CN115055038B - 一种微生物法水解废弃羽毛制备可降解空气净化材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微生物法水解废弃羽毛制备可降解空气净化材料的方法。S1：将废弃羽毛，用清水洗涤，经烘箱干燥后，再经挤压膨化机膨化、粉粹过筛，得到预处理的膨化羽毛粉；S2：将步骤S1得到的膨化羽毛粉以微生物法进行水解，得到含有多肽、寡肽和氨基酸的水解液；S3：向步骤S2所得的水解液进行灭菌处理，再加入凝胶剂，搅拌均匀后静置，得到可降解空气净化材料。本发明添加凝胶剂将水解液制备成空气净化材料，不仅增加了对甲醛的吸附作用，同时吸附在凝胶材料上的甲醛与氨基酸的氨基发生反应，生成羟甲基衍生物，达到不可逆的去除甲醛的效果。

Description

一种微生物法水解废弃羽毛制备可降解空气净化材料的方法
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，具体涉及一种微生物法水解废弃羽毛制备可降解空气净化材料的方法。
背景技术
近几年，随着我国经济的快速发展，人们对居住环境也有了更高的要求。然而，建筑材料和装修材料的大量使用，导致室内环境受到污染，严重危害人们的身体健康。目前室内污染气体主要有甲醛、苯、氨和TVOC等，其中甲醛已被确定为是致癌和致畸形物质，而且甲醛还能刺激皮肤粘膜，引起粘膜充血、过敏性皮炎等症状，人体经常吸入甲醛，还会引起慢性中毒。目前除甲醛的方式主要是吸附型和催化氧化型，吸附型的净化效率低，很快达到平衡，很难完全除去空气污染物；催化氧化型的成本高且引入化学试剂，会对环境造成二次污染，所以现有的空气净化材料并不能很好的改善室内居住环境。因此，亟需开发一种绿色、廉价、新型、高效、可回收降解的空气净化材料，来提高人们生活环境的质量。
羽毛是禽类表皮细胞衍生的角质化产物，是养殖业的固废的主要来源。羽毛中蛋白含量高达90％以上，富含多种氨基酸及生长因子，随意丢弃不仅造成资源的浪费，同时也会带来环境的污染。由于羽毛中含有较高的蛋白及氨基酸，目前其主要应用于制备动物饲料添加剂，然而由于其必需氨基酸含量较低，导致废弃羽毛在动物饲料方面的利用率不足10％。但是，废弃羽毛中的蛋白和氨基酸上的氨基活性官能团可以与甲醛发生反应生成羟甲基衍生物，因此可将其开发为一种空气净化材料。但废弃羽毛角蛋白结构稳定不易被水解，目前现有的能够高效降解羽毛的方法是强酸强碱法，不仅造成氨基酸的破环，同时也会造成环境的二次污染。所以需要寻找绿色、高效、低成本的方法，充分地把废弃羽毛转化为氨基活性官能团含量较高的水解液。
发明内容
基于此，本发明克服了目前现有产品的不足，提供了一种微生物法水解废弃羽毛制备可降解空气净化材料的方法。此方法不仅实现了废弃羽毛的增值利用，而且整个过程能耗低、绿色、无污染、操作简便，对环境极为友好，可将其进行产业化推广。
本发明的微生物法水解废弃羽毛制备可降解空气净化材料的方法，包括以下步骤：
S1：将废弃羽毛，用清水洗涤，经烘箱干燥后，再经挤压膨化机膨化、粉粹过筛，得到预处理的膨化羽毛粉；
S2：将步骤S1得到的膨化羽毛粉以微生物法进行水解，得到含有多肽、寡肽和氨基酸的水解液；
S3：向步骤S2所得的水解液进行灭菌处理，再加入凝胶剂，搅拌均匀后静置，得到可降解空气净化材料。
优选地，步骤S1中所述的干燥其烘干温度为60-80℃，时间为24-72h。
优选地，所述的过筛，其过筛后所得到的羽毛粉为100-200目。
优选地，步骤S2所述的微生物法水解是只要用可以降解羽毛的任何微生物都可以，如利用芽孢杆菌属、黄杆菌属或霉菌进行水解。
进一步优选，所述的微生物法水解的步骤为：
S01：称取0.3-1g NaCl，0.5-0.8g KH2PO4，0.2-0.6g K2HPO4，20-60g葡萄糖，以及1-2L蒸馏水，搅拌使各物质溶解且混合均匀，再用0.4-5.0mol/L的NaOH调节混合溶液的pH为7-11；
S02：称取膨化羽毛粉，加入步骤S01得到的混合溶液中，制成浓度为20-200g/L的羽毛粉培养液；
S03：采用营养肉汁或LB培养基将芽孢杆菌培养至稳定期。
S04：向步骤S02的羽毛粉培养液中加入稳定期芽孢杆菌菌液，接种量为2-100mL/L、温度为30-50℃、时间为24-48h，得到含有多肽、寡肽和氨基酸的水解液。
优选地，所述的芽孢杆菌包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌中的一种或几种。
步骤S2所述的水解液的水解率为60-90％。
优选地，步骤S3所述的灭菌温度为60-80℃。
优选地，步骤S3所述的凝胶剂的含量为质量分数1-20％；
优选地，所述的凝胶剂包括海藻酸钠、明胶、果胶、卡拉胶、琼脂糖中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、与现有的单一地使用膨化、强酸强碱对羽毛进行水解处理相比，本发明先采用膨化法对羽毛进行预处理，然后再利用微生物法进行水解，这样不仅避免了化学试剂带来的环境危害，而且还极大程度地提升废弃羽毛的水解程度，进而增加了甲醛的去除率，更加适用于工业废气中高浓度甲醛的去除。本发明添加凝胶剂将水解液制备成空气净化材料，不仅增加了对甲醛的吸附作用，同时吸附在凝胶材料上的甲醛与氨基酸的氨基发生反应，生成羟甲基衍生物，达到不可逆的去除甲醛的效果。
2、与现有的除甲醛原料来源相比，本发明所使用的原料为废弃羽毛，不仅解决了废弃羽毛污染环境的问题，而且使其得到资源化利用，同时也降低了产品的成本。
3、本发明所使用的原材料廉价、易得；制备过程绿色、简单；吸附甲醛后的材料还可以采用微生物法进行堆肥还田，不仅使废弃物得到增值利用，而且实现了整个生产和处理过程污染物的零排放。
附图说明：
图1为对比例1的样品图；
图2为实施例2的样品图；
图3为芽孢杆菌与羽毛水解率及甲醛去除率的关系图。
具体实施方式
以下实施例对本发明进一步说明，只是为清楚地说明本发明所作的举例，不应理解为对本发明的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换仍处于本发明的保护范围之中。
实施例1：
1、将农场收集的废弃鸭毛，用清水洗涤干净，经烘箱80℃干燥48h后，再经挤压膨化机膨化，粉粹过筛，得到预处理的膨化羽毛粉，粒径为100-200目。
2、称取0.3g NaCl，0.6g KH2PO4，0.3g K2HPO4，60g葡萄糖，以及1L蒸馏水，搅拌使各物质溶解且混合均匀，再用5mol/L的NaOH调节混合溶液的pH为9。
3、称取步骤1)得到的膨化羽毛粉，加入步骤2)得到的混合液中，制成浓度为20g/L的羽毛粉培养液。
4、采用LB培养基将地衣芽孢杆菌ACCC 10236培养至稳定期。
5、向步骤3)羽毛粉培养液中加入稳定期地衣芽孢杆菌液，接种量为2mL/L。
6、将上述混合液放置在温度为37℃，转速为180的恒温摇床中进行水解反应，时间为24h，得到含有多肽、寡肽和氨基酸的水解液。
7、将上述水解后的溶液进行过滤，滤渣经80℃烘干至恒重，称量剩余固体量，以差重法计算羽毛的水解率。
8、量取上述水解滤液20mL，70℃水浴条件下灭菌，冷却室温后缓慢向其中加入1.5g海藻酸钠，边加入边搅拌，使其混合均匀，室温静置1h，得到可降解空气净化材料(凝胶)，记为编号1。
实施例2
将实施例1中步骤1)的废弃羽毛用清水洗涤干净，经烘箱60℃干燥48h后不经膨化直接使用，其余等同于实施例1，得到的材料为编号2，其外形如图2所示。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，只是将地衣芽孢杆菌ACCC 10236换成地衣芽孢杆菌ACCC 10146、地衣芽孢杆菌ACCC 20030或地衣芽孢杆菌ACCC 22396。
对比例1
空白凝胶材料的制备
室温条件下，向20mL的去离子水中缓慢加入1.5g的海藻酸钠，边加入边搅拌使其溶解均匀和完全，静置1h，得到空白凝胶，其外形如图1所示。
性能测试
为了检测本发明所制备的凝胶和对比例凝胶的除甲醛性能，本发明提供了以下测试实验：
1、实验方法
分别取对比例1的空白凝胶与试验组实施例1、2、3的凝胶材料放置在初始浓度为180mg/m3密闭的有机玻璃箱体内，在常温常压下检测试验开始时箱体的甲醛浓度，再每隔2h进行采样，检测箱体内甲醛的浓度，计算甲醛的去除率。
检测方法依据：根据GB/T 15516-1995空气质量—甲醛的测定—乙酰丙酮分光光度法对产品净化效果进行测定。
2、试验结果
试验组凝胶编号1-2、实施例3的材料和对比例1空白凝胶48h除去甲醛的检测结果见如下表1和图3所示：
表1
Entry 编号1 编号2 对比例1
水解率 62.3％ 11.5％ /
甲醛去除率 99.2％ 49.6％ 41.0％
由上表1和图3的检测结果数据可知，本发明制备的凝胶材料在室温下就能高效率地去除高浓度甲醛，可直接将其应用在工业废弃中甲醛的吸附，是一种具有产业化应用前景的产品。
显然，本发明不仅限于以上实施例，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但没有做出创新性改变研究的所有实施例都属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微生物法水解废弃羽毛制备可降解空气净化材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将废弃羽毛，用清水洗涤，经烘箱干燥后，再经挤压膨化机膨化、粉粹过筛，得到预处理的膨化羽毛粉；
S2：将步骤S1得到的膨化羽毛粉以微生物法进行水解，得到含有多肽、寡肽和氨基酸的水解液；
S3：向步骤S2所得的水解液进行灭菌处理，再加入凝胶剂，搅拌均匀后静置，得到可降解空气净化材料；
步骤S2所述的微生物法水解是用芽孢杆菌属、黄杆菌属或霉菌进行水解；
所述的凝胶剂为海藻酸钠、明胶、果胶、卡拉胶、琼脂糖中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述的干燥的温度为60-80℃，时间为24-72h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的过筛，其过筛后所得到的羽毛粉为100-200目。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微生物法水解的步骤为：
S01：称取0.3-1g NaCl，0.5-0.8g KH2PO4，0.2-0.6g K2HPO4，20-60g葡萄糖，以及1-2 L蒸馏水，搅拌使各物质溶解且混合均匀，再用0.4-5.0mol/L的NaOH调节混合溶液的pH为7-11；
S02：称取膨化羽毛粉，加入步骤S01得到的混合溶液中，制成浓度为20-200g/L的羽毛粉培养液；
S03：采用营养肉汁或LB培养基将芽孢杆菌培养至稳定期；
S04：向步骤S02的羽毛粉培养液中加入稳定期芽孢杆菌菌液，接种量为2-100 mL/L、温度为30-50℃、时间为24-48 h，得到含有多肽、寡肽和氨基酸的水解液。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的芽孢杆菌包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3所述的灭菌，其温度为60-80℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3所述的凝胶剂，其含量为质量分数1-20%。
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