一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法

1.本发明属于固废处理与资源化和生物塑料领域，提供了一种污泥中蛋白质的资源化方式及一种生物塑料制备方法。


背景技术：

2.随着城市化进程的加快，越来越多的城市污水处理厂投入运营，使污水处理量不断增加的同时，污泥产生量也大幅增加。污泥中有机质含量可达50-70％，而蛋白质是有机质的主要成分，占干污泥总有机质的40-60％。若把污泥中的蛋白质加以利用，不仅可以使污泥在最终处置前实现减量化，减少处置过程中对环境的污染，还可以实现污泥的资源化。
3.塑料制品随着经济的发展得到了广泛的应用，因其性能好、质量轻等特点给人们的生活带来了极大的便利，但由此也带来了严峻的环境污染问题。另一方面，由于传统塑料是以煤、石油为原料，而这些不可再生资源日益匮乏。基于上述原因以及“双碳”目标背景下，可降解塑料有望快速发展，而在新型复合材料的研究中，蛋白质逐渐成为主要原料之一。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，以实现污泥的减量化和资源化，并为生物塑料的原料提供了新的可能性。
5.本发明提供一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，包括下列质量份数的原料：污泥蛋白100份，尿素15-90份，甘油0-75份，戊二醛0-25份，聚乙烯醇0-100份。本发明采用污泥蛋白为原料，加入尿素为变性剂、甘油为增塑剂、戊二醛为交联剂对污泥蛋白进行改性，并与聚乙烯醇共混，使塑料材料具有一定的力学性能。
6.其中，所述污泥中蛋白质的提取方法参考专利“cn108949574a一种污泥中蛋白质的提取方法及应用”中记载的方法。
7.优选的，所述聚乙烯醇选择聚合度1700，醇解度99％的聚乙烯醇。
8.优选的，所述聚乙烯醇具有良好的加工性能，以其作为添加剂制得的薄膜较为柔软且抗拉伸、撕裂性能较好。
9.本发明提供一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，包括以下步骤：
10.(1)称取污泥蛋白，加入尿素溶液；
11.(2)将步骤(1)得到的混合物中加入氢氧化钠溶液，调节ph至10；
12.(3)将步骤(2)得到的混合物置于磁力搅拌器，55-65℃水浴搅拌60-70min；
13.(4)将步骤(3)得到的混合物中加入聚乙烯醇溶液、甘油、戊二醛，置于磁力搅拌器，65-75℃水浴搅拌60-70min；
14.(5)将步骤(4)得到的混合物冷却至室温，去除上层气泡，在平面流延成膜得到污泥蛋白基生物塑料。
15.所述步骤(1)中尿素溶液为按质量比的尿素固体溶解为1mol/l溶液所得；
16.所述步骤(2)中氢氧化钠溶液摩尔浓度为1mol/l；
17.所述步骤(4)中聚乙烯醇溶液为聚乙烯醇固体在95℃溶于水所得，质量分数为5％。
18.本发明的有益效果为：
19.(1)本发明以污泥蛋白为原料，与传统塑料相比减少了石油、煤等原料的使用，节约了资源。
20.(2)本发明得到的生物塑料与传统塑料相比，在具有一定机械性能的同时，还具有良好的降解性能，减少了对环境的污染。
21.(3)在现有的对蛋白基可降解塑料的研究中，大都以动植物蛋白为原料，经济成本较污泥蛋白高，以污泥蛋白为原料进行蛋白基塑料的制备，可以降低成本。
22.(4)本发明不仅可以实现污泥、污泥中蛋白质的资源化，还可以实现污泥的减量化。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。
24.实施例1
25.一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，包括下列质量份数的原料：污泥蛋白100份，尿素15份，甘油15份，戊二醛10份，聚乙烯醇100份。所述生物塑料的制备按如下步骤进行：
26.(1)称取100份污泥蛋白，加入1mol/l尿素溶液；
27.(2)将步骤(1)得到的混合物中加入1mol/l氢氧化钠溶液，调节ph至10；
28.(3)将步骤(2)得到的混合物置于磁力搅拌器，60℃水浴搅拌1h；
29.(4)将步骤(3)得到的混合物中加入聚乙烯醇溶液、甘油、戊二醛，置于磁力搅拌器，70℃水浴搅拌1h；
30.(5)将步骤(4)得到的混合物冷却至室温，去除上层气泡，在平面流延成膜得到污泥蛋白基生物塑料。
31.实施例2
32.一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，包括下列质量份数的原料：污泥蛋白100份，尿素30份，甘油45份，戊二醛25份，聚乙烯醇80份。所述生物塑料的制备按如下步骤进行：
33.(1)称取100份污泥蛋白，加入1mol/l尿素溶液；
34.(2)将步骤(1)得到的混合物中加入1mol/l氢氧化钠溶液，调节ph至10；
35.(3)将步骤(2)得到的混合物置于磁力搅拌器，60℃水浴搅拌1h；
36.(4)将步骤(3)得到的混合物中加入聚乙烯醇溶液、甘油、戊二醛，置于磁力搅拌器，70℃水浴搅拌1h；
37.(5)将步骤(4)得到的混合物冷却至室温，去除上层气泡，在平面流延成膜得到污泥蛋白基生物塑料。
38.实施例3
39.一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，包括下列质量份数的原料：污泥蛋白100
份，尿素45份，甘油75份，戊二醛5份，聚乙烯醇60份。所述生物塑料的制备按如下步骤进行：
40.(1)称取100份污泥蛋白，加入1mol/l尿素溶液；
41.(2)将步骤(1)得到的混合物中加入1mol/l氢氧化钠溶液，调节ph至10；
42.(3)将步骤(2)得到的混合物置于磁力搅拌器，60℃水浴搅拌1h；
43.(4)将步骤(3)得到的混合物中加入聚乙烯醇溶液、甘油、戊二醛，置于磁力搅拌器，70℃水浴搅拌1h；
44.(5)将步骤(4)得到的混合物冷却至室温，去除上层气泡，在平面流延成膜得到污泥蛋白基生物塑料。
45.实施例4
46.一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，包括下列质量份数的原料：污泥蛋白100份，尿素60份，甘油0份，戊二醛20份，聚乙烯醇40份。所述生物塑料的制备按如下步骤进行：
47.(1)称取100份污泥蛋白，加入1mol/l尿素溶液；
48.(2)将步骤(1)得到的混合物中加入1mol/l氢氧化钠溶液，调节ph至10；
49.(3)将步骤(2)得到的混合物置于磁力搅拌器，60℃水浴搅拌1h；
50.(4)将步骤(3)得到的混合物中加入聚乙烯醇溶液、戊二醛，置于磁力搅拌器，70℃水浴搅拌1h；
51.(5)将步骤(4)得到的混合物冷却至室温，去除上层气泡，在平面流延成膜得到污泥蛋白基生物塑料。
52.实施例5
53.一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，包括下列质量份数的原料：污泥蛋白100份，尿素75份，甘油30份，戊二醛0份，聚乙烯醇20份。所述生物塑料的制备按如下步骤进行：
54.(1)称取100份污泥蛋白，加入1mol/l尿素溶液；
55.(2)将步骤(1)得到的混合物中加入1mol/l氢氧化钠溶液，调节ph至10；
56.(3)将步骤(2)得到的混合物置于磁力搅拌器，60℃水浴搅拌1h；
57.(4)将步骤(3)得到的混合物中加入聚乙烯醇溶液、甘油，置于磁力搅拌器，70℃水浴搅拌1h；
58.(5)将步骤(4)得到的混合物冷却至室温，去除上层气泡，在平面流延成膜得到污泥蛋白基生物塑料。
59.对实施例1-实施例5制得的污泥蛋白基生物塑料进行力学性能测试，测试结果见表1。
60.表1
[0061] 拉伸强度/mpa断裂伸长率/％弹性模量/mpa实施例114.3356.97313.84实施例211.2881.08128.90实施例34.50141.2228.36实施例48.8715.86171.03实施例54.234.92242.37
[0062]
从表1可以看出，本发明制备的污泥蛋白基生物塑料在一定工况下具有较好的力学性能。
[0063]
对实施例二制得的污泥蛋白基生物塑料进行降解性能测试，结果表明，其在土壤中降解20天后降解率达48.22％。可以看出，本发明制备的污泥蛋白基生物塑料具有良好的降解性能。

技术特征：
1.一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取污泥蛋白，加入尿素溶液；(2)将步骤(1)得到的混合物中加入氢氧化钠溶液，调节ph至10；(3)将步骤(2)得到的混合物置于磁力搅拌器，55-65℃水浴搅拌60-70min；(4)将步骤(3)得到的混合物中加入聚乙烯醇溶液、甘油、戊二醛，置于磁力搅拌器，65-75℃水浴搅拌60-70min；(5)将步骤(4)得到的混合物冷却至室温，去除上层气泡，在平面流延成膜得到污泥蛋白基生物塑料。2.根据权利要求1所述的一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，其特征在于，原料的质量份数如下：污泥蛋白100份，尿素15-90份，甘油0-75份，戊二醛0-25份，聚乙烯醇0-100份。3.根据权利要求1所述的一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇选择聚合度1700，醇解度99％的聚乙烯醇。4.根据权利要求1所述的一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，其特征在于，步骤(1)中，尿素溶液为按质量比的尿素固体溶解为1mol/l溶液所得。5.根据权利要求1所述的一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，其特征在于，步骤(2)中，氢氧化钠溶液摩尔浓度为1mol/l。6.根据权利要求1所述的一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，其特征在于，步骤(4)中，聚乙烯醇溶液为聚乙烯醇固体在95℃溶于水所得，质量分数为5％。

技术总结
一种污泥中蛋白质制备生物塑料的方法，属于固废处理与资源化和生物塑料领域。其制备方法包括以下原料，以质量份数计：污泥蛋白100份、尿素15-90份、甘油0-75份、戊二醛0-25份、聚乙烯醇0-100份。本发明采用污泥蛋白为原料，加入尿素为变性剂、甘油为增塑剂、戊二醛为交联剂对污泥蛋白进行改性，并与聚乙烯醇共混，使污泥蛋白基生物塑料具有一定的力学性能。本发明所用的原料均为具有生物降解性的材料，因此具有良好的降解性能，减少了对环境的污染。减少了对环境的污染。


技术研发人员：王伟云 徐鑫 李彦龙 张语芳
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/8/16