申请日2011.07.15
公开(公告)日2012.02.15
IPC分类号B01J20/24; B01J20/30; C02F101/22; C02F1/28; B01J20/34
摘要
一种角蛋白吸附剂的制备方法，步骤为：一、将废弃的牛毛或羊毛洗净，烘干备用;二、对牛毛或羊毛预处理;三、对预处理后的牛毛或羊毛进行接枝改性，具体为：取预处理牛或羊毛置于马来酸酐与N,N-二甲基甲酰溶液中进行改性;利用角蛋白吸附剂处理含三价铬的废水的方法，步骤为：一、取一定量的备用改性牛毛或羊毛角蛋白吸附剂用清水洗调pH;二、将上步中的改性牛毛或羊毛置于吸附塔中与含三价铬的废水中混合;三、解吸处理，将吸附后的角蛋白吸附剂放入硫酸溶液中，过滤解吸后的牛毛或羊毛再用清水洗至pH值为6～8，可重复使用。具有节能、环保、设计合理、工艺简单和操作简便的特点。
权利要求书
1.一种角蛋白吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、将废弃的牛毛或羊毛洗净，在50～70℃下烘干，备用;
二、对牛毛或羊毛预处理，具体做法是：取备用的牛毛或羊毛1～3份置于双氧水质量分数为2%～10%的水溶液中，其pH为8.0～9.0、固液的质量体积比为0.8～1.2:45～55，在温度为80～100℃，时间为50～70 min的条件下进行预处理;
三、对预处理后的牛毛或羊毛进行接枝改性，具体为：取1～3份预处理牛或羊毛置于质量体积比为10%～14%(w/v)的马来酸酐与N,N-二甲基甲酰溶液中进行改性，接枝改性的最佳条件为反应时间6～7h，接枝温度为70～80℃。
2.根据权利要求1所述的一种角蛋白吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、将废弃的牛毛洗净，在50℃下烘干，备用;
二、对牛毛预处理，具体做法是：取备用牛毛2份置于双氧水质量分数为5%的水溶液中，其pH为8.0、固液的质量体积比为0.8:45，在温度为80℃，时间为50 min的条件下进行预处理;
三、对预处理后的牛毛进行接枝改性，具体为：取1份的预处理牛置于质量体积比为12%(w/v)的马来酸酐与N,N-二甲基甲酰溶液中进行改性，接枝改性的条件为反应时间6h，接枝温度为70℃。
3.根据权利要求1所述的一种角蛋白吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、将废弃的羊毛洗净，在70℃下烘干，备用;
二、对羊毛预处理，具体做法是：取备用羊毛1份置于双氧水质量分数为10%的水溶液中，其pH为9.0、固液的质量体积比为1.2: 55，在温度为100℃，时间为70 min的条件下进行预处理;
三、对预处理后的羊毛进行接枝改性，具体为：取2份的预处理羊毛置于质量体积比为10%(w/v)的马来酸酐与N,N-二甲基甲酰溶液中进行改性，接枝改性的条件为反应时间7h，接枝温度为80℃。
4.根据权利要求1所述的一种角蛋白吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、将废弃的牛毛洗净，在60℃下烘干，备用;
二、对牛毛预处理，具体做法是：取备用的牛毛3份置于双氧水质量分数为2%的水溶液中，其pH为8.5、固液的质量体积比为1.0: 50，在水浴温度为90℃，时间为60 min的条件下进行预处理;
三、对预处理后的牛毛进行接枝改性，具体为：取3份预处理牛毛置于质量体积比为14% (w/v)的马来酸酐与N,N-二甲基甲酰的溶液中进行改性，接枝改性的最佳条件为反应时间6.5h，接枝温度为75℃。
5.一种利用角蛋白吸附剂处理含三价铬废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一、取1～3份的备用改性牛毛或羊毛角蛋白吸附剂用清水洗至pH为4.5～7.5;
第二、将上步中的改性牛毛或羊毛置于吸附塔中含三价铬的废水中混合，吸附时间1～3h，吸附温度为25～30℃;
第三、解吸处理，将吸附后的角蛋白吸附剂放入1.0～3.5mol/L硫酸溶液中，解吸温度为60～80℃，解吸时间为3～5 h，过滤解吸后的牛毛或羊毛再用清水洗至pH值为6～8即可重复使用。
6.根据权利要求5所述的一种利用角蛋白吸附剂处理含三价铬废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一、取3份备用改性牛毛角蛋白吸附剂用清水洗至pH为4.5;
第二、将上步中的改性牛毛置于吸附塔中含三价铬的废水中混合，在吸附塔被穿透之前,吸附时间1h，吸附温度为25℃;
第三、解吸处理，将吸附后的角蛋白吸附剂放入1.0mol/L硫酸溶液中，解吸温度为60℃，解吸时间为3 h，过滤解吸后的牛毛并用清水洗至pH值为6即可。
7.根据权利要求5所述的一种利用角蛋白吸附剂处理含三价铬废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一、取1份备用改性羊毛角蛋白吸附剂用清水洗至pH为7.5;
第二、将上步中的改性羊毛置于吸附塔中含三价铬的废水中混合,吸附时间3h，吸附温度为28℃;
第三、解吸处理，将吸附后的角蛋白吸附剂放入3.0mol/L硫酸溶液中，解吸温度为80℃，解吸时间为5 h，过滤解吸后的羊毛并用清水洗至pH值为8即可。
8.根据权利要求5所述的一种利用角蛋白吸附剂处理含三价铬的废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一、取2份备用的改性牛毛角蛋白吸附剂用清水洗至pH为6;
第二、将上步中的改性牛毛置于吸附塔中含三价铬的废水中混合,吸附时间2h，吸附温度为30℃;
第三、解吸处理，将吸附后的角蛋白吸附剂放入3.5mol/L硫酸溶液中，解吸温度为70℃，解吸时间为4h，过滤解吸后的牛毛并用清水洗至pH值为7即可。
说明书
一种角蛋白吸附剂的制备及其处理含三价铬废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种角蛋白吸附剂的制备方法及其处理含三价铬废水的方法。
背景技术
铬化合物工业用途很广，金属加工、电镀、木材存放、化学化工、制革等行业中都在应用。环境中铬主要以 和两种形式存在。对人体的毒性远远大于，大部分的研究都集中在含废水的处理上。由于在某些情况下三价铬会转变为六价铬，因此含废水的治理越来越受到环保工作者的重视。
目前，处理含废水有很多种方法，如：碱沉淀法、循环利用、萃取、电解法、膜处理、吸附法等。碱沉淀方法工艺简单，技术成熟，但该方法易出现去除率不能完全达标，沉淀不彻底、分离不彻底等问题。制革生产中铬鞣废水的循环使用，能够充分利用铬鞣废水中的有效成分，节约化工原料，但是，在现用循环法处理铬鞣废水的过程中仍要考虑杂质的积累、循环次数以及物料平衡问题对成革的影响，故技术控制要求较高。专利号为【200710061383.3】、名称为一种处理铬鞣废液的方法专利，提供了一种处理和再利用铬鞣废液的方法，对皮革生产的铬鞣废液进行收集，除去其中的皮块等杂质，加入铬离子捕集剂将铬鞣废液中的铬离子捕集形成颗粒沉淀，分离得到大分子铬和适宜浸酸用的上清液。属于循环利用方法。专利号为【87106823.0】、名称为铬吸尽法的发明专利，该专利在制革浸酸工艺利用铬鞣废液(只复用一次)，鞣制时采用交联剂和自动中和剂，使铬鞣过程中铬鞣剂得到最大限度的利用，可节省红矾40%左右，混合污水中三价铬浓度可降至3mg/L以下，废水不经任何处理则可达到国家排放标准;用这种方法制成的革粒面细腻、滑爽、丰满。这两个发明属改进制革工艺减少和降低制革铬鞣废水中含量。萃取、电解、膜处理等方法在工业生产中使用较少。吸附法是近几年发展起来的，被认为是最好的处理方法之一，但性能优良、价格低廉的吸附剂的缺乏，影响了它的推广和应用。
国内外生物质吸附材料的开发应用取得了一定的成果，如：水杉锯末、木屑和花生壳、玉米芯、谷糠灰、甘蔗渣和原甘蔗渣、细菌和真菌菌株、壳聚糖、趋磁细菌、小球藻、李氏禾(一种湿生铬超积累植物)、废弃羽毛、谷壳、淀粉、棉花、木质素等均可改性为吸附剂，但改性后获得的吸附剂的吸附量最大为20mg/g左右，达不到处理高浓度含废水的要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种角蛋白吸附剂的制备方法及其处理含三价铬废水的方法，能减少角蛋白资源的浪费及污染环境，具有节能、环保、设计合理、工艺简单和操作简便的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种角蛋白吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
一、将废弃的牛毛或羊毛洗净，在50～70℃下烘干，备用;
二、对牛毛或羊毛预处理，具体做法是：取备用的牛毛或羊毛1～3份置于双氧水质量分数为2%～10%的水溶液中，其pH为8.0～9.0、固液的质量体积比为0.8～1.2:45～55，在温度为80～100℃，时间为50～70 min的条件下进行预处理，预处理过的牛毛或羊毛对的吸附量达到12.1～25.6 mg/g(以三氧化二铬计)，制得率为61%～98.5%;
三、对预处理后的牛毛或羊毛进行接枝改性，具体为：取1～3份预处理牛或羊毛置于质量体积比为10%～14%(w/v)的马来酸酐与N,N-二甲基甲酰溶液中进行改性，接枝改性的最佳条件为反应时间6～7h，接枝温度为70～80℃。
一种利用角蛋白吸附剂处理含三价铬废水的方法，包括以下步骤：
第一、取1～3份的备用改性牛毛或羊毛角蛋白吸附剂用清水洗至pH为4.5～7.5;
第二、将上步中的改性牛毛或羊毛置于吸附塔中与含三价铬的废水混合，在吸附塔被穿透之前,吸附时间1～3h，对三价铬的去除率达99.2%以上，出水最低三价铬的质量浓度在4mg/L以下，吸附塔被穿透时间为290～320 min，吸附温度为25～30℃;
第三、解吸处理，将吸附后的角蛋白吸附剂放入1.0～3.5mol/L硫酸溶液中，解吸温度为60～80℃，解吸时间为3～5 h，过滤解吸后的牛毛或羊毛再用清水洗至pH值为6～8即可重复使用。
本发明以废弃的牛、羊毛为原料，采用预处理及改性方式使牛毛或羊毛角蛋白结构上增加具有极性集团和可离子化集团，能够吸附其它有机和无机的分子。毛角蛋白的吸附性能除了与吸附质的性质和外界因素相关外，毛角蛋白上具有的可供吸附的位点的数量也是一个重要的影响因素，对金属离子而言，最主要的吸附位点是自由的羧基，因此，羧基的数量是决定毛角蛋白自身吸附性能的主要因素，解决了废弃角蛋白的环境污染和减少废水中离子的污染，将废弃的角蛋白材料改性成吸附剂，用以处理含废水，为目前角蛋白废弃物的资源化和含废水的治理提供帮助，具有节能、环保、设计合理、工艺简单和操作简便的特点。
