本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的方法及裝置。
背景技術(shù)：
桑蠶繭絲是一種天然的蛋白質(zhì)纖維，它主要由70％～80％的絲素，20％～30％的絲膠及少量蠟質(zhì)和無機物等組成。目前大部分繅絲廢水中的絲膠蛋白幾乎全部不回收，作為廢液全部排除，由于排放污水中蛋白質(zhì)含量過高，流入河道將會大量消耗水中溶解氧，使水體喪失自凈能力，造成大量的環(huán)境污染和能源浪費。所以，如果在蠶絲的加工與處理過程中能高效地回收和利用絲膠蛋白以免除對環(huán)境的污染，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，設(shè)計出一種能將繅絲廢水中絲膠蛋白提取出來的方法是十分有必要的。
絲膠蛋白含大量側(cè)鏈帶親水基團的氨基酸如絲氨酸、天冬氨酸等，易溶于水中。蠶絲中的雜質(zhì)主要存于絲膠中。絲膠蛋白含有自由的羧基和氨基，可相互作用而形成雙極離子，具有兩性性質(zhì)，在ph值較小的溶液里，絲膠蛋白質(zhì)以正離子形式存在；在ph值較大的溶液里，絲膠蛋白質(zhì)以負(fù)離子形式存在，絲膠蛋白的等電點是3.8～4.5，當(dāng)溶液值接近或臨界于等電點時，絲膠呈沉淀狀而不呈凝膠狀。
絲膠蛋白質(zhì)是一種寶貴的資源，目前繅絲廠制絲生產(chǎn)過程中溶解下來的絲膠蛋白質(zhì)隨生產(chǎn)廢水的排放而流失，并成為繅絲生產(chǎn)廢水中的主要污染物，會對水環(huán)境造成不良影響，繅絲廢水中絲膠蛋白質(zhì)的回收不僅有利于廢水的達(dá)標(biāo)排放或循環(huán)使用，還可將分離出來的絲膠蛋白質(zhì)加以利用，開發(fā)出高附加值副產(chǎn)品。
從廢水中提取絲膠的方法有化學(xué)提取法和物理提取法兩大類。其中化學(xué)提取法有化學(xué)混凝法、酸析法和有機溶劑沉淀法。物理提取法有離心法、膜分離法、冰凍法和離子交換法幾種。
申請?zhí)枮?00710093091.8的專利公開了一種含絲膠蛋白廢水的處理方法，它利用絲膠自身與金屬發(fā)生配位反應(yīng)而合成絲膠蛋白金屬絡(luò)合物，利用此絡(luò)合物作為絮凝劑凝聚沉淀絲廠廢水中的絲膠，從而對廢水進行有效的處理，最后通過稀酸洗滌的方法低成本回收絲膠蛋白。該方法需要加入金屬化學(xué)試劑，成本高，后續(xù)處理復(fù)雜。
申請?zhí)枮?01310073594.4，名稱為“一種繅絲廢水中絲膠蛋白的沉淀方法”的中國專利申請公開了在繅絲廢水中依次加入適量的無水檸檬酸和磷酸氫二鈉，并通過攪拌器攪拌均勻，再加入適量的鞣酸，再通過加熱和靜置，從而將繅絲廢水中絲膠蛋白的沉淀出來。該方法雖然能夠得到絲膠蛋白，但是添加了許多化學(xué)試劑，過程也比較復(fù)雜。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種從繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的方法，本方法操作簡單，不添加化學(xué)試劑，得到的絲膠蛋白提取效率和純度高。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的方法，包括以下步驟：
1)繅絲廢水經(jīng)抽濾和超濾除去雜質(zhì)和無機鹽離子，得處理液；
2)利用ti/sno2為陽極材料，鉑為陰極材料，在步驟1)所述處理液中施加電場，利用電場作用使絲膠蛋白沉淀，得絲膠蛋白；
3)將步驟2)的絲膠蛋白經(jīng)超聲清洗后溶于水介質(zhì)中，再加入無水乙醇，經(jīng)離心、去上清液后得純化后的絲膠蛋白。
本發(fā)明分別比較了石墨、鈦板電極、ti/sno2作為陽極材料可行性，石墨材料在高溫環(huán)境中會發(fā)生溶解，鈦板電極價格較高易氧化，ti/sno2性能穩(wěn)定，工作電壓小，使用壽命長，因此選擇ti/sno2作為陽極材料。以高回收率、環(huán)保耐用為主要目標(biāo)，對反應(yīng)的不同因素進行對比分析，最終得到一套繅絲回收絲膠蛋白的工藝條件。
進一步，步驟1)中超濾使用截留量為3～4kda的超濾裝置。
作為一種優(yōu)選，步驟1)中超濾使用截留量為3.5kda的超濾裝置。
進一步，步驟2)電場的電流密度為1.5～3.5ma/cm2，電場作用的時間為90～120min。
作為一種優(yōu)選，步驟2)電場的電流密度為2ma/cm2，電場作用的時間為100min。
進一步，步驟3)中絲膠蛋白與無水乙醇的體積比為1:3～5。
作為一種優(yōu)選，步驟3)中絲膠蛋白與無水乙醇的體積比為1:4。
進一步，步驟3)所述的離心條件為2500～3500rpm，3～8min。
作為一種優(yōu)選，步驟3)所述的離心條件為3000rpm，5min。
進一步，步驟3)中純化的步驟重復(fù)2～4次。作為一種優(yōu)選，步驟3)中純化的步驟重復(fù)3次。
進一步，所述方法還包括步驟：4)將步驟3)得到的絲膠蛋白經(jīng)冷凍干燥法，冷凍干燥2～4天，得絲膠蛋白產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種利用繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的裝置回收純化絲膠蛋白的方法，所述裝置由依次連接的抽濾裝置、濃縮裝置、超濾裝置、儲存罐、電場回收裝置、分離純化裝置和干燥裝置組成；所述儲存罐出料口設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，所述電場回收裝置設(shè)置有循環(huán)管道，所述循環(huán)管道設(shè)置有泵，電場回收裝置的母液通過循環(huán)管道進入到儲存罐，所述干燥裝置設(shè)置有溫度控制裝置；利用所述裝置回收純化絲膠蛋白的方法，包括以下步驟：
1)繅絲廢水進入抽濾裝置經(jīng)抽濾除去雜質(zhì)，抽濾后的料液在濃縮裝置中濃縮后進入截留量為3～4kda的超濾裝置除去無機鹽離子，得處理液儲存在儲存罐中；
2)通過控制調(diào)節(jié)閥所述處理液通過管道進入到電場回收裝置中，利用電場作用使絲膠蛋白沉淀，得絲膠蛋白；
3)步驟2)得到的絲膠蛋白在經(jīng)過分離純化裝置的2～4次純化后通過干燥裝置干燥2～4天，得絲膠蛋白產(chǎn)品。
進一步，所述電場回收裝置利用ti/sno2為陽極材料，鉑為陰極材料；所述電場回收裝置為間歇式生產(chǎn)。
進一步，所述繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的裝置通過程序控制自動化生產(chǎn)。
本發(fā)明的有益效果在于：
1)本發(fā)明提供的繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的方法利用絲膠的膠體性質(zhì)，在繅絲廢水施加以電場，利用電場作用使絲膠蛋白沉淀，該方法在不添加化學(xué)試劑的情況下，施加低電量就可以破壞膠體的穩(wěn)定性，分離得到絲膠蛋白；該方法簡單，易操作，環(huán)境友好。
2)本發(fā)明的方法母液循環(huán)利用，回收純化的絲膠蛋白為白色粉末，經(jīng)測試提取效率可達(dá)到68％左右，純度為90.2％。
3)本發(fā)明提供的繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的裝置通過程序控制自動化生產(chǎn)，處理流程的運轉(zhuǎn)效率較高，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有工業(yè)化應(yīng)用意義。
附圖說明
圖1為本發(fā)明繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的裝置的示意圖。
具體實施方式
以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)描述。優(yōu)選實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，所舉實施例是為了更好地對本發(fā)明的內(nèi)容進行說明，但并不是本發(fā)明的內(nèi)容僅限于所舉實施例。所以熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容對實施方案進行非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
實施例1
繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的方法，包括以下步驟：
1)繅絲廢水經(jīng)抽濾除去雜質(zhì)，抽濾后的料液經(jīng)截留量為3.5kda的超濾裝置除去雜質(zhì)和無機鹽離子，得處理液；
2)利用ti/sno2為陽極材料，鉑為陰極材料，在所述處理液中施加電場，場的電流密度為2ma/cm2，電場作用的時間為100min，利用電場作用使絲膠蛋白沉淀，得絲膠蛋白；
3)將得到的絲膠蛋白經(jīng)超聲清洗后溶于水介質(zhì)中，再加入絲膠蛋白體積4倍的無水乙醇，經(jīng)3000rpm，5min離心、去上清液，重復(fù)3次，收集沉淀；
4)利用冷凍干燥法，冷凍干燥3天，得到絲膠蛋白產(chǎn)品。
實施例2
繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的方法，包括以下步驟：
1)繅絲廢水經(jīng)抽濾除去雜質(zhì)，抽濾后的料液經(jīng)截留量為4kda的超濾裝置除去雜質(zhì)和無機鹽離子，得處理液；
2)利用ti/sno2為陽極材料，鉑為陰極材料，在所述處理液中施加電場，場的電流密度為2ma/cm2，電場作用的時間為100min，利用電場作用使絲膠蛋白沉淀，得絲膠蛋白；
3)將得到的絲膠蛋白經(jīng)超聲清洗后溶于水介質(zhì)中，再加入絲膠蛋白體積4.5倍的無水乙醇，經(jīng)3000rpm，5min離心、去上清液，重復(fù)3次，收集沉淀；
4)利用冷凍干燥法，冷凍干燥3天，得到絲膠蛋白產(chǎn)品。
實施例3
繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的方法，包括以下步驟：
1)繅絲廢水經(jīng)抽濾除去雜質(zhì)，抽濾后的料液經(jīng)截留量為3.5kda的超濾裝置除去雜質(zhì)和無機鹽離子，得處理液；
2)利用ti/sno2為陽極材料，鉑為陰極材料，在所述處理液中施加電場，場的電流密度為2ma/cm2，電場作用的時間為100min，利用電場作用使絲膠蛋白沉淀，得絲膠蛋白；
3)將得到的絲膠蛋白經(jīng)超聲清洗后溶于水介質(zhì)中，再加入絲膠蛋白體積3.5倍的無水乙醇，經(jīng)3200rpm，5min離心、去上清液，重復(fù)3次，收集沉淀；
4)利用冷凍干燥法，冷凍干燥3天，得到絲膠蛋白產(chǎn)品。
對比實施例4
施加電場的陽極材料為石墨或鈦板電極，其他條件同實施例1。
分別比較了石墨、鈦板電極、ti/sno2作為為陽極材料可行性，使用一段時間發(fā)現(xiàn)石墨材料在高溫環(huán)境中會發(fā)生溶解，鈦板電極價格較高易氧化，ti/sno2性能穩(wěn)定，工作電壓小，使用壽命長，因此選擇ti/sno2作為陽極材料。
實施例5
參見圖1所示，繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的裝置：所述裝置由依次連接的抽濾裝置1、濃縮裝置2、超濾裝置3、儲存罐4、電場回收裝置5、分離純化裝置6和干燥裝置7組成；所述儲存罐4出料口設(shè)置有調(diào)節(jié)閥8，所述電場回收裝置設(shè)置有循環(huán)管道9，所述循環(huán)管道9設(shè)置有泵10，電場回收裝置5的母液通過循環(huán)管道9進入到儲存罐4，所述干燥裝置7設(shè)置有溫度控制裝置；
所述電場回收裝置5利用ti/sno2為陽極材料，鉑為陰極材料；所述電場回收裝置為間歇式生產(chǎn)，所述繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的裝置通過程序控制自動化生產(chǎn)。
實施例6
利用繅絲廢液回收純化絲膠蛋白的裝置回收純化絲膠蛋白的方法，包括以下步驟：
1)繅絲廢水進入抽濾裝置1經(jīng)抽濾除去雜質(zhì)，抽濾后的料液在濃縮裝置2中濃縮后進入截留量為3～4kda的超濾裝置3除去無機鹽離子，得處理液儲存在儲存罐4中；
2)通過控制調(diào)節(jié)閥8所述處理液通過管道進入到電場回收裝置5中，利用電場作用使絲膠蛋白沉淀，得絲膠蛋白；
3)步驟2)得到的絲膠蛋白在經(jīng)過分離純化裝置6的2～4次純化后通過干燥裝置7干燥2～4天，得絲膠蛋白產(chǎn)品。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。