羊毛角蛋白/丝胶/水性聚氨酯共混膜的制备及对重金属吸附研究

作     者：张明月 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘洪玲;张永波

授予年度：2020年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0815[工学-水利工程] 0703[理学-化学] 

主      题：角蛋白 丝胶蛋白 共混膜 超声波 重金属吸附 

摘      要：近年来,随着世界经济的迅速发展和工业化进程持续加快,大量可溶性化学物质被排放到水中,而这些化学物质造成了严重的水污染。其中,重金属污染是水污染中最为常见也是最应该引起重视的问题,因此,寻求一种可生物降解、成本低廉且性能良好的吸附重金属离子的材料和方法也成为当务之急。羊毛废弃物和丝胶废水都含有宝贵的天然蛋白质,从中提取羊毛角蛋白和丝胶蛋白,既可以保护环境又可以避免资源浪费。水性聚氨酯是一种机械性能优良且相容好的高分子材料,因此本文开发了一种羊毛角蛋白和丝胶蛋白与水性聚氨酯共混的膜材料,其可用于重金属离子的吸附,得到如下结论:首先,将羊毛角蛋白和丝胶蛋白与水性聚氨酯以不同比例进行共混,通过冷冻干燥法制备得到羊毛角蛋白/丝胶/水性聚氨酯共混膜,对其形貌结构、力学性能、紫外吸收能力、溶胀性等进行研究。结果表明,随着羊毛角蛋白含量由0%增加到80%,共混膜β-折叠结构含量减少,α-螺旋结构含量明显增加,水性聚氨酯硬段含量基本不变,而软段含量有增加的趋势。表明羊毛角蛋白含量的增加使共混膜内含有更多的α-螺旋结构和软段结构。相应地,拉伸试验结果也表明α-螺旋和软段含量增加,而且共混膜的韧性显著增加,有利于重金属离子的吸附。其次,本文对羊毛角蛋白/丝胶/水性聚氨酯共混液进行了超声波改性,研究超声波处理时间对共混膜性能的影响。结果表明,超声波处理会影响蛋白质二级结构转变,诱导无规卷曲结构向β-折叠转变,能提升共混膜的力学性能。因此可以通过调控超声波作用时间来控制共混膜的性能。此外,超声波处理还能提高共混膜的紫外吸收能力以及耐水性。最后,以超声12min、共混比例为2:2:1的羊毛角蛋白/丝胶/水性聚氨酯共混膜对Cu、Cr进行吸附实验,分别研究了两种重金属离子吸附性能,包括吸附动力学、吸附等温线模型以及影响吸附的各种因素等。研究发现,对Cu、Cr均有很好的吸附能力,对Cu、Cr的最大吸附量可达到54.21和85.21mg/g。动力学研究表明拟二级动力学方程更适于共混膜对Cu和Cr的静态吸附。热力学研究表明Cu和Cr均符合Langmuir吸附等温模型,可认为单分子层吸附占优势。