羽毛角蛋白海綿膜的優(yōu)化制備及其應(yīng)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(dāng)作廢棄物丟棄，這不僅是對(duì)資源的浪費(fèi)，還會(huì)造成環(huán)境污染。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)羽毛角蛋白資源回收再利用的研究很活躍，研究對(duì)象主要集中在可溶性角蛋白上，而對(duì)不溶性角蛋白殘?jiān)偕玫难芯繄?bào)道卻很少。本文利用羽毛中提取出的不溶性蛋白殘?jiān)瞥山堑鞍缀＞d膜，并對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了表征分析，同時(shí)研究了海綿膜在處理染料廢水、重金屬?gòu)U水等環(huán)境領(lǐng)域的潛在應(yīng)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(duì)羽毛角蛋白提取、應(yīng)用研究新進(jìn)展進(jìn)行了綜述。介紹了羽毛角蛋白定義分類(lèi)、結(jié)構(gòu)組成及其近年來(lái)的應(yīng)用研究狀況，總結(jié)了目前角蛋白提取與應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，并著重綜述了角蛋白膜制備的研究進(jìn)展。
　　其次，采用正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下的化學(xué)還原法提取羽毛中的角蛋白，并利用其中不溶性蛋白殘?jiān)苽浣堑鞍缀＞d膜，避免了二度浪費(fèi)，提高了還原法對(duì)角蛋白的利用率。制備的角蛋白殘?jiān)＞d膜表面平整，質(zhì)地膨松，斷裂強(qiáng)度為5.4MPa，兼具良好

3、的柔韌性和彈性。SEM顯示膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不溶于水，具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，是一種潛在的吸附劑。FT-IR說(shuō)明角蛋白海綿膜的二級(jí)結(jié)構(gòu)中含有較多的β-折疊結(jié)構(gòu)和無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)。XRD表明比起原料羽毛，角蛋白海綿膜中α-螺旋結(jié)構(gòu)明顯減少，β-折疊結(jié)構(gòu)數(shù)目增多且角蛋白結(jié)晶度變小。TGA測(cè)試結(jié)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(kāi)始發(fā)生熱解反應(yīng)。SDS-PAGE測(cè)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(yīng)用于染料廢水的處理，研究了該膜對(duì)水中亞甲基藍(lán)(MB)的吸附性能。結(jié)果表明，溫度對(duì)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(shí)間24h條件下，溶液中MB的去除效果最佳，吸附去除率達(dá)98.12％。此條件下達(dá)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(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能很好地描述MB在海綿膜上的吸附動(dòng)力學(xué)行為。此外，通過(guò)對(duì)吸附前后角蛋白海綿膜進(jìn)行掃描電子顯微鏡照片和紅外光譜譜圖表征對(duì)比，結(jié)果顯示，角蛋白海綿膜對(duì)MB的吸附過(guò)程可能同時(shí)包含物理吸附和化

6、學(xué)吸附。
　　最后，將角蛋白海綿膜應(yīng)用于重金屬離子廢水的處理，研究了該膜對(duì)水中重金屬Pb2+和Cd2+的吸附性能。結(jié)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(shí)間4h的情況下，海綿膜對(duì)Pb2+有較好的吸附去除效果，最大吸附量達(dá)39.526mg/g。而對(duì)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(shí)間2h的情況下進(jìn)行，此時(shí)得到最大吸附量

7、為23.981mg/g。對(duì)該過(guò)程進(jìn)行吸附等溫線擬合、動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析，結(jié)果表明海綿膜對(duì)Pb2+和Cd2+的吸附為放熱過(guò)程且易于進(jìn)行;Pb2+的吸附過(guò)程對(duì)Langmuir和Freundlich模型兩個(gè)吸附模型均有良好的擬合關(guān)系，且對(duì)Langmuir的擬合效果更好;Cd2+的吸附過(guò)程和兩個(gè)等溫模型的相關(guān)性都不佳，但較接近于Langmuir模型。Pb2+和Cd2+的吸附過(guò)程均符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，物理吸附和化學(xué)吸附在兩者的吸附反應(yīng)中均起到重