【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于吸附材料制备，具体涉及一种低温环境下高效选择性吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，此方法有助于解决铜污染问题，以达到保障人类健康和环境可持续发展的目的。
技术介绍
1、既是营养元素又是有毒元素的铜是一种从古至今对人类都至关重要的金属，其在水中浓度超标会严重影响环境和人类健康。含铜废水的危害有：1.对环境的影响，铜会对水生环境和陆地环境造成毁灭性的影响，并导致生态平衡遭受破坏；2.对农作物的影响，将含铜废水用于农田灌溉，不仅会导致农作物的生长不良，还会污染粮食，影响粮食的质量与安全；3.对人类健康的影响，长期接触含铜废水，会引发急性或慢性中毒，对人类健康造成长远影响。水中cu(ⅱ)的去除可采取多种方法，其中化学沉淀法所产生的大量重金属污泥需要进一步加以处理以避免产生二次污染。离子交换过程需要定期对交换树脂进行再生和维护，以保持其高效工作。电解法虽然能有效地去除水中的cu(ⅱ)，然而其能耗较为高昂。因此，吸附法以其高效、低成本、易处理、占地面积小等优点而受到广泛研究。
2、我国皮革工业每年产生的固体废物中含有大量胶原蛋白，如果不能得到充分的利用，将会造成资源的浪费。胶原蛋白具有优异的吸附性能，同时，其具有良好的可再生性和降解性，不会对环境造成不良影响。因此，将从皮革固体废物中提取出的胶原蛋白应用于吸附领域，既有助于节约资源，提高经济效益，又有助于减少环境污染。
3、胶原蛋白中含有丰富的含氮和含氧官能团，可以作为活性位点与cu(ⅱ)配位，是一种良好的吸附材料。然而，胶原蛋白易溶于水
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种制备简单、成本低廉的低温环境下高效选择性吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，以充分利用皮革固体废物中提取出的胶原蛋白。本专利技术气凝胶能够对含铜废水中的cu(ⅱ)进行选择性处理，吸附能力强，材料功能性理想,并且易于回收。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其具体实施步骤如下：
4、（1）将海藻酸钠溶于去离子水中，采用超声搅拌交替法进行分散处理；
5、（2）将不同粒径的牛皮胶原蛋白粉末进行混合，将混合粉末倒入去离子水中进行磁力搅拌，再将其倒入步骤（1）所得溶液中，并采用超声搅拌交替法进行分散处理；
6、（3）将步骤（2）所得溶液用蠕动泵滴到sr(ⅱ)、fe(ⅲ)和zr(ⅳ)混合溶液中，滴加过程中进行磁力搅拌，滴完后再进行缓慢搅拌，交联后制成初始水凝胶球；
7、（4）将步骤（3）所得水凝胶球用去离子水洗涤后放入介质阻挡放电反应器中活化；
8、（5）将黑荆树皮栲胶粉末溶于去离子水中，超声分散至均匀，静置后取上清液；
9、（6）将步骤（4）所得水凝胶球倒入步骤（5）所得溶液中，缓慢搅拌后洗涤；
10、（7）将步骤（6）所得水凝胶球按照步骤（4）的方法再次进行活化；
11、（8）将步骤（7）所得的水凝胶球倒入戊二醛、甲醛和噁唑烷的混合溶液中，缓慢搅拌后用去离子水洗涤；
12、（9）滤掉步骤（8）所得水凝胶球的多余水分，采用真空冷冻干燥机先进行预冷，将水凝胶球放入冷阱中预冻，再进行冷冻干燥，干燥后获得目的产物吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料。
13、进一步地，所述步骤（1）中，将质量为0.6～1.0g的海藻酸钠溶于30ml去离子水中，在ph=6，40℃条件下采用超声搅拌交替法，每超声10min后关闭超声，搅拌5min，超声总时长为1h，分散至均匀无结块。
14、进一步地，所述步骤（2）中各称量0.2～0.4g粒径为80～300目的牛皮胶原蛋白粉末进行混合，将混合粉末倒入10ml去离子水中，以150～200rpm的转速进行磁力搅拌，磁力搅拌温度为5～10℃，再将其倒入步骤（1）所得溶液中，并采用超声搅拌交替法进行分散处理1h。
15、进一步地，所述步骤（3）中，将步骤（2）所得溶液用蠕动泵滴到不同比例的sr(ⅱ)、fe(ⅲ)和zr(ⅳ)混合溶液中，滴加过程中用磁力搅拌器以100～120rpm的转速搅拌溶液，滴完后以150～200rpm的转速缓慢搅拌，25℃下交联后制成初始水凝胶球。
16、进一步地，所述步骤（3）中，蠕动泵带有的硅胶管的内直径为1.6～3.1mm，蠕动泵的流速为3.5～5.5d/s，sr(ⅱ)、fe(ⅲ)和zr(ⅳ)混合溶液中sr(ⅱ)、fe(ⅲ)和zr(ⅳ)的比例为sr(ⅱ)：fe(ⅲ)：zr(ⅳ)=1～5:1～5:1～5，交联时间为60～120min。
17、进一步地，所述步骤（4）中活化条件为，在标准大气压下，将氧气以50～200ml/min的流速引入介质阻挡放电反应器，等离子体通过施加100～500v的电压和2～6a的电流产生，每间隔1～5min进行一次放电活化，每次活化10～50s，共进行20～60min活化反应。
18、进一步地，所述步骤（5）中黑荆树皮栲胶粉末的质量为0.5～2.5g。
19、进一步地，所述步骤（8）中，将步骤（7）所得的水凝胶球倒入100ml，体积分数为3～5%的戊二醛、甲醛和噁唑烷的混合溶液中；其中，戊二醛、甲醛及噁唑烷的体积分数比例依次为戊二醛：甲醛：噁唑烷=0～5：0～5：0～5。
20、进一步地，所述步骤（9）中冷冻干燥时间为10～12h。
21、进一步地，所述步骤（9）中，用滤纸滤掉步骤（8）中所得水凝胶球的多余水分，真空冷冻干燥机先进行预冷，冷阱温度下降至-40℃后将水凝胶球放入冷阱中预冻15min，再在真空度为1～10pa的真空条件下进行冷冻干燥，冷阱温度保持在-60℃左右，干燥后获得目的产物吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料。
22、本专利技术采用介质阻挡放电等离子体技术和真空冷冻干燥技术制成分层多孔结构气凝胶，使其在低温环境下对cu(ⅱ)具有良好的吸附能力，30℃时去除率可达90%以上。本专利技术以牛皮胶原蛋白为原料，借助海藻酸钠与交联离子之间的交联作用使其形成凝胶。利用氢键和共价相互作用引入栲胶，使凝胶中含有丰富的羟基、氨基、羧基、肽基等活性官能团，这些官能团与cu(ⅱ)之间具有配位和离子交换等相互作用。采用等离子体技术对吸附剂进行活化，有效激发材料的基团，提升材料功能性。本专利技术气凝胶含有分层多孔结构，对cu(ⅱ)的吸附不受水中其他污染物的干扰，能够对含铜废水中的cu(ⅱ)进行选择性处理。采用真空冷冻干燥技术使材料形成气凝胶，使其易于回收。通过吸附实验测得气凝胶在低温下对cu(ⅱ)具有极好的选择性吸附能力。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
2.根据权利要求1所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，将质量为0.6～1.0g的海藻酸钠溶于30mL去离子水中，在pH=6，40℃条件下采用超声搅拌交替法，每超声10min后关闭超声，搅拌5min，超声总时长为1h，分散至均匀无结块。
3.根据权利要求2所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中各称量0.2～0.4g粒径为80～300目的牛皮胶原蛋白粉末进行混合，将混合粉末倒入10mL去离子水中，以150～200rpm的转速进行磁力搅拌，磁力搅拌温度为5～10℃，再将其倒入步骤（1）所得溶液中，并采用超声搅拌交替法进行分散处理1h。
4.根据权利要求3所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，将步骤（2）所得溶液用蠕动泵滴到不同比例的Sr(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和Zr(Ⅳ)混合溶液中，滴加过程中用磁力搅拌器以100～120rp
5.根据权利要求4所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，蠕动泵带有的硅胶管的内直径为1.6～3.1mm，蠕动泵的流速为3.5～5.5d/s，Sr(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和Zr(Ⅳ)混合溶液中Sr(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和Zr(Ⅳ)的比例为Sr(Ⅱ)：Fe(Ⅲ)：Zr(Ⅳ)=1～5:1～5:1～5，交联时间为60～120min。
6.根据权利要求5所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中活化条件为，在标准大气压下，将氧气以50～200mL/min的流速引入介质阻挡放电反应器，等离子体通过施加100～500V的电压和2～6A的电流产生，每间隔1～5min进行一次放电活化，每次活化10～50s，共进行20～60min活化反应。
7.根据权利要求6所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中黑荆树皮栲胶粉末的质量为0.5～2.5g。
8.根据权利要求7所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（8）中，将步骤（7）所得的水凝胶球倒入100mL，体积分数为3～5%的戊二醛、甲醛和噁唑烷的混合溶液中；其中，戊二醛、甲醛及噁唑烷的体积分数比例依次为戊二醛：甲醛：噁唑烷=0～5：0～5：0～5。
9.根据权利要求8所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）中冷冻干燥时间为10～12h。
10.根据权利要求1～9任一所述吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）中，用滤纸滤掉步骤（8）中所得水凝胶球的多余水分，真空冷冻干燥机先进行预冷，冷阱温度下降至-40℃后将水凝胶球放入冷阱中预冻15min，再在真空度为1～10Pa的真空条件下进行冷冻干燥，冷阱温度保持在-60℃左右，干燥后获得目的产物吸附Cu(Ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料。
...【技术特征摘要】
1.一种吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
2.根据权利要求1所述吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，将质量为0.6～1.0g的海藻酸钠溶于30ml去离子水中，在ph=6，40℃条件下采用超声搅拌交替法，每超声10min后关闭超声，搅拌5min，超声总时长为1h，分散至均匀无结块。
3.根据权利要求2所述吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中各称量0.2～0.4g粒径为80～300目的牛皮胶原蛋白粉末进行混合，将混合粉末倒入10ml去离子水中，以150～200rpm的转速进行磁力搅拌，磁力搅拌温度为5～10℃，再将其倒入步骤（1）所得溶液中，并采用超声搅拌交替法进行分散处理1h。
4.根据权利要求3所述吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，将步骤（2）所得溶液用蠕动泵滴到不同比例的sr(ⅱ)、fe(ⅲ)和zr(ⅳ)混合溶液中，滴加过程中用磁力搅拌器以100～120rpm的转速搅拌溶液，滴完后以150～200rpm的转速缓慢搅拌，25℃下交联后制成初始水凝胶球。
5.根据权利要求4所述吸附cu(ⅱ)的牛皮胶原蛋白基气凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，蠕动泵带有的硅胶管的内直径为1.6～3.1mm，蠕动泵的流速为3.5～5.5d/s，sr(ⅱ)、fe(ⅲ)和zr(ⅳ)混合溶液中sr(ⅱ)、fe(ⅲ)和zr(ⅳ)的比例为sr(ⅱ)：fe(ⅲ)：zr(ⅳ)=1...
【专利技术属性】
技术研发人员：鄂涛，赵峰，杨姝宜，赵云煜，李文慧，李雪艳，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：
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