一种利用蚕丝深度净水的方法与流程

本发明涉及净水技术领域，具体涉及一种利用蚕丝深度净水的方法。

背景技术：

水污染一直是一个世界性的问题，每年有数百万人死于其引发的疾病。无论是在发达国家还是发展中国家，越来越多种类的污染物正在进入水资源之中，让污水处理变得越来越棘手。目前最常用的净水手段有吸附法、聚沉法、过滤法等，然而它们有一个共同的缺点即选择性强：一种净水剂通常只能处理特定种类或特定尺寸大小的污染物，使得净水的过程变得繁琐费时。因此人们迫切地需要一种更加高效、稳定的净水方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有净水技术存在的选择性强的缺点，提供一种高效、稳定的净水方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用蚕丝深度净水的方法，其具体步骤如下：

S1、制备蚕丝溶液，经冷冻干燥后制得蚕丝固体粉末；

S2、将蚕丝固体粉末加入污水中，混合均匀，使蚕丝终浓度大于4％w/w；

S3、将辣根过氧化氢酶和过氧化氢加入步骤S2所得的溶液中，混合均匀,终致形成透明状凝胶；

S4、随着S3中的透明凝胶逐渐收缩，挤出凝胶中的水分，得到白色的凝胶，挤出的水即为净化后的水。

优选地，步骤S1中所述的蚕丝固体粉末的制备方法为：

S11、将蚕茧剪碎，置于5％的NaHCO₃溶液中煮沸，并用玻璃棒搅拌30min，该步骤重复两次；

S12、用60℃去离子水洗涤步骤S11中所得蚕丝20min，重复三次；

S13、将步骤S12中所得蚕丝置于60℃烘箱中烘干；

S14、将步骤S13中所得蚕丝溶于9.3M的LiBr溶液中，于60℃溶解4h；

S15、用去离子水透析步骤S14中所得蚕丝溶液两天，每2小时换一次水；

S16、将步骤S15中所得蚕丝溶液冷冻干燥，得到蚕丝固体粉末。

优选地，步骤S3中所述的辣根过氧化物酶的终溶度大于10U/ml，过氧化氢的终溶度为3.5mM。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

1、实现无选择性净化。现有的利用凝胶净水的方法，采用的是先成胶后净水的方法，成胶的方式包括调节PH、温度、加入表面活性剂或其他极性溶剂(如乙醇)，以促进蛋白聚集、结晶，属于物理成胶，采用这种成胶方式获得的凝胶后，再用凝胶去吸附或者聚沉污染物，这种方法具有较强的选择性，它需要污染物和凝胶的材料之间有一定相互作用，即该凝胶可以吸附污染物，或者该凝胶会诱导污染物聚集，导致只能选择性的去除某些种类或者某些尺寸的污染物，因此通常需要结合其他的方法、多步骤去除水中各种污染物。

而本发明所述的净水方法具有边成胶边净水的特点，首先利用蚕丝的化学凝胶过程，先在水中形成透明的网络结构，该网络结构就像一张渔网将整个体系网在其中，接着蚕丝中含有的丝素蛋白开始进行物理凝胶，该网络结构缓慢收缩，最终将污染物都包裹其中，形成白色凝胶，并挤出干净的水分，通过化学凝胶和物理凝胶结合，两步成胶，从而实现无选择性的将水中一切污染物全部祛除的目的，不受水中污染物种类和尺寸的限制。其具体原理为：采用辣根过氧化物酶作为催化剂，催化过氧化氢氧化蚕丝中所含的丝素蛋白的酪氨酸，被氧化的酪氨酸之间会形成一种化学键——二酪氨酸键，这些化学键会将丝素蛋白分子链链接在一起，形成网络，达到化学成胶。

2、高效、稳定。本发明所述的净水方法具有高效、稳定的优点，对各种常见污染物祛除率均在99％以上，可同时祛除病原体、染料、重金属离子、抗生素、农药等污染物，克服了现有技术需要多步骤、多方法结合净水的缺点。

附图说明

图1除染料实验结果

图2除病原体实验结果

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1利用蚕丝深度净水的具体操作

一种利用蚕丝深度净水的方法，其具体步骤如下：

S1、制备蚕丝溶液，经冷冻干燥后制得蚕丝固体粉末；

S2、将蚕丝固体粉末加入污水中，混合均匀，使蚕丝终浓度等于6％w/w；

S3、将辣根过氧化氢酶和过氧化氢加入步骤S2所得的溶液中，使辣根过氧化物酶的终溶度等于15U/ml，过氧化氢的终溶度为3.5mM，混合均匀,终致形成透明状凝胶；

S4、随着S3中的透明凝胶逐渐收缩，挤出凝胶中的水分，得到白色的凝胶，挤出的水即为净化后的水。

优选地，步骤S1中所述的蚕丝固体粉末的制备方法为：

S11、将蚕茧剪碎，置于5％的NaHCO₃溶液中煮沸，并用玻璃棒搅拌30min，该步骤重复两次；

S12、用60℃去离子水洗涤步骤S11中所得蚕丝20min，重复三次；

S13、将步骤S12中所得蚕丝置于60℃烘箱中烘干；

S14、将步骤S13中所得蚕丝溶于9.3M的LiBr溶液中，于60℃溶解4h；

S15、用去离子水透析步骤S14中所得蚕丝溶液两天，每2小时换一次水；

S16、将步骤S15中所得蚕丝溶液冷冻干燥，得到蚕丝固体粉末。

实施例2除染料实验

使用实施例1所述净水方法净化含有染料的污水，实验结果如图1所示。

从图1a中可以看出，利用本发明所述的净水方法可以高效去除各种染料，包括罗丹明B(RhB)、罗丹明6G(R6G)、亚甲基蓝(MB)、刚果红(CR)、曙红Y(EY)、亮绿(BG)，除去率均在99％以上，且染料分子的粒径通常小于5nm。

从图1b中可以看出，在高度污染的情况下(3.2mg/ml)，该方法依然可以实现对染料的高效祛除，除去率也在99％以上。

实施例3除病原体实验

使用实施例1所述的净水方法进行除病原体实验，实验中，我们使用尺寸较小的病原体——病毒作为污染物，得到结果如图2所示。

图2a是处理前溶液的电镜图，图2b是处理后水溶液的电镜图，比较两图发现，利用本发明所述的净水方法可以有效祛除水中的微小病原体污染物如病毒，说明该方法可祛除污水中大小为纳米级别的病毒。

实施例4其他常见污染物祛除实验

使用实施例1所述的净水方法祛除污染后的水，并检测水中各种常见污染物实验前后的溶度，从而得到各种污染物对应的祛除率，结果如表1所示。

表1利用蚕丝深度净水方法祛除水中各种污染物的祛除率

从表1中发现，使用本发明所述的净水方法可以高效祛除很多常见的污染物，如重金属离子、抗生素、农药等，祛除率均高于99％，其中，金属离子的大小通常小于1nm，说明该方法对于水中污染物的种类选择性不高，可同时祛除多种常见污染物，且效果稳定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。