一種蛋白質纖維吸附鉻離子的方法
2023-05-22 18:56:26
一種蛋白質纖維吸附鉻離子的方法
【專利摘要】一種蛋白質纖維吸附鉻離子的方法。本發明屬於鉻汙染防治領域，特別涉及一種採用羊毛來吸附鉻汙染的工藝。本發明通過廢羊毛經過一定的處理，可以直接對六價鉻離子進行吸附；通過配製相應的助劑，讓助劑與三價鉻離子形成配合物，再讓經過處理的廢羊毛在常溫下對水體中的配合物進行吸附以及結合，最終實現減少水體中鉻離子汙染以及節約能源的問題。
【專利說明】一種蛋白質纖維吸附鉻離子的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鉻汙染防治領域，特別涉及一種採用羊毛來吸附鉻汙染的工藝。
【背景技術】
[0002]隨著工業的發展，重金屬離子的汙染日趨嚴重，含重金屬離子廢水的大量排放，對土壤和水體造成了嚴重的汙染，直接影響了人類正常的飲用水衛生狀況。因此，水環境中的重金屬離子對人類健康和生態環境的危害越來越引起人們的重視。重金屬離子可以通過食物鏈在生物體內富集，從而引起嚴重的健康問題。雖然，重金屬離子中有些痕量元素在人類的新陳代謝系統過程中起著十分重要的作用，但是它們在高濃度情況下都是有毒的，會引起嚴重的生理或神經損傷。在這些重金屬離子中，絡被認為是毒性最強的金屬之一。目前，我國水體鉻汙染其主要來自兩個方面，一是重金屬鉻離子及其化合物在製革、化工、電鍍、紡織品生產、印染等工業在生產中大量使用，在此過程中產生的大量廢水和廢渣，如果處理不當，極易造成環境的嚴重汙染。二是一些工廠將含重金屬鉻離子的廢水或廢渣非法傾倒，從而導致水中重金屬鉻離子含量超標。
[0003]生物吸附是指用生物材料去除溶液中的金屬或非金屬元素、化合物、微粒等的方法。該法因具有吸附劑來源豐富、品種多、成本低、吸附容量大、速度快，能夠彌補傳統處理法的缺陷而受到了廣泛關注。廢棄毛髮是毛紡和皮革工業主要的廢棄物之一，每年都有數萬噸的廢棄毛髮被當作固體廢棄物處理掉。全世界製革和毛紡工業每年都會產生大量的廢棄羊毛。有關部門統計，僅中國平均每年產生5萬t左右的粗毛或短毛，由於質量低下，力口工難度大，大部分只能當作廢棄物處理掉，既給企業帶來了負擔又給環境造成很大危害。
[0004]毛髮作為主要的角蛋白材料，具有極性並且在胺基酸鏈上有可離子化的殘基，可以吸附金屬離子。最適合吸附的化學基團是自由的羧基和酸式胺基酸等，在較大的PH範圍內提供負電位的離子基團。動物角蛋白纖維與化學吸附劑相比，價格低廉且用之不竭。但是進入水體中的六價鉻離子通常是以各種鉻酸根的形式存在，在低於60°C時，六價鉻鹽與毛髮(如廢羊毛)的反應速率很慢；三價鉻則是以陽離子形式存在於水體中，但是相較於六價鉻，三價鉻則更難於吸附在廢羊毛上，吸附過程是要在極其劇烈的條件下進行的。
[0005]本發明就是通過對羊毛纖維以及廢棄蛋白做相應的處理，在此基礎上通過加入一定的助劑，對廢水中的三價及六價鉻離子進行吸附，達到淨化水資源和減少汙染的目的。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是:六價鉻鹽與毛髮(如廢羊毛)的反應速率很慢；而三價鉻則更難於吸附在廢羊毛上。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:
[0008]本發明提供了一種廢羊毛對六價鉻離子的吸附方法，具體操作為:
[0009](I)按照浴比為50:1(高錳酸鉀的飽和食鹽溶液與廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將廢羊毛置於溶質質量分數為3%?15%的高錳酸鉀的飽和食鹽溶液中，於20°C?50°C水浴環境下處理10?60min，將羊毛取出，常溫下晾乾，得到經過預處理的羊毛，
[0010]本步驟的目的在於:對羊毛的鱗片層進行去除，因其主要成分是脂類物質和硬角蛋白，這些物質的存在不利於吸附作用，而鱗片層脫落暴露出來的光滑的髓質層則有利於吸附過程的進行；
[0011](2)在室溫(25°C )條件下，按照浴比為50:1(六價鉻溶液與經過步驟(I)預處理後的廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛作為吸附劑，浸入質量濃度為5?50mg/L (按照鉻元素的質量濃度計算)的六價鉻溶液中，調節溶液pH =1-11，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成，
[0012]作為優選:六價鉻溶液為鉻酸鈉的水溶液、鉻酸鉀的水溶液、重鉻酸鈉的水溶液或重鉻酸鉀的水溶液。
[0013]本發明還提供了一種廢羊毛對三價鉻離子的吸附方法，具體操作為:
[0014](I)按照浴比為50:1(高錳酸鉀的飽和食鹽溶液與廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將廢羊毛置於溶質質量分數為3%?15%的高錳酸鉀的飽和食鹽溶液中，於20°C?50°C水浴環境下處理10?60min，將羊毛取出，常溫下晾乾，得到經過預處理的羊毛；
[0015](2)將磺基水楊酸作為吸附促進劑，和三價鉻離子按質量比1:4一2:1的比例分散於去離子水中，控制三價鉻離子的質量濃度為5?30mg/L(按照鉻元素的質量濃度計算)，調節溶液PH = 1-11，置於20°C?100°C水浴環境下反應，採用分光光度計測量溶液中三價鉻離子的濃度，直至濃度穩定後，表示反應結束，通過比較磺基水楊酸和三價鉻離子在不同質量比例下，反應結束後溶液體系的吸光度，得到該三價鉻離子濃度下，吸附促進劑磺基水楊酸的最佳使用量，
[0016]針對水中所含三價鉻離子濃度的不同，先要通過試驗確定磺基水楊酸(吸附促進齊U)的最佳使用量。因此，該步驟中，需要在「磺基水楊酸和三價鉻離子質量比為1:4一2:1」的範圍內，比較磺基水楊酸和三價鉻離子在不同質量比例下，反應結束後溶液體系的吸光度，其得到的最大吸光度所對應的磺基水楊酸和三價鉻離子的配比即為最佳配比；
[0017](3)按照步驟(2)中計算得到的吸附促進劑磺基水楊酸的最佳使用量，於鉻元素濃度為5?30mg/L的三價鉻溶液中，加入磺基水楊酸，混合均勻並調節溶液pH = 1_11，置於20°C?10(TC水浴環境下反應，反應體系顏色會發生一定的變深效應，待顏色穩定下來不再變化，即反應完成，得到三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液，
[0018]作為優選:三價鉻溶液為CrCl3.6H20的水溶液、Cr2 (SO4) 3.18H20的水溶液；
[0019](4)在室溫(25°C )條件下，按照浴比為50:1 (三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液與經過步驟(I)預處理後的廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛，浸入到步驟(3)中得到的三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液中，調節溶液pH=1-11，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
[0020]本發明的有益效果是:本發明採用的是自身帶有吸附鉻離子基團的蛋白材料。其一，相較於化學吸附，其來源廣泛、取材方便、價格便宜且用之不竭；其二，工藝條件是在常溫下進行的，對於節約能源有很大的好處；其三，操作過程簡單，在將廢棄蛋白處理後以及吸附促進劑製備完成後可以直接加入，不要額外操作，大大提高了效率。本發明方法在用於吸附鉻離子的同時也可以用於水體中其它類似金屬離子的吸附。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022](I)按照浴比為50:1(高錳酸鉀的飽和食鹽溶液與廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將廢羊毛置於溶質質量分數為12%的高錳酸鉀的飽和食鹽溶液中，於45°C水浴環境下處理60min，將羊毛取出，常溫下晾乾，得到經過預處理的羊毛；
[0023](2)在室溫(25°C )條件下，按照浴比為50:1(六價鉻溶液與經過步驟(I)預處理後的廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛作為吸附劑，浸入質量濃度為30mg/L (按照鉻元素的質量濃度計算)的鉻酸鈉溶液中，調節溶液pH = 7，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
[0024]吸附完成後,經檢測,六價鉻的吸附率為95%。
[0025]實施例2
[0026](I)按照浴比為50:1(高錳酸鉀的飽和食鹽溶液與廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將廢羊毛置於溶質質量分數為12%的高錳酸鉀的飽和食鹽溶液中，於45°C水浴環境下處理60min，將羊毛取出，常溫下晾乾，得到經過預處理的羊毛；
[0027](2)按三價鉻離子的質量濃度為18mg/L(按照鉻元素的質量濃度計算)，將CrCl3.6Η20分散於去尚子水中，再分別按磺基水楊酸和鉻兀素的質量比為1:4、1:2、1:1.2、1.2:1、1.4:1、1.5:1、1.8:1、2:1的比例，向體系中加入磺基水楊酸，並調節溶液pH = 7，置於70°C水浴環境下反應，採用分光光度計測量溶液中三價鉻離子的濃度，直至濃度穩定後，表示反應結束，
[0028]通過比較磺基水楊酸和三價鉻離子在上述不同的質量比例下，反應結束後溶液體系的吸光度大小，得到該三價鉻離子濃度下，吸附促進劑磺基水楊酸的最佳使用量，即最大吸光度所對應的磺基水楊酸和三價鉻離子的配比即為最佳配比(磺基水楊酸和鉻元素的質量比為1.4:1) ο
[0029](3)按照步驟(2)中計算得到的吸附促進劑磺基水楊酸的最佳使用量(磺基水楊酸和鉻元素的質量比1.4:1)，於鉻元素濃度為18mg/L的CrCl3.6H20溶液中，加入磺基水楊酸，混合均勻並調節溶液PH = 7，置於70°C水浴環境下反應，反應體系顏色會發生一定的變深效應，待顏色穩定下來不再變化，即反應完成，得到三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液；
[0030](4)在室溫(25°C )條件下，按照浴比為50:1 (三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液與經過步驟(I)預處理後的廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛，浸入到步驟(3)中得到的三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液中，調節溶液pH=7，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
[0031]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為96%。
[0032]實施例3
[0033](I)按照浴比為50:1(高錳酸鉀的飽和食鹽溶液與廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將廢羊毛置於溶質質量分數為12%的高錳酸鉀的飽和食鹽溶液中，於45°C水浴環境下處理60min，將羊毛取出，常溫下晾乾，得到經過預處理的羊毛；
[0034](2)按照磺基水楊酸和鉻元素的質量比1:4，於鉻元素濃度為18mg/L的CrCl3.6H20溶液中，加入磺基水楊酸，混合均勻並調節溶液pH = 7，置於70°C水浴環境下反應，反應體系顏色會發生一定的變深效應，待顏色穩定下來不再變化，即反應完成，得到三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液；
[0035](3)在室溫(25°C )條件下，按照浴比為50:1 (三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液與經過步驟(I)預處理後的廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛，浸入到步驟(2)中得到的三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液中，調節溶液pH=7，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
[0036]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為81 %。
[0037]實施例4
[0038]除了步驟⑵中，控制磺基水楊酸和鉻元素的質量比1:2，其餘的步驟操作均與實施例3相同。
[0039]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為83%。
[0040]實施例5
[0041]除了步驟(2)中，控制磺基水楊酸和鉻元素的質量比1:1.2，其餘的步驟操作均與實施例3相同。
[0042]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為88%。
[0043]實施例6
[0044]除了步驟(2)中，控制磺基水楊酸和鉻元素的質量比1.2:1，其餘的步驟操作均與實施例3相同。
[0045]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為90%。
[0046]實施例7
[0047]除了步驟(2)中，控制磺基水楊酸和鉻元素的質量比1.5:1，其餘的步驟操作均與實施例3相同。
[0048]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為91 %。
[0049]實施例8
[0050]除了步驟⑵中，控制磺基水楊酸和鉻元素的質量比1.8:1，其餘的步驟操作均與實施例3相同。
[0051]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為90%。
[0052]實施例9
[0053]除了步驟⑵中，控制磺基水楊酸和鉻元素的質量比2:1，其餘的步驟操作均與實施例3相同。
[0054]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為85%。
[0055]對比實施例1
[0056]廢棄羊毛未經過高錳酸鉀預處理，其餘步驟操作與實施例1相同，具體為:
[0057](I)將廢棄羊毛用去離子水清洗乾淨，常溫下晾乾；
[0058](2)在室溫(25°C )條件下，按照浴比為50:1(六價鉻溶液與經過步驟(I)清洗後的廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將步驟(I)中得到的經清洗的羊毛作為吸附劑，浸入質量濃度為30mg/L(按照鉻元素的質量濃度計算)的鉻酸鈉溶液中，調節溶液pH = 7，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
[0059]吸附完成後，經檢測，六價鉻的吸附率為17%。
[0060]對比實施例2
[0061]廢棄羊毛未經過高錳酸鉀預處理，其餘步驟操作與實施例2相同，具體為:
[0062](I)將廢棄羊毛用去離子水清洗乾淨，常溫下晾乾；
[0063](2)按照磺基水楊酸和鉻元素的質量比1.4:1，於鉻元素濃度為18mg/L的CrCl3.6H20溶液中，加入磺基水楊酸，混合均勻並調節溶液pH = 7，置於70°C水浴環境下反應，反應體系顏色會發生一定的變深效應，待顏色穩定下來不再變化，即反應完成，得到三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液；
[0064](3)在室溫(25°C )條件下，按照浴比為50:1 (三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液與經過步驟(I)預處理後的廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛，浸入到步驟(2)中得到的三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液中，調節溶液pH=7，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
[0065]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為23%。
[0066]對比實施例3
[0067]廢棄羊毛經過高錳酸鉀預處理後，直接對三價鉻離子進行吸附，沒有將鉻離子與吸附促進劑複合成配合物，其餘步驟操作與實施例2相同，具體為:
[0068](I)按照浴比為50:1(高錳酸鉀的飽和食鹽溶液與廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將廢羊毛置於溶質質量分數為12%的高錳酸鉀的飽和食鹽溶液中，於45°C水浴環境下處理60min，將羊毛取出，常溫下晾乾，得到經過預處理的羊毛；
[0069](2)在室溫(25°C )條件下，按照浴比為50:1(三價鉻溶液與經過步驟(I)預處理後的廢羊毛之間的質量之比為50:1)，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛，浸入到三價鉻溶液(鉻元素濃度為20mg/L的CrCl3.6H20溶液)中，調節溶液pH = 7，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
[0070]吸附完成後,經檢測,三價鉻的吸附率為16%。
【權利要求】
1.一種廢羊毛吸附六價鉻離子的方法，其特徵在於:所述的吸附方法為， (1)按照浴比為50:1，將廢羊毛置於溶質質量分數為3%?15%的高錳酸鉀的飽和食鹽溶液中，於20°C?50°C水浴環境下處理10?60min，將羊毛取出，常溫下晾乾，得到經過預處理的羊毛； (2)在室溫條件下，按照浴比為50:1，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛作為吸附齊IJ，浸入質量濃度為5?50mg/L的六價鉻溶液中，調節溶液pH = 1_11，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
2.如權利要求1所述的廢羊毛吸附六價鉻離子的方法，其特徵在於:步驟(2)中所述的六價鉻溶液為，鉻酸鈉的水溶液、鉻酸鉀的水溶液、重鉻酸鈉的水溶液或重鉻酸鉀的水溶液。
3.一種廢羊毛吸附三價鉻離子的方法，其特徵在於:所述的吸附方法為， (1)按照浴比為50:1，將廢羊毛置於溶質質量分數為3%?15%的高錳酸鉀的飽和食鹽溶液中，於20°C?50°C水浴環境下處理10?60min，將羊毛取出，常溫下晾乾，得到經過預處理的羊毛； (2)將磺基水楊酸作為吸附促進劑，和三價鉻離子按質量比1:4一2:1的比例分散於去離子水中，控制三價鉻離子的質量濃度為5?30mg/L，調節溶液pH = 1_11，置於20°C?100°C水浴環境下反應，採用分光光度計測量溶液中三價鉻離子的濃度，直至濃度穩定後，表示反應結束，通過比較磺基水楊酸和三價鉻離子在不同質量比例下，反應結束後溶液體系的吸光度，得到該三價鉻離子濃度下，吸附促進劑磺基水楊酸的最佳使用量； (3)按照步驟(2)中計算得到的吸附促進劑磺基水楊酸的最佳使用量，於鉻元素濃度為5?30mg/L的三價鉻溶液中，加入磺基水楊酸，混合均勻並調節溶液pH = 1_11，置於20°C?10(TC水浴環境下反應，反應體系顏色發生變深效應，待顏色穩定下來不再變化，即反應完成，得到三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液； (4)在室溫條件下，按照浴比為50:1，將步驟(I)中得到的經預處理的羊毛，浸入到步驟(3)中得到的三價鉻離子/磺基水楊酸配位物溶液中，調節溶液pH= 1-11，進行靜態吸附，採用分光光度計測量被測離子濃度，直至濃度穩定後，表示測量吸附完成。
4.如權利要求3所述的廢羊毛吸附三價鉻離子的方法，其特徵在於:步驟(3)中所述的三價鉻溶液為CrCl3.6H20的水溶液、Cr2 (SO4)3.18H20的水溶液。
【文檔編號】C02F101/22GK104353426SQ201410524180
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2014年10月8日
【發明者】賀江平, 伍展輝, 孫振榮, 湯建榮 申請人:蘇州滙豐材料科技股份有限公司