一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法及其应用，该制备方法包括将含铬废革屑置于草酸与硫酸混合液中进行脱铬处理，经提纯得到胶原纤维悬浮液，调节悬浮液的pH值，并通过冷冻干燥得到胶原气凝胶；将其浸泡于锌前驱体溶液中，得到吸附有锌前驱体的胶原气凝胶，随后置于氢氧化钠水解液中进行水解缩聚；将得到的产物在正己烷中浸泡，制得胶原纤维/ZnO复合气凝胶。该方法制得的复合气凝胶实现了危险废弃物的变废为宝，赋予了胶原纤维光催化性能并提高了其稳定性，对废水中的有机染料具有优异的光催化降解效果和循环使用性；同时解决了纳米ZnO回收难的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法及其应用


[0001]本专利技术属于含铬废革屑处理
，涉及一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着社会和经济的发展，环境污染日益严重，皮革行业在制革的过程中只有20％的生皮被转化为皮革，每公吨皮产生450kg固体废弃物，包括250kg非鞣制皮屑废弃物和200kg鞣制革屑废弃物。铬鞣剂作为常用的鞣剂，全世界90％以上的皮革生产都使用铬鞣，在制革过程中产生铬泥和含铬废革屑。据统计，全世界每年可产生约80万吨含铬废革屑，而中国每年产生约25万吨。含铬废革屑中含有大量的重金属铬，如不能及时处理，对环境和人体将造成严重危害，因此含铬废革屑被列为了危险废弃物；同时，含铬废革屑的主要成分为胶原，不充分利用是对资源的巨大浪费。胶原中富含
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COOH、
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NH2、
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OH等多种活性基团且具有优异的可再生性和生物降解性，将其制备成具有高孔隙率的气凝胶，将是一种优异的吸附材料。然而，利用纯胶原气凝胶作为吸附材料吸附废水中的有机物时，存在稳定性差的问题。因此，常通过改性处理增强其稳定性；此外，如果要实现其循环使用性，后期仍需解析处理，过程繁琐。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法及其应用，从而解决现有技术中单纯使用纯胶原气凝胶作为吸附材料吸附废水中有机物时，稳定性差且需要解吸处理导致使用过程繁琐的技术问题。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0005]一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将含铬废革屑置于草酸与硫酸的混合液中进行脱铬处理，采用抽滤、水洗、氯化钠盐析、超纯水透析进行纯化得到胶原纤维悬浮液，并通过冷冻干燥得到胶原气凝胶；
[0007]S2：将所述胶原气凝胶置于锌前驱体溶液中浸泡处理，得到吸附有锌前驱体的胶原气凝胶；
[0008]S3：将所述吸附有锌前驱体的胶原气凝胶置于氢氧化钠水解液中，使所述锌前驱体发生水解缩聚；
[0009]S4：将S3中所得到的产物浸入正己烷中，于室温下自然干燥制得所述胶原纤维/ZnO复合气凝胶。
[0010]优选的，所述步骤S1中，在对胶原纤维悬浮液进行冷冻干燥之前，调节所述胶原纤维悬浮液的pH值为3～12；同时，所述冷冻干燥的时间为24～72h。
[0011]优选的，所述步骤S2中，锌前驱体溶液的制备过程为：将二水合醋酸锌置于80～95℃的无水乙醇中，搅拌至完全溶解得到所述锌前驱体溶液。
[0012]优选的，二水合醋酸锌的浓度为10～150mmol/L。
[0013]优选的，所述步骤S3中，氢氧化钠水解液的制备过程为：将氢氧化钠置于无水乙醇中，超声溶解30～60min，得到所述氢氧化钠水解液；氢氧化钠与二水合醋酸锌的摩尔比为(5～10):1。
[0014]优选的，步骤S2中，所述胶原气凝胶的质量与锌前驱体溶液的体积之比为10mg:(1.5～5)mL；所述胶原气凝胶在锌前驱体溶液中的浸泡温度为50～90℃，浸泡时间为4～8h。
[0015]优选的，步骤S3中，所述胶原气凝胶的质量与氢氧化钠水解液的体积之比为10mg:(1.5～5)mL；所述吸附有锌前驱体的胶原气凝胶在氢氧化钠水解液中的反应温度为50～90℃，反应时间为3～6h。
[0016]优选的，步骤S4中，所述胶原气凝胶的质量与正己烷的体积之比为10mg:(2～8)mL；所述吸附有锌前驱体的胶原气凝胶经水解缩聚后的产物在正己烷中的浸泡时间为2～5h；自然干燥时间为24～48h。
[0017]一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶，通过上述的方法制得。
[0018]上述的一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶在有机染料废水处理领域的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法，利用制革加工过程中所产生的危险废弃物—含铬废革屑为原料，通过酸法脱铬提取胶原纤维制备了胶原气凝胶，实现了变废为宝；进而，采用原位法将光催化材料纳米ZnO负载在胶原纤维上制备复合气凝胶，赋予了胶原纤维光催化性能，使得吸附的污染物可以被光催化降解，实现了吸附和降解双重过程，有效解决了单纯采用胶原气凝胶作为吸附材料时，吸附后需要解析的复杂过程。另外，部分锌离子与胶原的羧基与氨基发生配位，提高胶原纤维的结构强度，同时ZnO表面的羟基与胶原的氨基通过氢键连接，使得ZnO可以牢固附着在胶原纤维的表面，避免了胶原气凝胶处于液相中时，因溶胀而导致的三维结构坍塌、稳定差的问题。
[0021]进一步的，在对胶原纤维进行冷冻干燥之前，调节所述胶原纤维悬浮液的pH值为3～12，可以有效提高胶原纤维的使用范围，可以针对带不同电荷的有机污染物进行高效吸附处理，如果有机物带负电，胶原pH调节为酸性，使得胶原纤维表面带正电，通过正负吸引，使得吸附率更高，反之，则将胶原pH调节为碱性，以提高其吸附效率。另外，冷冻干燥的时间为24～72h，时间太短，无法形成胶原气凝胶。
[0022]进一步的，所述锌前驱体溶液的制备过程为：将二水合醋酸锌置于80～95℃的无水乙醇中，搅拌至完全溶解得到所述锌前驱体溶液，该过程可使得二水合醋酸锌充分在无水乙醇中溶解。
[0023]进一步的，所述二水合醋酸锌的浓度为10～150mmol/L；所述二水合醋酸锌与氢氧化钠水解液的摩尔浓度比为1:(5～10)，该比例中氢氧化钠过量，可有效使得锌前驱体发生水解缩聚反应。
[0024]进一步的，所述氢氧化钠水解液的制备过程为：将氢氧化钠置于无水乙醇中，超声溶解30～60min，得到所述氢氧化钠水解液，该超声处理过程可实现氢氧化钠的充分溶解，常规的搅拌过程，无法使其溶解。
[0025]进一步的，胶原气凝胶的质量与锌前驱体溶液的体积之比为10mg:(1.5～5)mL，可使得胶原气凝胶充分浸入锌前驱体溶液中，进行反应，且其浸泡温度为50～90℃，可有效避免锌前驱体溶液的析出过程，浸泡时间为4～8h可使得锌前驱体溶液充分渗入在胶原气凝胶内部。
[0026]进一步的，胶原气凝胶的质量与氢氧化钠水解液的体积之比为10mg:(1.5～5)mL，所述吸附有锌前驱体的胶原气凝胶在氢氧化钠水解液中的反应温度为50～90℃，反应时间为3～6h，有效使得锌前驱体溶液发生水解反应，并使其负载于胶原气凝胶中。
[0027]进一步的，胶原气凝胶的质量与正己烷的体积之比为10mg:(2～8)mL，正己烷可以加速Zn(OH)
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脱去水分子，生成纳米氧化锌，如果正己烷加入量较少，氧化锌析出较少或特别慢、影响反应速率，过量的正己烷造成有机溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将含铬废革屑置于草酸与硫酸的混合液中进行脱铬处理，采用抽滤、水洗、氯化钠盐析、超纯水透析进行纯化得到胶原纤维悬浮液，并通过冷冻干燥得到胶原气凝胶；S2：将所述胶原气凝胶置于锌前驱体溶液中浸泡处理，得到吸附有锌前驱体的胶原气凝胶；S3：将所述吸附有锌前驱体的胶原气凝胶置于氢氧化钠水解液中，使所述锌前驱体发生水解缩聚；S4：将S3中所得到的产物浸入正己烷中，于室温下自然干燥制得所述胶原纤维/ZnO复合气凝胶。2.根据权利要求1所述的一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤S1中，在对胶原纤维悬浮液进行冷冻干燥之前，调节所述胶原纤维悬浮液的pH值为3～12；同时，所述冷冻干燥的时间为24～72h。3.根据权利要求1所述的一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤S2中，锌前驱体溶液的制备过程为：将二水合醋酸锌置于80～95℃的无水乙醇中，搅拌至完全溶解得到所述锌前驱体溶液。4.根据权利要求3所述的一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法，其特征在于，二水合醋酸锌的浓度为10～150mmol/L。5.根据权利要求1所述的一种以含铬废革屑为原料制备胶原纤维/ZnO复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤S3中，氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：田振华，高盼盼，赵文杰，孙晓丹，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：