论文部分内容阅读
氧化石墨烯(GO)作为石墨烯的衍生物,具有大的比表面积以及高强度,由于其片层上含有大量的羧基、羟基与环氧基等活性基团,使其亲水性增强,可以分散在水相中形成均匀的分散体系,用于制备复合材料等。本文采用改性Hummers法制备了 GO,使用碱降解与胶原蛋白酶降解相结合的方法降解含铬废皮屑制备降解胶原蛋白,再使用降解胶原蛋白对GO进行改性,将改性后的GO用于制备聚偏氟乙烯(PVDF)/GO复合材料超滤膜。同时用降解胶原与改性GO复配制备发泡剂,改性GO能够提高发泡剂的性能。本学位论文主要研究工作如下:(1)使用碱性降解的方法对含铬废皮屑进行降解,通过正交实验对降解温度、降解时间、CaO及NaOH的用量进行了探索和优化,以降解胶原的降解率、分子量与氨基态氮含量等为考察指标。实验结果表明,以降解率为主要指标,当降解温度为80℃、降解时间为8h、CaO用量为8 wt.%,NaOH用量为6 wt.%时所获得降解胶原的降解率最大为99.6%;以氨基态氮含量为主要指标,当降解条件为温度60℃、时间10 h、CaO用量为12 wt.%及NaOH用量为6 wt.%时,降解胶原中氨基态氮含量最高为1.58%;当降解条件为温度80℃、时间6 h、CaO用量为12 wt.%及NaOH用量为5 wt.%时,降解胶原分子量最小为15.85kDa。(2)以小分子量与大氨基态氮含量为期望指标,结合环保的要求,先对含铬废皮屑在80℃时,采用8 wt.%的CaO和6 wt.%的NaOH进行碱降解。再对其进行酶降解并对酶降解的时间、温度、酶用量及pH值四个指标进行探索及正交优化。结果表明,在温度为50℃、酶用量为0.7 w.t%、pH为7.5时降解4 h所得降解胶原蛋白质中氨基态氮含量最大为4.02%;在温度为50℃、酶用量为0.5 wt.%、pH为8.5时降解3 h所得降解蛋白质的分子量最小为5.95kDa。最终确定酶降解条件为温度50℃、时间4h、酶用量0.7 wt.%及pH7.5。在此条件下制备了甘氨酸、谷氨酸与降解胶原羧基化改性的GO。使用傅立叶红外光谱(FTIR)等仪器对改性的GO进行表征,结果表明GO片层表面羧基含量增加,片层间距变大,并且在水中分散更加稳定,而降解胶原对GO的羧基化能力与谷氨酸相近。(3)将降解胶原蛋白改性的GO(fGO)用于制备PVDF/fGO/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)复合超滤膜,对超滤膜的纯水通量、亲水性及抗污性等重要参数做了表征。实验结果表明掺杂了甘氨酸,谷氨酸与降解胶原蛋白改性GO的超滤膜的综合性能提高,膜的纯水通量与通量恢复率都有较大的提升,膜表面亲水性增强,但平均孔径变大,导致在过滤时截留率在4%以内,比起纯PVDF/PVP超滤膜有轻减小;GO的最佳添加量为0.75 wt.%,fGO的最佳添加量为1.0 wt.%。(4)使用降解胶原与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基硫酸钠(SDS)复配制备水泥发泡剂,使用fGO对发泡剂进行改性,制备了降解胶原/fGO复合水泥发泡剂,实验结果表明fGO能够降低泡沫的泌水量与沉降距离,发泡倍数达到22倍,fGO的加入使泡沫混凝土绝干密度减小到643.01kg/m3、抗压强度提高了 11.2%。同时,研究了降解胶原/fGO复合水泥发泡剂制备发泡混凝土对于染料和三价铬的吸附性能,研究结果表明泡沫混凝土对于染料的吸附率为87.65%,对于三价铬的吸附率为85.36%,具有一定的吸附性能。