峻，受到广泛关注。
3.现有的用于处理重金属离子废水的技术有化学沉降、膜过滤、离子交换、吸附、絮凝、电化学处理等。其中由于吸附法的成本低、环境友好、材料选择范围广、可重复使用等优点，成为废水处理研究的热点且在工业生产上得到广泛的应用。吸附材料的选择对吸附效果起着关键性的作用，在过去的几十年中已有多种吸附剂被开发用以处理重金属废水，主要包括活性炭、纳米颗粒、沸石、生物质、金属有机框架和聚合物等，其中基于生物质木质素、壳聚糖、纤维素等开发的高分子吸附剂具有无毒无害、生物可降解性等特点，但是同时也存在吸附能力低、溶胀性强、选择性差等问题，难以满足商业应用的需求。因此，亟需开发高吸附性和稳定性的新型吸附材料，用于废水中重金属离子的去除。
4.虽然现有技术已有报道使用角蛋白基吸附材料吸附重金属铜离子，但这些角蛋白基吸附材料对铜离子的吸附量大多在10-200mg/g，吸附性能有待提高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种二烯丙胺改性可溶性角蛋白制备吸附剂的方法，利用本发明方法制得的改性角蛋白吸附材料对重金属铜离子的吸附量可达到320.2mg/g，解决了现有吸附剂吸附重金属铜离子效果不佳的问题。
6.本发明采取的技术方案如下：
7.一种二烯丙胺改性可溶性角蛋白制备吸附剂的方法，包括以下步骤：将可溶性角蛋白溶于去离子水，加入引发剂、交联剂，搅拌混匀，再加入二烯丙胺，搅拌混匀，将混合液于40-60℃下静置，得到浅黄色固体，经水洗、冷冻干燥，得到改性角蛋白吸附材料。
8.优选的，所述的可溶性角蛋白在反应体系的终浓度为50-200g/l。所述的可溶性角蛋白购自山东佰兴生物技术有限公司，分子量小于3000。
9.优选的，所述的引发剂为过硫酸钾(kps)、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或几种。
10.优选的，所述的引发剂在反应体系的终浓度为2.1-2.8μg/l。
11.优选的，所述的交联剂为四甲基乙二胺(tmeda)、n,n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)、丙
烯酸(aa)中的一种或几种。
12.优选的，所述的tmeda在反应体系的终浓度为0.8-1.0g/l；所述的mba或aa在反应体系的终浓度为14-18g/l。
13.优选的，所述的二烯丙胺在反应体系的终浓度为0-178g/l。
14.另一方面，本发明还提供一种改性角蛋白吸附材料，是由上述的制备方法制备得到。
15.另一方面，本发明还提供所述的改性角蛋白吸附材料在去除废水中重金属离子中的应用。
16.优选的，所述的重金属离子为铜离子。
17.本发明的技术优势：
18.(1)与现有技术相比，本发明制备的改性角蛋白吸附材料对重金属铜离子有更好的吸附效果，吸附量可达到320.2mg/g，是现有的角蛋白改性技术中较为突出的吸附材料。
19.(2)本发明制备的吸附剂是以角蛋白为原料的材料，不仅使角蛋白废弃物得到资源化利用，同时得到的材料还具有生物降解性，解决了环境污染问题，同时也不会带来二次污染。
20.(3)材料制备过程简单、易控，原料来源广泛，易于实现产业化生产。
附图说明
21.图1为可溶性角蛋白(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。
22.图2为可溶性角蛋白(a)、改性角蛋白材料(b)、吸附后的改性角蛋白材料(c)的sem图。
23.图3为可溶性角蛋白(a)、改性角蛋白材料(b)、吸附后的改性角蛋白材料(c)的n1s高分辨率xps图。
具体实施方式
24.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。
25.实施例1
26.1)称取2g可溶性角蛋白加入10ml去离子水，搅拌使其完全溶解。
27.2)取0.2g的mba、1ml的0.03mg/l的kps和15μl的tmeda加入步骤1)得到的溶液中，使其混合均匀。
28.3)将上述混合液置于45℃的烘箱中静置10h，产生白色物质，再进行水洗、冷冻干燥，得到角蛋白基吸附材料。
29.实施例2
30.1)称取2g可溶性角蛋白加入10ml去离子水，搅拌使其完全溶解。
31.2)取0.2g的mba、1ml的0.03mg/l的kps和15μl的tmeda加入步骤1)得到的溶液中，使其混合均匀。
32.3)量取2.6ml的二烯丙胺加入上述溶液中，搅拌均匀后置于45℃的烘箱中静置10h，产生浅黄色固体物质，再进行水洗、冷冻干燥，得到改性角蛋白吸附材料。
33.实施例3
34.1)称取2g可溶性角蛋白加入10ml去离子水，搅拌使其完全溶解。
35.2)取0.2g的mba、1ml的0.03mg/l的kps和15μl的tmeda加入步骤1)得到的溶液中，使其混合均匀。
36.3)量取3.1ml的二烯丙胺加入上述溶液中，搅拌均匀后置于45℃的烘箱中静置10h，产生浅黄色固体物质，再进行水洗、冷冻干燥，得到改性角蛋白吸附材料。
37.对比例1
38.1)取0.2g的mba、1ml的0.03mg/l的kps和15μl的tmeda加入10ml去离子水中，使其混合均匀。
39.3)量取3.1ml的二烯丙胺加入上述溶液中，搅拌均匀后置于45℃的烘箱中静置10h，产生黄色油状物。
40.性能测试
41.为了检测本发明所制备的吸附剂的吸附重金属离子的性能，提供以下测试实验：
42.1.实验方法
43.将0.05g吸附剂加入到50ml初始浓度为0.5g/l、ph＝5的铜离子溶液中，在30℃条件下以250rpm的转速搅拌溶液24h达到吸附平衡。通过紫外分光光度计测定金属离子的平衡浓度，计算平衡吸附容量，公式如下：
[0044][0045]
式中：m(g)为吸附材料的质量；c0(mg/l)为水中铜离子的初始溶度；ce(mg/l)为吸附达到平衡时水中铜离子的浓度；v(ml)为水溶液的体积；
[0046]
2.试验结果
[0047]
通过实验结果分析发现，单以二烯丙胺为功能单体进行交联时，并不能形成复合材料(对比例1)，单以可溶性角蛋白为功能单体进行聚合时可以形成复合材料，但此材料对重金属铜离子的吸附量仅有21.6mg/g(实施例1)，而将可溶性角蛋白与功能单体二烯丙胺进行聚合改性后的复合材料对铜离子的吸附量可达到271.8-320.2mg/g(实施例2-实施例3)，是未改性角蛋白材料的十多倍。
[0048]
可溶性角蛋白、改性角蛋白材料(实施例3)、吸附后的改性角蛋白材料(实施例3)的红外谱图如图1所示，sem图如图2所示，n1s高分辨率xps图如图3所示。
[0049]
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。

技术特征：
1.一种二烯丙胺改性可溶性角蛋白制备吸附剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：将可溶性角蛋白溶于去离子水，加入引发剂、交联剂，搅拌混匀，再加入二烯丙胺，搅拌混匀，将混合液于40-60℃下静置，得到浅黄色固体，经水洗、冷冻干燥，得到改性角蛋白吸附材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的可溶性角蛋白在反应体系的终浓度为50-200g/l。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的引发剂在反应体系的终浓度为2.1-2.8μg/l。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为四甲基乙二胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸中的一种或几种。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的四甲基乙二胺在反应体系的终浓度为0.8-1.0g/l；所述的n,n-亚甲基双丙烯酰胺或丙烯酸在反应体系的终浓度为14-18g/l。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的二烯丙胺在反应体系的终浓度为0-178g/l。8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的改性角蛋白吸附材料。9.权利要求8所述的改性角蛋白吸附材料在去除废水中重金属离子中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的重金属离子为铜离子。

技术总结
本发明公开了一种二烯丙胺改性可溶性角蛋白制备吸附剂的方法及应用。本发明以可溶性角蛋白为原料，在引发剂和交联剂的作用下与二烯丙胺发生交联反应，制得改性角蛋白吸附材料。与以往的角蛋白基吸附材料相比，该改性角蛋白吸附材料对重金属铜离子的效率尤为突出，吸附容量为320.2mg/g，是未改性角蛋白材料的十多倍。而且，本发明的原料角蛋白来源广泛，成本低，是一种具有产业化潜力的生物基吸附材料。料。料。


技术研发人员：冯莉 李清心 吴金川
受保护的技术使用者：广东省科学院生物与医学工程研究所
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/6