[发明专利]一种改性蚕丝纤维制备重金属吸附材料的方法及其应用

说明书

本发明提供一种改性蚕丝纤维制备重金属吸附材料的方法及其应用，属于吸附材料技术领域。本发明所述方法包括以下步骤：(1)预处理：取当年的蚕的生丝，放入弱碱性溶液中并加入脂肪酶、碱性蛋白酶和表面活性剂，用超声波处理、浸泡、煮沸，再用水洗；(2)恒重：将清洗好的蚕丝放入冷冻干燥箱中干燥，然后将烘干的蚕丝进行称重，再进行冷冻干燥再称重；(3)检测：抽样恒重后的蚕丝用苦味酸胭脂红试剂进行检测；(4)改性：将丝素直接浸中性蛋白酶溶液，超声波进行处理再冷冻干燥至恒重，得到所需的吸附材料。本发明是一种成本低，效率高，工艺简单，操作简便，便于规模化应用的新型重金属吸附材料的制备方法。

【技术领域】

本发明涉及吸附材料的制备技术领域，具体涉及一种改性蚕丝纤维制备重金属吸附材料的方法及其应用。

【背景技术】

对于重金属微污染水体，以及含重金属工业废水经碱沉淀处理后的出水来说，一个非常显著的特点就是微量重金属离子是处于碱金属和碱土金属浓度下，例如Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等含量可高达数百毫克每升。常规的水处理工艺显然无法去除水中的微量重金属离子，需要进行特殊的深度处理(如膜技术、离子交换法、吸附法等)。膜分离技术具有分离效率高，在重金属废水处理领域受到重视，但是因膜设备投资较大，运行费用较高，膜易被污染等原因，其实际应用存在不少问题。普通离子交换树脂(纤维)对重金属离子选择性不高，处理含高浓度Ca²⁺、Mg²⁺等离子的复杂实际废水，无谓消耗交换树脂(纤维)的交换容量，造成成本提高、重金属去除效率降低。从实际应用的角度考虑，吸附法无疑是最适当的选择之一，而吸附法的关键在于吸附材料的性能和成本。研制对成本低、效率高、工艺简单、操作方便且对重金属具有专属吸附特性的材料具有重要的实际意义。

重金属是常见的环境污染物,主要来源于有色金属冶炼、加工重金属废水；而含有重金属铜离子的工业废水是一种特殊的环境污染源。近年来，去除废水中重金属铜离子已经引起了人们热切的关注，且铜污染已被列为优先监控的环境污染物，它也是当今社会的一个急需解决的环境问题。研究人员尝试了多种处理重金属离子的方法，其中，化学吸附法是利用吸附剂的多孔结构、高比表面积、特殊官能团等吸附水体中重金属离子的方法。吸附剂表面或内部含有大量的羟基、羧基、巯基或氨基等活性基团，可与水体中的重金属离子以离子键或共价键进行螯合，构成三维立体网状结构的笼形分子，有效去除水体中的重金属离子。沸石、螯合树脂、离子交换树脂等具备吸附和交换双重功能，一方面含有能够迁移的离子，通过这些可迁移离子与水体中重金属离子的交换来达到分离纯化目的；同时还带有羧基、胺基、羟基等活性官能团，可通过螯合作用吸附水体中的重金属离子。近年来，化学吸附法以其操作简便、研制廉价、高效、去除率高、吸附性能好等优点而被带到生活中广泛研究和应用。但这种方法对进水的预处理要求高，吸附剂相对来说较昂贵，之前曾限制了它的应用范围。因此利用廉价材料开发高效、经济实用及其具有大比表面积和结构的吸附剂成为近年来重金属废水处理的研究热点。

蚕丝具有纯度高来源广等一系列优点。尤其我国是蚕丝生产大国，家蚕生丝产量已占世界一半，对其进行详细的研究无论从基础科学还是从应用科学来看都是很有意义的。蚕丝是由丝素蛋白和丝胶两部分组成，其中丝素蛋白是蚕丝中主要的组成部分，它的来源广、高效、成本低廉，具有较好的可加工性和生物降解性,并且具有良好的力学性能,是一种优良的生物材料，因此非常适合从高分子材料的角度来进行研究和应用。随着丝素蛋白研究领域的不断拓宽，丝素蛋白的功能特性被不断地发现和利用，如丝素蛋白的吸湿性、相容性、吸附性等。未改性的蚕丝表面分布有一定数量氨基酸，具有酸的通性和溶解性，粒子表面能较高；但它的游离氨基和羧基含量不大，对重金属离子的吸附量并不高，无法直接作为重金属吸附剂。如能利用丝素蛋白的吸附性能，开发具有吸附重金属离子的新型环保材料，不仅能拓展丝素蛋白用途，而且对于改善生态环境等具有重要意义。

【发明内容】