剩余污泥蛋白在涂布纸粘合剂上的应用研究

摘要

剩余污泥是城镇污水生物处理过程产生的固体废弃物，充分利用其中的蛋白资源提取污泥蛋白可同时实现污泥减量化、资源化。污泥提取蛋白属可再生资源，污泥提取蛋白可用于泡沫灭火剂、植物营养液、微蛋白有机肥等开发，附加值低，作为生物大分子资源并未得到充分利用。近年来，利用大豆蛋白、豆酪素等多种蛋白质资源开发生物质绿色造纸化学品已经成为行业关注热点。充分利用污泥提取蛋白资源，开发其工业化、高值化利用途径，不仅可促进污泥减量化、资源化利用，还可为绿色化学品的开发开辟新的原料来源。本论文以剩余污泥提取蛋白为原料，研究了污泥提取蛋白及甲基丙烯酸甲酯(MMA)改性污泥提取蛋白作为纸张涂布粘合剂的应用效果。 论文以工业化剩余污泥蛋白提取液为初始原料，经分析表明，蛋白液总有机物含量39.53％;粗蛋白含量为27.03％，占总有机物含量的68.38％。蛋白液色度深，无机物含量高，直接应用于纸张涂布较困难。经乙醇纯化后，获得粗提污泥提取蛋白，作为涂布粘合剂开发原料。测定所得原料蛋白粉中粗蛋白含量为54.55％，有机物含量为79.28％，元素分析表明其中含有钾、硫、硅等元素，氨基酸分析结果证明污泥提取蛋白含有17种氨基酸，其中甘氨酸含量最高，为16.28％;通过对蛋白进行分子量测定表明，污泥提取蛋白分子量主要为77kDa和101kDa;污泥提取蛋白热解温度263℃和384℃，700℃时失重率达到60.60％。 将污泥提取蛋白用于涂布粘合剂，配合苯丙胶乳使用，研究了蛋白粘合剂用量对涂料流变性能的影响;同时检测了蛋白粘合剂的应用对涂布纸性能的影响。在苯丙胶乳与蛋白粘合剂最佳比例11.5∶0.5下，涂布纸的千拉毛速度达到最大，为0.70m/s，增加了12.90％;涂布纸横向抗张强度达到最大，为2.02kN/m;而纸张白度却由79.22％下降到78.22％、平滑度由68.59s下降到65.10s，接触角由72.6°下降到64.8°。因此蛋白粘合剂直接用于涂料中，用量太大会对纸张性能有一定影响。 采用MMA对污泥提取蛋白进行接枝改性。在MMA与污泥提取蛋白质量比为2.0，乳化剂用量5.00％（乳化剂SDBS∶OP-10质量比为3∶1），引发剂APS用量1.00％条件下，得到的改性污泥提取蛋白膜的抗水性增加;在改性污泥提取蛋白用量为2份，苯丙胶乳用量为10份情况下，涂布纸干拉毛速度达到最高，为0.85m/s;纵横向抗张强度最大，分别为4.57kN/m和2.52kN/m;此时涂布纸表面性能最佳，即涂布纸平滑度达到最大，为97.09s，PPS粗糙度达到最小，为2.44μm。在最佳质量比下，改性污泥提取蛋白的热解最高温度由384℃升高到435℃，热稳定性得到明显改善。改性污泥提取蛋白可以部分替代苯丙胶乳应用于造纸涂布。

目录

声明

摘要

1前言

1．1剩余污泥蛋白来源及其利用现状

1．1．1剩余污泥产生及处理方式

1．1．2剩余污泥蛋白的提取工艺

1．1．3剩余污泥蛋白的资源化利用

1．2涂布纸

1．3涂料粘合剂

1．3．1涂料粘合剂概述

1．3．2涂料粘合剂分类

1．3．3涂料粘合剂发展趋势

1．4在造纸领域中蛋白质的应用

1．5课题的研究意义及研究内容

1．5．1研究意义

1．5．2研究内容

2材料与方法

2．1实验原料

2．2实验药品和仪器

2．2．1实验药品

2．2．2实验仪器与设备

2．3实验方法

2．3．1剩余污泥蛋白提取液分析测试

2．3．2剩余污泥提取蛋白的纯化

2．3．3蛋白粘合剂的制备及基本性质分析

2．3．4涂料的配制及其涂料流变性能测试

2．3．5蛋白粘合剂用量对涂布纸的性能检测

2．3．6改性污泥蛋白乳液的制备

2．3．7改性污泥蛋白接枝率和残余单体测试

2．3．8改性污泥提取蛋白性能表征

2．3．9 MMA接枝蛋白对涂布纸性能的影响

3结果与讨论

3．1剩余污泥蛋白液特性分析

3．1．1剩余污泥蛋白提取液的基本理化性质

3．1．2污泥提取蛋白基本特性分析

3．1．3污泥提取蛋白元素分析

3．1．4污泥提取蛋白氨基酸组成

3．1．5污泥提取蛋白分子量

3．1．6污泥提取蛋白液粒径分布

3．1．7污泥提取蛋白热稳定性分析

3．1．8小结

3．2蛋白粘合剂对涂料性能的影响

3．2．1粘合剂的基本性质

3．2．2蛋白粘合剂对涂料流变，I生能的影响

3．2．3蛋白粘合剂对涂布纸性能的影响

3．2．4小结

3．3丙烯酸单体改性污泥提取蛋白

3．3．1改性污泥提取蛋白基本性质

3．3．2 MMA用量对改性污泥提取蛋白接枝反应的影响

3．3．3 MMA用量对改性污泥提取蛋白膜动态接触角的影响

3．3．4 MMA用量对改性污泥提取蛋白粒径分布的影响

3．3．5 MMA用量对涂布纸性能的影响

3．3．6改性污泥提取蛋白红外表征

3．3．7改性污泥提取蛋白热稳定性研究

3．3．8小结

4结论

5．1创新点

5．2展望

参考文献

7攻读硕士期间发表论文情况

致谢