[发明专利]一种胶原蛋白-无机金属盐絮凝剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于蛋白质絮凝剂及其制备技术领域，具体涉及一种对胶原蛋白进行交联并复合无机金属盐获得的胶原蛋白絮凝剂及其制备方法。

背景技术

目前，在国内外常用的水处理方法中，利用絮凝剂进入水体后，以吸附架桥或电中和等方式与水中杂质发生作用，使之沉降，从而产生絮凝效果的絮凝沉淀法不仅具有重要的地位，而且应用广泛（刘睿等.水处理絮凝剂研究与应用进展.应用生态学报.2005,16(8):1558-1562）。

絮凝剂种类繁多，工业上常用的主要有无机絮凝剂与人工合成的有机高分子絮凝剂。无机絮凝剂通常是无机金属盐，如聚合硫酸铝、聚合硫酸铁等，其价格虽便宜，但用量较大，腐蚀性较强，产生的污泥体积大。人工合成的有机高分子絮凝剂主要有聚丙烯酰胺等，其絮凝效率虽高，但价格较高，难以生物降解，且有一定的毒性，还可能造成二次污染。除此之外，天然高分子絮凝剂由于制备原料丰富，制备成本低，原料无毒性或毒性低，易于生物降解，日益受到人们关注。天然高分子絮凝剂又可分为碳水化合物类絮凝剂（淀粉衍生物絮凝剂、纤维素衍生物絮凝剂等）、蛋白质及其衍生物絮凝剂和微生物絮凝剂等。其中，以蛋白质为原料制备的絮凝剂，由于相对分子量较大，活性基团多，结构多样化，且生物毒性低，因而具有良好的应用发展前景（肖锦,周勤.天然高分子絮凝剂.北京:化学工业出版社,2005）。

胶原蛋白是哺乳动物体内含量最多的蛋白质，主要存在于动物的皮肤、骨、软骨及肌腱等组织中。在制革过程中，片皮、修边以及削匀等工段产生的废皮渣，经水解可得到胶原蛋白，这也是胶原蛋白的一个主要来源。胶原蛋白含有大量的活性基团，如羟基，氨基和酰胺基等。在絮凝过程中，这些活性基团提供了丰富的结合位点，可用于捕捉水体中的杂质颗粒。其次，胶原蛋白分子的分子尺寸较大【如未水解的胶原蛋白的相对分子量为300kDa（道尔顿）】，可通过架桥作用将杂质颗粒连接起来，从而产生絮凝作用。但在工业上对废皮渣或家畜动物的皮进行水解后得到的胶原蛋白，其相对分子量较小（通常小于10kDa），自然分子尺寸也较小，故难以直接作为絮凝剂使用。

另外，以水解胶原蛋白复合金属盐制备的絮凝剂已有相关报道，如王学川等（Al(III)改性胶原蛋白絮凝材料的结构表征及对废弃钻井液絮凝的研究.功能材料.2012,11(43):1399-1402）就研究了用三价铝改性胶原蛋白制得的絮凝材料。该研究是先采用胰酶水解明胶得到水解胶原蛋白溶液，然后复配Al(III)制得絮凝剂。该研究虽没有明确给出水解所得胶原蛋白的相对分子量，但按一般常理来说，水解胶原蛋白的分子量通常较低，因而其絮凝效果肯定不会理想。也正因为其作为基质的胶原蛋白分子量较低，故最终制得的絮凝剂要想获得较好的絮凝效果，在使用中用量较大（20g/L），很显然使用成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有产品的不足，而提供了一种对胶原蛋白进行交联、复合无机金属盐制备胶原蛋白絮凝剂的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种用上述方法制备的胶原蛋白-无机金属盐絮凝剂。

本发明提供的一种胶原蛋白-无机金属盐絮凝剂的制备方法，该方法的工艺步骤及条件如下：

（1）先将100份水解胶原蛋白加入到500-900份水中搅拌溶解，然后将1-20份交联剂溶于水中，使其充分溶解分散，并于30-60℃加热0.5-3h后，加入胶原蛋白水溶液中，于30-60℃搅拌反应3-6h，冷却后即得交联胶原蛋白；

（2）先将50-200份无机金属盐加入到100份交联胶原蛋白中，然后调节pH至2.5-3.5，并于30-60℃搅拌反应1-5h，冷却后即得液体状的胶原蛋白絮凝剂，

以上各物料的份数均为重量份。

还可将上述方法所得液体状的胶原蛋白絮凝剂进行喷雾干燥，制成粉末状的胶原蛋白絮凝剂。

以上方法中，所用的溶解水解胶原蛋白的水优选500-700份，所用交联剂优选3-10份，交联反应优选30-40℃加热1-1.5h，搅拌反应时间优选5-6h。所用的无机金属盐优选50-100份，搅拌反应优选30-40℃，反应时间优选3-5h。

以上方法中所用水解胶原蛋白可为市售的，其相对分子量分布为2000-10000Da，但可优选利用专利申请号为201210536906.6公开的方法从含铬废皮渣中提取的水解胶原蛋白。

以上方法中所用交联剂为甲醛、戊二醛、丙三醇三缩水甘油醚或乙二醇二缩水甘油醚中的任一种。

以上方法中所用无机金属盐为硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、硫酸亚铁或三氯化铁中的任一种。