本發(fā)明涉及繅絲工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的回收方法。
背景技術(shù)：
蠶絲是一種纖維狀蛋白，主要由絲膠蛋白和絲素蛋白組成；絲膠蛋白包裹在絲素蛋白的外層，起粘合保護(hù)作用。將繭絲從繭層上離解出來的過程稱為繅絲?？壗z通常采用的工藝是將蠶繭浸在熱堿水或熱水中煮制，使絲膠溶于熱水中，然后將生絲抽離出來并纏繞收集。繭絲中絲膠蛋白含量近30％，因此，繅絲過程中產(chǎn)生的廢水富含大量的絲膠蛋白。檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，工業(yè)的繅絲廢水中蛋白質(zhì)的濃度在0.4～3.8mg/mL之間。
絲膠蛋白是一類水溶性蛋白，含有18種氨基酸和人體所需的全部必需氨基酸。研究表明，絲膠蛋白或絲膠肽可以提高人的記憶力、防止腦老化、預(yù)防癡呆癥。此外，絲膠蛋白具有非常良好的理化性能，如抗氧化性、抗紫外線、保濕性、抗菌性等，可以應(yīng)用到醫(yī)藥、化妝品、生物材料、紡織、食品等各個(gè)領(lǐng)域中。因此，作為一種有價(jià)值的蛋白資源，常規(guī)的絲膠隨繅絲廢水直接排放的生產(chǎn)方式不僅污染水體，提高廢水的COD值和BOD值，增加污水處理的成本與難度，且造成蛋白質(zhì)資源的浪費(fèi)。經(jīng)檢索、分析，發(fā)現(xiàn)為解決繅絲廢水環(huán)境污染、減少絲膠蛋白資源浪費(fèi)，相關(guān)研究主要采用如下幾種方案：
(1)酸析法：是在絲膠蛋白質(zhì)廢水中加入HCl或稀H2SO4，使pH為3.8～4.5，在等電點(diǎn)條件下使絲膠蛋白質(zhì)溶解度下降而逐漸沉降分離。由于廢水體積大，利用該方法處理耗時(shí)、且需要大量沉降池，回收率卻不高(一般不超過50％)，且回收得到的絲膠含有較多雜質(zhì)。
(2)化學(xué)混凝法：通常是使用大量濃的或飽和的鹽類溶液，利用強(qiáng)電解質(zhì)在水中全部電離成離子以奪取與蛋白質(zhì)相結(jié)合的水分子的特性，從而破壞蛋白質(zhì)周圍的水化層，使蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚而沉淀。這種方法工藝簡(jiǎn)單，但存在如下缺點(diǎn)：因使用的絮凝劑多為鐵鹽或鋁鹽，所以在回收得到的絲膠中會(huì)含有一些金屬離子，如產(chǎn)品需應(yīng)用于要求比較嚴(yán)格的領(lǐng)域如食品、醫(yī)學(xué)中時(shí)須經(jīng)過純化處理。又有：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(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮?01310073594.4)公開了在繅絲廢水中依次加入適量的無水檸檬酸C6H8O7和磷酸氫二鈉Na2HPO4，并通過攪拌器攪拌均勻，再加入適量的鞣酸C76H52O46，再通過加熱和靜置，從而將繅絲廢水中的絲膠蛋白沉淀出來；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。以及：名稱為“含絲膠蛋白廢水的處理方法”的中國專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮?00710093091.8)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，將此絡(luò)合物作為絮凝劑凝聚沉淀絲廠廢水中的絲膠，從而對(duì)廢水進(jìn)行有效處理，最后通過稀酸洗滌的方法回收絲膠蛋白，其具體工藝為：在含絲膠蛋白廢水中先加入絲膠蛋白金屬絡(luò)合物，振蕩6～10h后提取沉淀物，然后在得到的沉淀物中加入稀鹽酸或稀硫酸洗滌，磁力攪拌1～12h后離心所得的沉淀物干燥即為絲膠蛋白粉；該方法雖然可以得到絲膠蛋白，但是由于絲膠蛋白絡(luò)合物制備過程引入了金屬離子，限制了回收得到的絲膠蛋白的應(yīng)用，若用在醫(yī)學(xué)、食品中則需進(jìn)一步純化，而且該方法使用的絲膠蛋白金屬絡(luò)合物的制備過程也比較復(fù)雜。
(3)有機(jī)溶劑沉淀法：是利用酒精或丙酮的吸水性來破壞蛋白質(zhì)膠粒的水化層而使蛋白質(zhì)沉淀，但此方法不適合低濃度、處理量大的廢液，只適合經(jīng)過濃縮后的絲膠從溶液中析出，且蛋白質(zhì)在有機(jī)溶劑中易變性。此方法的安全性和成本也限制了其應(yīng)用。
(4)超濾法：是利用膜的孔徑對(duì)廢水中的絲膠蛋白進(jìn)行分離，即使用一種絲膠蛋白不能透過而其他物質(zhì)可以透過的濾膜從而達(dá)到分離的效果。該方法雖然純化效果好，但由于濾膜易污染，需要定期對(duì)濾膜進(jìn)行相應(yīng)的清洗，這對(duì)于廢水處理量大的繅絲工業(yè)無疑會(huì)極大增加生產(chǎn)成本。
綜上可知，雖然從繅絲廢水中回收絲膠蛋白的方法有很多，但由于繅絲廢水中蛋白質(zhì)含量低而繅絲廢水處理量大，不同方法有其局限性。因此，迫切需要一種成本低、效果好、可以大規(guī)模處理繅絲廢水的新方法以解決繅絲廢水中絲膠蛋白的回收問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述已有方法的不足，本發(fā)明提供一種新的繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的回收方法，該方法采用常溫操作，能耗低，操作簡(jiǎn)單，不存在二次污染；易于對(duì)處理量大的繅絲工業(yè)廢水實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，不但絲膠蛋白回收率高，且回收得到的絲膠蛋白純度也較高。
本發(fā)明繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的回收方法，具體是將繅絲工業(yè)廢水經(jīng)包括過濾除雜、樹脂吸附、洗脫、收集在內(nèi)的工序而得到絲膠蛋白收集液；其特別之處在于樹脂吸附工序中所采用的樹脂為DEAE-52離子交換樹脂，而過濾除雜、樹脂吸附、洗脫、收集的具體工藝可參照、采用所屬及相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。
DEAE-52離子交換樹脂，化學(xué)名稱為二乙氨基乙基纖維素52，外文名為DEAE Cellulose DE-52。本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)表明，DEAE-52離子交換樹脂用于繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白回收時(shí)，其吸附及解析效果均明顯優(yōu)于采用其它樹脂型吸附劑如AB-8、LX-1180、D101、DA201-C、201×7等的情形，表明DEAE-52離子交換樹脂有較好的吸附和解析性能，絲膠蛋白回收率高，能夠有效地將廢水中的絲膠蛋白回收出來，對(duì)廢水中絲膠蛋白起到很好的富集作用。
本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)本發(fā)明方案中的樹脂吸附及洗脫同時(shí)采用如下工藝時(shí)，絲膠蛋白的吸附量、解析率、絲膠蛋白回收率、濃縮比及回收綜合成本等各參數(shù)同時(shí)達(dá)到極優(yōu)值：所述樹脂吸附，是指將經(jīng)過濾除雜的繅絲廢水，無須調(diào)節(jié)pH值，以3～7.5BV/h的流速通入填裝有所述樹脂的分離柱中以使繅絲廢水中的絲膠蛋白吸附到樹脂上，直至分離柱流出液中絲膠蛋白濃度為0.05mg/mL時(shí)停止繅絲廢水進(jìn)液；所述洗脫，是指用pH2～5、濃度為0.05～0.2mol/L的解析液，以1～3BV/h的流速通入所述分離柱，同時(shí)監(jiān)測(cè)分離柱流出的洗脫液絲膠蛋白的濃度變化，直至洗脫完全即停止所述解析液的進(jìn)液；所述解析液優(yōu)選采用經(jīng)酸化的氯化鈉、氯化鉀溶液中的一種或多種。
市售的DEAE-52離子交換樹脂在填裝入所述分離柱前，通常需經(jīng)過溶脹及稀酸/稀堿浸泡等前處理，本發(fā)明方法優(yōu)選的一種DEAE-52離子交換樹脂前處理工藝為：先用去離子水浸泡12～24h，沖洗干凈后再用1～2mol·L-1鹽酸溶液浸泡2～6h；然后用去離子水洗至中性，再用1～2mol·L-1NaOH溶液浸泡2～6h；再次用去離子水洗至中性，備用。
為提升樹脂吸附效率及便于連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，經(jīng)所述洗脫、收集工序后還可設(shè)有對(duì)所述分離柱內(nèi)的DEAE-52離子交換樹脂進(jìn)行再生的工序，本發(fā)明優(yōu)選的一種DEAE-52離子交換樹脂再生方法為：分離柱使用8～10個(gè)周期后，先用3～5％鹽酸浸泡3～5h，接著使用2～3倍體積的同樣濃度的鹽酸淋洗；用去離子水洗至中性后，再用3～5％NaOH浸泡3～5h；接著使用2～3倍體積同樣濃度的氫氧化鈉溶液淋洗，最后用去離子水洗至中性，即可再次使用。
采用以上技術(shù)方案生產(chǎn)得到的產(chǎn)品為絲膠蛋白收集液，本發(fā)明方法還可以在所述收集工序后設(shè)置對(duì)收集得到的絲膠蛋白收集液進(jìn)行濃縮及干燥的工序，以得到粉末狀絲膠蛋白。優(yōu)選采用的一種濃縮工藝為：將收集工序得到的絲膠蛋白收集液用真空濃縮至固形物含量達(dá)到10％以上并調(diào)整至pH中性；所述真空濃縮時(shí)優(yōu)選采用的真空度為-0.06～-0.1MPa，溫度為55～65℃。
本發(fā)明繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的回收方法具有如下特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)：
1、與現(xiàn)有的酸析法、化學(xué)混凝法、有機(jī)溶劑法、超濾法等繅絲廢水絲膠蛋白回收方法相比，本發(fā)明回收方法的回收過程采用常溫操作，設(shè)備投入少、能耗低、操作簡(jiǎn)單，不存在二次污染；通過精選的、對(duì)繅絲廢水中絲膠蛋白的吸附針對(duì)性更強(qiáng)同時(shí)解析效果亦極佳的DEAE-52離子交換樹脂，實(shí)現(xiàn)了絲膠蛋白的高效回收、富集及樹脂的高效重復(fù)使用，綜合生產(chǎn)成本較低；配合以多柱切換的生產(chǎn)方式，顯然極易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的連續(xù)處理回收，因而極具工業(yè)化推廣潛力；
2、回收得到的絲膠蛋白純度較高，品質(zhì)較好，可用于食品、護(hù)膚品及醫(yī)學(xué)等諸方面，能大大增加生產(chǎn)的附加值；此外，易于通過改變生產(chǎn)工藝條件得到不同純度的絲膠，以滿足不同應(yīng)用需求；
3、本發(fā)明方法可以用于處理煮繭、繅絲過程中產(chǎn)生的廢水，在解決繅絲企業(yè)廢水排放壓力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)物的充分利用。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的回收方法作進(jìn)一步地說明。
一、繅絲工業(yè)廢水中的絲膠蛋白回收方法實(shí)施例1：
1、主要工藝：將繅絲工業(yè)廢水經(jīng)過濾除雜、樹脂吸附、洗脫、收集、濃縮、干燥，得到粉末狀絲膠蛋白；其中，
過濾除雜：繅絲工業(yè)廢水采用離心沉淀過濾方式去除不可溶性雜質(zhì)，采用篩孔為150～200目的濾布，離心轉(zhuǎn)速3000～8000rpm；
樹脂吸附；經(jīng)過濾除雜的繅絲廢水無須調(diào)節(jié)pH值，以5BV/h的流速通入層析分離柱中，直至層析分離柱流出液中絲膠蛋白濃度為0.05mg/mL時(shí)停止繅絲廢水進(jìn)液；層析分離柱內(nèi)填充的吸附劑為市售取得的DEAE-52離子交換樹脂并經(jīng)過預(yù)處理(或再生處理)；一個(gè)柱體積(1BV)為212mL；
洗脫及收集：用pH值為2、濃度為0.05mol/L的酸性氯化鈉溶液作為解析液以2BV/h的速度流過分離柱進(jìn)行淋洗，同時(shí)監(jiān)測(cè)洗脫液絲膠蛋白濃度變化，直至洗脫完全即停止所述解析液的進(jìn)液；收集洗脫液，得到絲膠蛋白收集液；
濃縮：將前一工序得到的收集液用真空濃縮(真空度為-0.06～-0.1MPa，溫度為55～65℃)至固形物含量達(dá)到10％，并調(diào)整至pH中性；
干燥：對(duì)前一步得到的濃縮液進(jìn)行熱風(fēng)干燥，干燥溫度55～65℃，得到粉末狀絲膠蛋白。
2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析：
上述實(shí)施例實(shí)施過程中，同時(shí)對(duì)上樣廢水中的絲膠蛋白濃度、分離柱流出液中絲膠蛋白濃度、收集液中絲膠蛋白濃度、分離柱進(jìn)出液量、絲膠蛋白收集液量等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)/統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)完畢還對(duì)得到的粉末狀絲膠蛋白進(jìn)行了純度檢測(cè)。經(jīng)計(jì)算、分析得知：DEAE-52離子交換樹脂對(duì)繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的吸附量為25.910mg/g，吸附率為96.46％；洗脫得到的絲膠蛋白的回收率為95.26％，純度為96.71％；收集液中絲膠蛋白濃度是繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白濃度的16.33倍。
二、對(duì)比實(shí)施例組A：
1、主要工藝：本對(duì)比例組的技術(shù)方案與實(shí)施例1的基本相同，不同之處在于層析分離柱內(nèi)填充的吸附劑分別為樹脂型吸附劑AB-8、LX-1180、D101、DA201-C、201×7(均為市售取得)；同時(shí)，樹脂吸附飽和后分別采用相應(yīng)的解析劑(AB-8、LX-1180、D101、DA201-C使用75％乙醇，201×7使用0.5mol/L氫氧化鈉溶液)進(jìn)行洗脫。
2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析：
AB-8、LX-1180、D101、DA201-C、201×7樹脂對(duì)繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的吸附量分別為14.627mg/g、8.269mg/g、4.546mg/g、11.118mg/g、21.957mg/g，吸附率分別為54.69％、31.53％、17.20％、41.99％、82.95％。由于DEAE-52離子交換樹脂對(duì)繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白的吸附量為25.910mg/g、吸附率為96.46％，可見DEAE-52離子交換樹脂對(duì)絲膠蛋白的吸附效果明顯更優(yōu)。
AB-8、LX-1180、D101、DA201-C、201×7樹脂的解析率分別為89.48％、94.65％、81.82％、85.91％、98.02％，對(duì)應(yīng)的絲膠蛋白回收率分別為48.94％、29.84％、14.07％、36.07％、81.31％；對(duì)應(yīng)的絲膠蛋白濃縮倍數(shù)分別為8.39、5.12、2.41、6.18、13.94；而DEAE-52離子交換樹脂的解析率為98.76％，絲膠蛋白回收率為95.26％、絲膠蛋白濃縮倍數(shù)為16.33，可見DEAE-52離子交換樹脂同時(shí)具有極優(yōu)的解析性能、更好的廢水絲膠蛋白分離性能和更佳的富集回收性能。
三、對(duì)比實(shí)施例組B：
以下通過表1(a)和表1(b)，將采用DEAE-52樹脂在不同的吸附及洗脫工藝參數(shù)下對(duì)繅絲工業(yè)廢水中絲膠蛋白進(jìn)行回收的效果進(jìn)行對(duì)比(下表中，除特別列出的項(xiàng)目及參數(shù)外，均采用與上面實(shí)施例1中相同的工藝)：
表1(a)
上表數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明采用DEAE-52離子交換樹脂回收絲膠蛋白的方法在不同實(shí)施條件下均具有較高的吸附量、解析率、絲膠蛋白質(zhì)回收率和濃縮倍數(shù)，表明本發(fā)明技術(shù)方案確實(shí)可將絲膠蛋白較好地從廢水中分離出來，并對(duì)廢水中的絲膠蛋白起到富集回收的作用。
表1(b)
上表數(shù)據(jù)表明，當(dāng)上樣流速過高會(huì)導(dǎo)致吸附效果明顯變差，同樣，洗脫速率過高也會(huì)明顯影響解析效果；而解析液pH偏堿性或鹽濃度偏低時(shí)，都會(huì)使DEAE-52離子交換樹脂的解析效果發(fā)生較大變化。
四、對(duì)比實(shí)施例組C：
1、主要工藝：本組實(shí)施例的技術(shù)方案與實(shí)施例1的基本相同，不同之處在于利用DEAE-52離子交換樹脂可再生的性能，進(jìn)行了8～10個(gè)周期的吸附解析過程，其中：
(1)DEAE-52離子交換樹脂在填裝入所述分離柱前，經(jīng)過如下前處理：先用去離子浸泡12～24h，沖洗干凈后再用1～2mol·L-1鹽酸溶液浸泡2～6h；然后用去離子水洗至中性，再用1～2mol·L-1NaOH溶液浸泡2～6h；再次用去離子水洗至中性，備用。
(2)洗脫、收集工序后，按如下工藝對(duì)所述分離柱內(nèi)的DEAE-52離子交換樹脂進(jìn)行再生：分離柱使用8～10個(gè)周期后，先用3～5％鹽酸浸泡3～5h，接著使用2～3倍體積的同樣濃度的鹽酸淋洗；用去離子水洗至中性后，再用3～5％NaOH浸泡3～5h；接著使用2～3倍體積同樣濃度的氫氧化鈉溶液淋洗，最后用去離子水洗至中性，即可再次使用。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
DEAE-52離子交換樹脂吸附解析的第2、5、8、10周期，收集液絲膠蛋白的回收率分別為93.70％、85.79％、81.26％、78.02％，絲膠蛋白的純度分別為93.15％、88.87％、86.92％、85.89％。
3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
DEAE-52離子交換樹脂吸附解析的第2周期，收集液絲膠蛋白的回收率為93.70％，絲膠蛋白的純度為93.15％；DEAE-52離子交換樹脂吸附解析的第8周期，收集液絲膠蛋白的回收率為81.26％，絲膠蛋白的純度為86.92％；DEAE-52離子交換樹脂吸附解析的第10周期，收集液絲膠蛋白的回收率為78.02％，絲膠蛋白的純度為85.89％，仍可滿足需求。從吸附解吸周期中收集液的絲膠蛋白回收率和純度可知DEAE-52離子交換樹脂可重復(fù)使用8～10個(gè)周期，且再生后仍可繼續(xù)使用。
以上內(nèi)容僅是為介紹本發(fā)明技術(shù)方案而例舉的一些較佳實(shí)施方式，不應(yīng)視為用于限定本發(fā)明的實(shí)施形式。凡所屬領(lǐng)域技術(shù)人員能依本發(fā)明技術(shù)方案作出的等同變化與改進(jìn)，均應(yīng)屬于本發(fā)明技術(shù)方案的涵蓋范圍之內(nèi)。