羽毛角蛋白海綿膜的優(yōu)化制備及其應用研究.pdf

1、羽毛是一種可經(jīng)多種處理、加工后再利用的天然蛋白質(zhì)資源，如果僅被當作廢棄物丟棄，這不僅是對資源的浪費，還會造成環(huán)境污染。近年來，國內(nèi)外對羽毛角蛋白資源回收再利用的研究很活躍，研究對象主要集中在可溶性角蛋白上，而對不溶性角蛋白殘渣再生利用的研究報道卻很少。本文利用羽毛中提取出的不溶性蛋白殘渣制成角蛋白海綿膜，并對其結構性能進行了表征分析，同時研究了海綿膜在處理染料廢水、重金屬廢水等環(huán)境領域的潛在應用，為廢棄蛋白質(zhì)資源的再生利用提供新的途徑。

2、
　　首先，論文對羽毛角蛋白提取、應用研究新進展進行了綜述。介紹了羽毛角蛋白定義分類、結構組成及其近年來的應用研究狀況，總結了目前角蛋白提取與應用過程中存在的問題，并著重綜述了角蛋白膜制備的研究進展。
　　其次，采用正交優(yōu)化實驗條件下的化學還原法提取羽毛中的角蛋白，并利用其中不溶性蛋白殘渣制備角蛋白海綿膜，避免了二度浪費，提高了還原法對角蛋白的利用率。制備的角蛋白殘渣海綿膜表面平整，質(zhì)地膨松，斷裂強度為5.4MPa，兼具良好

3、的柔韌性和彈性。SEM顯示膜結構穩(wěn)定，不溶于水，具有豐富的孔隙結構，是一種潛在的吸附劑。FT-IR說明角蛋白海綿膜的二級結構中含有較多的β-折疊結構和無規(guī)卷曲結構。XRD表明比起原料羽毛，角蛋白海綿膜中α-螺旋結構明顯減少，β-折疊結構數(shù)目增多且角蛋白結晶度變小。TGA測試結果表示角蛋白海綿膜的熱穩(wěn)定性略低于羽毛，高于200℃海綿膜便開始發(fā)生熱解反應。SDS-PAGE測得提取的可溶性角蛋白分子量分布主要集中在10～15kDa之間，可大致

4、推得角蛋白海綿膜的分子量在此范圍之上。
　　再次，將角蛋白海綿膜應用于染料廢水的處理，研究了該膜對水中亞甲基藍(MB)的吸附性能。結果表明，溫度對膜吸附MB的效果影響程度較小。在體系溫度為25℃，染料溶液pH為7，羽毛角蛋白海綿膜用量0.06g，初始染料濃度100mg/L，吸附時間24h條件下，溶液中MB的去除效果最佳，吸附去除率達98.12％。此條件下達到平衡后的最大吸附量為82.69mg/g;25℃下羽毛角蛋白海綿膜理論飽和吸

5、附量為151.52mg/g。在所研究的溫度和濃度范圍內(nèi)，Langmuir和Freundlich等溫方程均適宜描述MB在海綿膜上的吸附行為。其中，MB在羽毛角蛋白海綿膜上的吸附行為更符合Freundlich吸附等溫線模型(R2=0.994)。準二級動力學模型能很好地描述MB在海綿膜上的吸附動力學行為。此外，通過對吸附前后角蛋白海綿膜進行掃描電子顯微鏡照片和紅外光譜譜圖表征對比，結果顯示，角蛋白海綿膜對MB的吸附過程可能同時包含物理吸附和化

6、學吸附。
　　最后，將角蛋白海綿膜應用于重金屬離子廢水的處理，研究了該膜對水中重金屬Pb2+和Cd2+的吸附性能。結果表明，在溫度25℃、初始濃度40mg/L、海綿膜投加量0.1g、溶液pH=8和吸附時間4h的情況下，海綿膜對Pb2+有較好的吸附去除效果，最大吸附量達39.526mg/g。而對于Cd2+的較優(yōu)吸附則是在溫度25℃、初始濃度20mg/L、海綿膜投加量0.1g、溶液pH=8和吸附時間2h的情況下進行，此時得到最大吸附量

7、為23.981mg/g。對該過程進行吸附等溫線擬合、動力學和熱力學分析，結果表明海綿膜對Pb2+和Cd2+的吸附為放熱過程且易于進行;Pb2+的吸附過程對Langmuir和Freundlich模型兩個吸附模型均有良好的擬合關系，且對Langmuir的擬合效果更好;Cd2+的吸附過程和兩個等溫模型的相關性都不佳，但較接近于Langmuir模型。Pb2+和Cd2+的吸附過程均符合準二級動力學模型，物理吸附和化學吸附在兩者的吸附反應中均起到重