一种废弃山羊毛制备高效染色废水吸附剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种废弃山羊毛制备高效染色废水吸附剂的方法，属于生物基吸附材料领域。采用蒸汽闪爆和液氮粉碎处理废弃山羊毛。本发明专利技术采用的蒸汽闪爆和液氮粉碎技术是一种高效、环保的预处理方法，且处理后山羊毛粉末颗粒低至20μm，结晶指数低至2.6％，增大了山羊毛粉末的无定形区，有利于山羊毛的吸附作用；采用本发明专利技术方法制备得到的山羊毛吸附剂吸附染色废水中的染料，染料去除率最高可达95％，吸附量可达426mg/g，是一种优良的生物吸附剂；采用本发明专利技术方法制备得到的山羊毛吸附剂可重复吸附、解吸循环5‑6次。

A Method for Preparing High Efficiency Adsorbent for Dyeing Wastewater from Waste Goat Wool

【技术实现步骤摘要】
一种废弃山羊毛制备高效染色废水吸附剂的方法
本专利技术一种废弃山羊毛制备高效染色废水吸附剂的方法，属于生物基吸附材料领域。
技术介绍
根据资料显示全球饲养山羊10.74亿只，主要分布在中国，蒙古，巴基斯坦等亚非国家。山羊在生长过程中提供山羊毛和山羊绒两种纤维。山羊绒是一种珍稀的特种动物纤维，俗称“软黄金”、“纤维宝石”，其产品手感柔软、滑糯，风格典雅、高贵。中国山羊绒产量、质量均居世界首位。但是，其废弃山羊毛无卷曲，粗硬，利用价值低，目前主要采用还原剂-甲酸法溶解制备山羊毛角蛋白质溶液等。由于会产生二次污染，成本高，这些并未得到实际的使用。因此，需要进一步研究山羊毛的应用。纺织工业企业产生大量染料废水。世界上每年染料消耗量超过7万吨，这些染料中45％属于活性染料。这些染料可对棉、黏胶等纤维素纤维进行着色。有大量的活性染料没有固着在纤维素纤维上而进入水中形成活性染料废水，因此，活性染料废水处理已成为重要课题。RB19广泛用于纺织品染色，是不易生物降解的污染物，因此在许多研究中通常用作模型染料.在生物处理，絮凝，膜分离过程，化学沉淀，吸附(利用活性炭)和离子交换等染色废水处理方法中，吸附已被证明是一种经济、有效的方法。随着人们环保意识的加强，人们对处理染料废水的吸附剂提出了更高的要求，要求环保、低成本、吸附性能好并可重复利用。采用农业废弃物用作非常规吸附剂处理染料废水已成为当前的重要课题，例如壳聚糖、聚乙烯亚胺阳离子改性柿单宁吸附剂、小麦秸秆、椰子叶、基于玉米芯-木糖残基的吸附剂、油茶坚果壳，水果皮等。山羊毛有大量的氨基、羧基等活性基团，可以用作吸附剂。其问题是吸附量少，为解决这样的问题，文献中出现以鸡毛为原料提取角蛋白然后制备海绵吸附剂。但是，成本高。有人提出以头发为原材料，NaOH水溶液预处理后分别与甲醛、二甲胺分两步进行改性，复合制备出一种含季铵盐的改性角蛋白吸附剂，但该改性方法复杂，且不环保。
技术实现思路
为提高废弃山羊毛资源的利用率，为活性染料废水处理提供一种低成本的绿色吸附剂，本专利技术采用一种高效、环保、快速的预处理方法蒸汽闪爆法，对废弃山羊毛进行蒸汽闪爆预处理。山羊毛经过闪爆和液氮粉碎后，得到颗粒尺寸为15～30um的粉末，可作为染色废水的生物吸附剂用于活性染料废水处理，对活性染料的吸附量从55mg/g提高到426mg/g，增长了约7倍；同时，确保山羊毛经过蒸汽闪爆后的得率在85％以上。本专利技术的第一个目的是提供一种废弃山羊毛制备高效染色废水吸附剂的方法，采用蒸汽闪爆和液氮粉碎处理废弃山羊毛。本专利技术的第二个目的是提供一种废弃山羊毛制备高效染色废水吸附剂的方法，包括以下步骤：(1)蒸汽闪爆：对废弃山羊毛进行蒸汽闪爆，过200-300目筛后冷冻干燥；(2)液氮粉碎：将步骤(1)的山羊毛进行液氮粉碎，得到颗粒大小为10-30μm的山羊毛粉末。在本专利技术一种实施方式中，所述蒸汽闪爆条件为：闪爆压力1.3MPa-1.7MPa，闪爆时间30s-240s。在本专利技术一种实施方式中，所述步骤(1)中所述冷冻干燥是将蒸汽闪爆后的样品放入-60～-80℃下冷冻1～4h，然后采用真空冷冻干燥将山羊毛烘干。在本专利技术一种实施方式中，所述真空冷冻干燥条件为：真空度为5～15Pa，温度-40～-60℃，干燥时间36～72h。本专利技术的第三个目的是提供一种山羊毛吸附剂，含有上述方法得到的山羊毛粉末。本专利技术的第四个目的是提供一种上述山羊毛吸附剂在染色废水中的应用。本专利技术的第五个目的是提供一种山羊毛吸附剂处理染色废水的方法，将上述方法得到的山羊毛粉末放入染色废水中吸附。在本专利技术一种实施方式中，吸附条件为pH＝2～5，时间为6～10h。在本专利技术一种实施方式中，所述山羊毛粉末与染色废水的料液比为1：(50～100)。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用的蒸汽闪爆和液氮粉碎联合处理是一种高效、环保的预处理方法，且与废弃山羊毛相比，处理后山羊毛粉末颗粒低至15μm，结晶指数低至2.6％，增大了山羊毛粉末的无定形区，蒸汽闪爆+液氮粉碎山羊毛的BET比表面积从0.6777增大到8.5829m2g-1，其BJH吸附孔累积比表面积从0.269m2g-1提高到5.539m2g-1，其孔径体积从0.170提高到5.41mm3g-1，有利于山羊毛的吸附作用；(2)采用本专利技术方法制备得到的山羊毛吸附剂吸附染色废水中的染料RB19，吸附量可达426mg/g，是一种优良的生物吸附剂；(3)采用本专利技术方法制备得到的山羊毛吸附剂可重复吸附、解吸循环5-6次。附图说明图1不同处理山羊毛的SEM图；图中所示压力和时间为蒸汽闪爆的条件，均为蒸汽闪爆+液氮粉碎联合处理后的样品；CGH：废弃山山羊毛照片；FDGH：单独液氮粉碎处理；EGHP：蒸汽闪爆+液氮粉碎联合处理。图2经过不同蒸汽闪爆条件下的山羊毛的XRD谱图。图3BET吸附-脱附等温线；其中，a：废弃山山羊毛，b：液氮粉碎山山羊毛，c：蒸汽闪爆+液氮粉碎山羊毛-1.3MPa，d:蒸汽闪爆+液氮粉碎山羊毛-1.5MPa，e：蒸汽闪爆+液氮粉碎山羊毛-1.7MPa。图4闪爆条件对吸附量的影响。图5循环吸附次数和吸附量的关系。图6不同处理山羊毛的吸附性能：(a)～(c)为初始染料浓度对不同处理山羊毛的吸附性能和染料去除效率的影响；其中，(a)废弃山羊毛；(b)液氮粉碎山羊毛；(c)蒸汽闪爆+液氮粉碎山羊毛；(d)～(f)为不同处理山羊毛吸附活性蓝19的Langmuir吸附等温线；其中，(d)废弃山羊毛；(e)液氮粉碎山羊毛；(f)蒸汽闪爆+液氮粉碎山羊毛。具体实施方式采用Segal方程计算样品的晶体指数(CI)：I9°是2θ＝9°的吸收峰强度，I14°是2θ＝14°的吸收谷强度。实施例1：采用蒸汽闪爆和液氮粉碎技术处理废弃山羊毛，具体步骤如下：步骤一：采用蒸汽闪爆对废弃山羊毛进行预处理：(1)对废弃山羊毛进行蒸汽闪爆，蒸汽闪爆压力1.5MPa，蒸汽闪爆时间150s；(2)采用200目筛网，将蒸汽闪爆后山羊毛中的水过滤去除；(3)将蒸汽闪爆后的样品放入-80℃的超低温冰箱中冷冻2h，然后采用真空冷冻干燥的方法将山羊毛烘干，真空度为9.5Pa，温度-50℃，干燥时间48h；步骤二：液氮冷冻并粉碎：将闪爆、干燥后的山羊毛进行液氮粉碎，得到颗粒大小为20μm的山羊毛粉末，山羊毛尺寸小、且内部具有细小的空隙，吸附作用强。步骤三：采用上述制备的山羊毛粉末处理染色废水：(1)将闪爆、粉碎的粉末状山羊毛放入活性蓝染料19染色废水中吸附，吸附条件：pH＝2，21℃下8小时，闪爆山羊毛用量为：10g/L；(2)采用五号砂芯漏斗进行过滤，得到净化后的水和吸附活性蓝19染料的山羊毛。实施例2：不同蒸汽闪爆条件对山羊毛粉末性能的影响1、不同闪爆压强对山羊毛性能的影响：采用实施例1的方法处理废弃山羊毛，区别仅在于，蒸汽闪爆压强分别为1.3MPa和1.7MPa，处理后得到的山羊毛的颗粒大小分别约为36μm和18μm，山羊毛的吸附性能和结晶指数见图4和表1与表2。2、不同闪爆时间对山羊毛性能的影响：采用实施例1的方法处理废弃山羊毛，区别仅在于，蒸汽保压时间分别为30s、90s和240s，处理后得到的山羊毛的颗粒大小分别为42μm、38μm、19μm，山本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废弃山羊毛制备高效染色废水吸附剂的方法，其特征在于，采用蒸汽闪爆和液氮粉碎联合处理废弃山羊毛，并作为处理染色废水的吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种废弃山羊毛制备高效染色废水吸附剂的方法，其特征在于，采用蒸汽闪爆和液氮粉碎联合处理废弃山羊毛，并作为处理染色废水的吸附剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)蒸汽闪爆：对废弃山羊毛进行蒸汽闪爆，并进行冷冻；(2)液氮粉碎：将步骤(1)的山羊毛进行液氮粉碎，得到山羊毛粉末。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，蒸汽闪爆条件为：闪爆压力1.3MPa-1.7MPa，闪爆时间30s-240s。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述冷冻干燥是将蒸汽闪爆后的样品放入-60～-80℃下冷冻1～4h。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯秀良，魏世锦，朱莹，徐荷澜，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32