一种蛋白质纤维吸附铬离子的方法
【专利摘要】一种蛋白质纤维吸附铬离子的方法。本发明属于铬污染防治领域，特别涉及一种采用羊毛来吸附铬污染的工艺。本发明通过废羊毛经过一定的处理，可以直接对六价铬离子进行吸附；通过配制相应的助剂，让助剂与三价铬离子形成配合物，再让经过处理的废羊毛在常温下对水体中的配合物进行吸附以及结合，最终实现减少水体中铬离子污染以及节约能源的问题。
【专利说明】一种蛋白质纤维吸附铬离子的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铬污染防治领域，特别涉及一种采用羊毛来吸附铬污染的工艺。
【背景技术】
[0002]随着工业的发展，重金属离子的污染日趋严重，含重金属离子废水的大量排放，对土壤和水体造成了严重的污染，直接影响了人类正常的饮用水卫生状况。因此，水环境中的重金属离子对人类健康和生态环境的危害越来越引起人们的重视。重金属离子可以通过食物链在生物体内富集，从而引起严重的健康问题。虽然，重金属离子中有些痕量元素在人类的新陈代谢系统过程中起着十分重要的作用，但是它们在高浓度情况下都是有毒的，会引起严重的生理或神经损伤。在这些重金属离子中，络被认为是毒性最强的金属之一。目前，我国水体铬污染其主要来自两个方面，一是重金属铬离子及其化合物在制革、化工、电镀、纺织品生产、印染等工业在生产中大量使用，在此过程中产生的大量废水和废渣，如果处理不当，极易造成环境的严重污染。二是一些工厂将含重金属铬离子的废水或废渣非法倾倒，从而导致水中重金属铬离子含量超标。
[0003]生物吸附是指用生物材料去除溶液中的金属或非金属元素、化合物、微粒等的方法。该法因具有吸附剂来源丰富、品种多、成本低、吸附容量大、速度快，能够弥补传统处理法的缺陷而受到了广泛关注。废弃毛发是毛纺和皮革工业主要的废弃物之一，每年都有数万吨的废弃毛发被当作固体废弃物处理掉。全世界制革和毛纺工业每年都会产生大量的废弃羊毛。有关部门统计，仅中国平均每年产生5万t左右的粗毛或短毛，由于质量低下，力口工难度大，大部分只能当作废弃物处理掉，既给企业带来了负担又给环境造成很大危害。
[0004]毛发作为主要的角蛋白材料，具有极性并且在氨基酸链上有可离子化的残基，可以吸附金属离子。最适合吸附的化学基团是自由的羧基和酸式氨基酸等，在较大的PH范围内提供负电位的离子基团。动物角蛋白纤维与化学吸附剂相比，价格低廉且用之不竭。但是进入水体中的六价铬离子通常是以各种铬酸根的形式存在，在低于60°C时，六价铬盐与毛发(如废羊毛)的反应速率很慢；三价铬则是以阳离子形式存在于水体中，但是相较于六价铬，三价铬则更难于吸附在废羊毛上，吸附过程是要在极其剧烈的条件下进行的。
[0005]本发明就是通过对羊毛纤维以及废弃蛋白做相应的处理，在此基础上通过加入一定的助剂，对废水中的三价及六价铬离子进行吸附，达到净化水资源和减少污染的目的。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:六价铬盐与毛发(如废羊毛)的反应速率很慢；而三价铬则更难于吸附在废羊毛上。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0008]本发明提供了一种废羊毛对六价铬离子的吸附方法，具体操作为:
[0009](I)按照浴比为50:1(高锰酸钾的饱和食盐溶液与废羊毛之间的质量之比为50:1)，将废羊毛置于溶质质量分数为3%?15%的高锰酸钾的饱和食盐溶液中，于20°C?50°C水浴环境下处理10?60min，将羊毛取出，常温下晾干，得到经过预处理的羊毛，
[0010]本步骤的目的在于:对羊毛的鳞片层进行去除，因其主要成分是脂类物质和硬角蛋白，这些物质的存在不利于吸附作用，而鳞片层脱落暴露出来的光滑的髓质层则有利于吸附过程的进行；
[0011](2)在室温(25°C )条件下，按照浴比为50:1(六价铬溶液与经过步骤(I)预处理后的废羊毛之间的质量之比为50:1)，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛作为吸附剂，浸入质量浓度为5?50mg/L (按照铬元素的质量浓度计算)的六价铬溶液中，调节溶液pH =1-11，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成，
[0012]作为优选:六价铬溶液为铬酸钠的水溶液、铬酸钾的水溶液、重铬酸钠的水溶液或重铬酸钾的水溶液。
[0013]本发明还提供了一种废羊毛对三价铬离子的吸附方法，具体操作为:
[0014](I)按照浴比为50:1(高锰酸钾的饱和食盐溶液与废羊毛之间的质量之比为50:1)，将废羊毛置于溶质质量分数为3%?15%的高锰酸钾的饱和食盐溶液中，于20°C?50°C水浴环境下处理10?60min，将羊毛取出，常温下晾干，得到经过预处理的羊毛；
[0015](2)将磺基水杨酸作为吸附促进剂，和三价铬离子按质量比1:4一2:1的比例分散于去离子水中，控制三价铬离子的质量浓度为5?30mg/L(按照铬元素的质量浓度计算)，调节溶液PH = 1-11，置于20°C?100°C水浴环境下反应，采用分光光度计测量溶液中三价铬离子的浓度，直至浓度稳定后，表示反应结束，通过比较磺基水杨酸和三价铬离子在不同质量比例下，反应结束后溶液体系的吸光度，得到该三价铬离子浓度下，吸附促进剂磺基水杨酸的最佳使用量，
[0016]针对水中所含三价铬离子浓度的不同，先要通过试验确定磺基水杨酸(吸附促进齐U)的最佳使用量。因此，该步骤中，需要在“磺基水杨酸和三价铬离子质量比为1:4一2:1”的范围内，比较磺基水杨酸和三价铬离子在不同质量比例下，反应结束后溶液体系的吸光度，其得到的最大吸光度所对应的磺基水杨酸和三价铬离子的配比即为最佳配比；
[0017](3)按照步骤(2)中计算得到的吸附促进剂磺基水杨酸的最佳使用量，于铬元素浓度为5?30mg/L的三价铬溶液中，加入磺基水杨酸，混合均匀并调节溶液pH = 1_11，置于20°C?10(TC水浴环境下反应，反应体系颜色会发生一定的变深效应，待颜色稳定下来不再变化，即反应完成，得到三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液，
[0018]作为优选:三价铬溶液为CrCl3.6H20的水溶液、Cr2 (SO4) 3.18H20的水溶液；
[0019](4)在室温(25°C )条件下，按照浴比为50:1 (三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液与经过步骤(I)预处理后的废羊毛之间的质量之比为50:1)，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛，浸入到步骤(3)中得到的三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液中，调节溶液pH=1-11，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
[0020]本发明的有益效果是:本发明采用的是自身带有吸附铬离子基团的蛋白材料。其一，相较于化学吸附，其来源广泛、取材方便、价格便宜且用之不竭；其二，工艺条件是在常温下进行的，对于节约能源有很大的好处；其三，操作过程简单，在将废弃蛋白处理后以及吸附促进剂制备完成后可以直接加入，不要额外操作，大大提高了效率。本发明方法在用于吸附铬离子的同时也可以用于水体中其它类似金属离子的吸附。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022](I)按照浴比为50:1(高锰酸钾的饱和食盐溶液与废羊毛之间的质量之比为50:1)，将废羊毛置于溶质质量分数为12%的高锰酸钾的饱和食盐溶液中，于45°C水浴环境下处理60min，将羊毛取出，常温下晾干，得到经过预处理的羊毛；
[0023](2)在室温(25°C )条件下，按照浴比为50:1(六价铬溶液与经过步骤(I)预处理后的废羊毛之间的质量之比为50:1)，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛作为吸附剂，浸入质量浓度为30mg/L (按照铬元素的质量浓度计算)的铬酸钠溶液中，调节溶液pH = 7，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
[0024]吸附完成后,经检测,六价铬的吸附率为95%。
[0025]实施例2
[0026](I)按照浴比为50:1(高锰酸钾的饱和食盐溶液与废羊毛之间的质量之比为50:1)，将废羊毛置于溶质质量分数为12%的高锰酸钾的饱和食盐溶液中，于45°C水浴环境下处理60min，将羊毛取出，常温下晾干，得到经过预处理的羊毛；
[0027](2)按三价铬离子的质量浓度为18mg/L(按照铬元素的质量浓度计算)，将CrCl3.6Η20分散于去尚子水中，再分别按磺基水杨酸和铬兀素的质量比为1:4、1:2、1:1.2、1.2:1、1.4:1、1.5:1、1.8:1、2:1的比例，向体系中加入磺基水杨酸，并调节溶液pH = 7，置于70°C水浴环境下反应，采用分光光度计测量溶液中三价铬离子的浓度，直至浓度稳定后，表示反应结束，
[0028]通过比较磺基水杨酸和三价铬离子在上述不同的质量比例下，反应结束后溶液体系的吸光度大小，得到该三价铬离子浓度下，吸附促进剂磺基水杨酸的最佳使用量，即最大吸光度所对应的磺基水杨酸和三价铬离子的配比即为最佳配比(磺基水杨酸和铬元素的质量比为1.4:1) ο
[0029](3)按照步骤(2)中计算得到的吸附促进剂磺基水杨酸的最佳使用量(磺基水杨酸和铬元素的质量比1.4:1)，于铬元素浓度为18mg/L的CrCl3.6H20溶液中，加入磺基水杨酸，混合均匀并调节溶液PH = 7，置于70°C水浴环境下反应，反应体系颜色会发生一定的变深效应，待颜色稳定下来不再变化，即反应完成，得到三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液；
[0030](4)在室温(25°C )条件下，按照浴比为50:1 (三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液与经过步骤(I)预处理后的废羊毛之间的质量之比为50:1)，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛，浸入到步骤(3)中得到的三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液中，调节溶液pH=7，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
[0031]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为96%。
[0032]实施例3
[0033](I)按照浴比为50:1(高锰酸钾的饱和食盐溶液与废羊毛之间的质量之比为50:1)，将废羊毛置于溶质质量分数为12%的高锰酸钾的饱和食盐溶液中，于45°C水浴环境下处理60min，将羊毛取出，常温下晾干，得到经过预处理的羊毛；
[0034](2)按照磺基水杨酸和铬元素的质量比1:4，于铬元素浓度为18mg/L的CrCl3.6H20溶液中，加入磺基水杨酸，混合均匀并调节溶液pH = 7，置于70°C水浴环境下反应，反应体系颜色会发生一定的变深效应，待颜色稳定下来不再变化，即反应完成，得到三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液；
[0035](3)在室温(25°C )条件下，按照浴比为50:1 (三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液与经过步骤(I)预处理后的废羊毛之间的质量之比为50:1)，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛，浸入到步骤(2)中得到的三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液中，调节溶液pH=7，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
[0036]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为81 %。
[0037]实施例4
[0038]除了步骤⑵中，控制磺基水杨酸和铬元素的质量比1:2，其余的步骤操作均与实施例3相同。
[0039]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为83%。
[0040]实施例5
[0041]除了步骤(2)中，控制磺基水杨酸和铬元素的质量比1:1.2，其余的步骤操作均与实施例3相同。
[0042]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为88%。
[0043]实施例6
[0044]除了步骤(2)中，控制磺基水杨酸和铬元素的质量比1.2:1，其余的步骤操作均与实施例3相同。
[0045]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为90%。
[0046]实施例7
[0047]除了步骤(2)中，控制磺基水杨酸和铬元素的质量比1.5:1，其余的步骤操作均与实施例3相同。
[0048]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为91 %。
[0049]实施例8
[0050]除了步骤⑵中，控制磺基水杨酸和铬元素的质量比1.8:1，其余的步骤操作均与实施例3相同。
[0051]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为90%。
[0052]实施例9
[0053]除了步骤⑵中，控制磺基水杨酸和铬元素的质量比2:1，其余的步骤操作均与实施例3相同。
[0054]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为85%。
[0055]对比实施例1
[0056]废弃羊毛未经过高锰酸钾预处理，其余步骤操作与实施例1相同，具体为:
[0057](I)将废弃羊毛用去离子水清洗干净，常温下晾干；
[0058](2)在室温(25°C )条件下，按照浴比为50:1(六价铬溶液与经过步骤(I)清洗后的废羊毛之间的质量之比为50:1)，将步骤(I)中得到的经清洗的羊毛作为吸附剂，浸入质量浓度为30mg/L(按照铬元素的质量浓度计算)的铬酸钠溶液中，调节溶液pH = 7，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
[0059]吸附完成后，经检测，六价铬的吸附率为17%。
[0060]对比实施例2
[0061]废弃羊毛未经过高锰酸钾预处理，其余步骤操作与实施例2相同，具体为:
[0062](I)将废弃羊毛用去离子水清洗干净，常温下晾干；
[0063](2)按照磺基水杨酸和铬元素的质量比1.4:1，于铬元素浓度为18mg/L的CrCl3.6H20溶液中，加入磺基水杨酸，混合均匀并调节溶液pH = 7，置于70°C水浴环境下反应，反应体系颜色会发生一定的变深效应，待颜色稳定下来不再变化，即反应完成，得到三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液；
[0064](3)在室温(25°C )条件下，按照浴比为50:1 (三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液与经过步骤(I)预处理后的废羊毛之间的质量之比为50:1)，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛，浸入到步骤(2)中得到的三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液中，调节溶液pH=7，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
[0065]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为23%。
[0066]对比实施例3
[0067]废弃羊毛经过高锰酸钾预处理后，直接对三价铬离子进行吸附，没有将铬离子与吸附促进剂复合成配合物，其余步骤操作与实施例2相同，具体为:
[0068](I)按照浴比为50:1(高锰酸钾的饱和食盐溶液与废羊毛之间的质量之比为50:1)，将废羊毛置于溶质质量分数为12%的高锰酸钾的饱和食盐溶液中，于45°C水浴环境下处理60min，将羊毛取出，常温下晾干，得到经过预处理的羊毛；
[0069](2)在室温(25°C )条件下，按照浴比为50:1(三价铬溶液与经过步骤(I)预处理后的废羊毛之间的质量之比为50:1)，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛，浸入到三价铬溶液(铬元素浓度为20mg/L的CrCl3.6H20溶液)中，调节溶液pH = 7，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
[0070]吸附完成后,经检测,三价铬的吸附率为16%。
【权利要求】
1.一种废羊毛吸附六价铬离子的方法，其特征在于:所述的吸附方法为， (1)按照浴比为50:1，将废羊毛置于溶质质量分数为3%?15%的高锰酸钾的饱和食盐溶液中，于20°C?50°C水浴环境下处理10?60min，将羊毛取出，常温下晾干，得到经过预处理的羊毛； (2)在室温条件下，按照浴比为50:1，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛作为吸附齐IJ，浸入质量浓度为5?50mg/L的六价铬溶液中，调节溶液pH = 1_11，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
2.如权利要求1所述的废羊毛吸附六价铬离子的方法，其特征在于:步骤(2)中所述的六价铬溶液为，铬酸钠的水溶液、铬酸钾的水溶液、重铬酸钠的水溶液或重铬酸钾的水溶液。
3.一种废羊毛吸附三价铬离子的方法，其特征在于:所述的吸附方法为， (1)按照浴比为50:1，将废羊毛置于溶质质量分数为3%?15%的高锰酸钾的饱和食盐溶液中，于20°C?50°C水浴环境下处理10?60min，将羊毛取出，常温下晾干，得到经过预处理的羊毛； (2)将磺基水杨酸作为吸附促进剂，和三价铬离子按质量比1:4一2:1的比例分散于去离子水中，控制三价铬离子的质量浓度为5?30mg/L，调节溶液pH = 1_11，置于20°C?100°C水浴环境下反应，采用分光光度计测量溶液中三价铬离子的浓度，直至浓度稳定后，表示反应结束，通过比较磺基水杨酸和三价铬离子在不同质量比例下，反应结束后溶液体系的吸光度，得到该三价铬离子浓度下，吸附促进剂磺基水杨酸的最佳使用量； (3)按照步骤(2)中计算得到的吸附促进剂磺基水杨酸的最佳使用量，于铬元素浓度为5?30mg/L的三价铬溶液中，加入磺基水杨酸，混合均匀并调节溶液pH = 1_11，置于20°C?10(TC水浴环境下反应，反应体系颜色发生变深效应，待颜色稳定下来不再变化，即反应完成，得到三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液； (4)在室温条件下，按照浴比为50:1，将步骤(I)中得到的经预处理的羊毛，浸入到步骤(3)中得到的三价铬离子/磺基水杨酸配位物溶液中，调节溶液pH= 1-11，进行静态吸附，采用分光光度计测量被测离子浓度，直至浓度稳定后，表示测量吸附完成。
4.如权利要求3所述的废羊毛吸附三价铬离子的方法，其特征在于:步骤(3)中所述的三价铬溶液为CrCl3.6H20的水溶液、Cr2 (SO4)3.18H20的水溶液。
【文档编号】C02F101/22GK104353426SQ201410524180
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】贺江平, 伍展辉, 孙振荣, 汤建荣 申请人:苏州汇丰材料科技股份有限公司