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 科技成果为皮革行业可持续发展注入新动能——第36届国际皮革工艺师和化学家协会联合会(IULTCS)大会技术报告摘要汇总(四)

科技成果为皮革行业可持续发展注入新动能——第36届国际皮革工艺师和化学家协会联合会(IULTCS)大会技术报告摘要汇总(四)

2022-06-21

来源:《北京皮革》

作者:汇编/王宵宵

(接上期)

5 皮革废弃物资源再利用

5.1废革屑水解物:一种用于原位生长高稳定性CsSnCl3钙钛矿纳米晶的高质量多齿配体

钙钛矿纳米晶(NCs)由于其优异的光电性能而受到广泛关注。目前研究最多的铅卤钙钛矿纳米晶因其含铅量高而饱受争议。锡与铅具有相似的最外层电子结构,有望取代铅用于制备无铅锡基钙钛矿NCs。然而,锡基钙钛矿NCs的环境稳定性较差,导致其应用受到限制。课题组前期工作表明,使用天然明胶钝化和包覆锡基钙钛矿NCs可以提高其稳定性。含铬废革屑目前被认为是一种危险废弃物,但其也具有胶原蛋白含量高等优点,实现废革屑的资源化利用迫在眉睫。本研究提出以离子液体[AMIM]Cl为溶剂和抗氧化剂,以废革屑的水解产物为多齿配体和包覆材料,制备锡基钙钛矿NCs。TEM、EDX和FT-IR结果表明:废革屑水解物中丰富的活性基团作为多齿配体可钝化钙钛矿NCs;长分子链可以包覆钙钛矿NCs,隔离环境,进一步提高其稳定性。PL和XPS结果表明:锡基钙钛矿NCs具有优异的耐水、抗紫外线、抗氧化和防霉性,将其用水和紫外线处理72 h,其剩余荧光强度仍然在70%以上。


5.2环氧树脂皮革板材的制造: 一种皮革工业废弃物处理新途径

皮革制品生产加工过程中产生了大量含有铬及鞣制化学品的固体皮革废料,这些已被列为危险废弃物,可导致环境污染。环氧皮革板材(ELS)主要是利用皮革废料的物理化学特性,通过手工积层技术进行构建。本研究对ELS的物理化学和机械性能进行分析、表征,详细论述其在船舶、汽车制造中的适用性以及未来的发展趋势。

5.3微生物降解动物毛发及制备有机堆肥

鞣制工业中每加工100 吨皮质就会产生大约5 吨脱毛垃圾。传统方式处理脱毛废弃物对环境产生巨大的负面影响。角蛋白广泛应用于农业、化妆品业及制药业。富含角蛋白的脱毛废弃物降解十分缓慢。印度皮革研究所(CSIR-CLRI)的研究人员发明了一种生物处理技术:利用一种新型菌株Brevibacterium luteolum MTCC 5982在含有盐和动物毛发的溶液中高效降解毛发。这项技术在实验室水平(flask level)已经标准化,并且在750 L发酵罐中等比例扩大到500 L,得到的发酵液用于有机堆肥的生产。相比于传统堆肥需要90天时间,这一过程可在10~12天完成。试验规模生产堆肥已标准化,并在田间试验中测试了该产品功效。该堆肥可作为一种高效有机肥,使水稻增产(20±5)%,园艺作物黄秋葵、辣椒和苋菜增产(25±5)%。这一工艺为解决制革厂脱毛废弃物处理问题以及提高经济收益方面提供了可行的技术方案。使用脱毛废弃物大量生产堆肥,可以减少化肥的进口和化工原料的消耗,是一个典型的经济循环模型。

5.4利用制革固定废弃物生产生物燃料—— 一种新型可持续发展战略

目前皮革行业所面临的主要问题是如何有效处理制革厂的固体废弃物,例如未利用的肉渣和污水处理厂的污泥。其中,填埋污泥的处理方式已被明令禁止。在亚洲,制革行业每年加工800~900 万吨的生皮,产生300~400 万吨的固体废物以及250~350 万吨来自污水处理厂的脱水污泥,其中处理肉渣就会产生大约100 万吨的污泥及固体废物,给环境带来巨大的挑战。本研究首先将活性污泥/来自厌氧消化池的液体与未经处理的肉渣进行混合,在20~35 ℃的温度条件下,经过7~8 天缓慢的生物降解。再将上述降解物与来自污水处理厂的含有4%~6%固体废弃物的活性污泥进行混合,在厌氧池中反应30 天。结果显示,每去除1 kg COD就能产生0.5 m3的沼气。将产生的沼气储存起来,可用于燃气发电。上述处理过程中所产生的污泥经过脱水、堆肥,可以用于制作肥料。一个容量为1.5 MLD的厌氧池能够产生500~600 m3的沼气,并使其转化为电能。这种独特的可持续发展技术在皮革行业属于首创,可以减少处理肉渣等固体废弃物时所产生的有害污泥量。

5.5将制革固体废弃物生物降解过程中释放的碳氢化合物用于生产沼气

有机废弃物的厌氧消化(AD)是一种既可以生产沼气(可再生能源),同时又对废弃物进行有效处理的方法。为确保稳定的生产过程,许多沼气厂以牺牲生产效率为代价,采用较低负荷率方式运行沼气池。以往的研究主要集中在探究在厌氧条件下,固体废弃物和污泥混合物生物降解的可行性。在生物降解的初始阶段仍然存在一个问题,废弃物中有机物似乎没有被完全分解成更小的碳氢化合物和碳水化合物而被微生物所利用。本研究的目的是评估碳氢化合物和碳水化合物释放过程、沼气生产效率以及制革固体废弃物厌氧生物降解处理效率。结果表明,制革固体废弃物的厌氧生物降解可分为三个阶段:(1) 20天的培养期,由于厌氧微生物具有高选择性,需要一个缓慢的过程来适应固体废弃物,随着处理液中碳水化合物的释放,培养期结束;(2)对数增长期,尽管制革固体废弃物成分复杂,但在此阶段,其中大部分的铬被结合或吸附在固体废弃物中,不会对碳水化合物的释放产生抑制作用,碳水化合物的释放量呈现出15 mL/天的指数级增长;(3)最后阶段,所有的固体废弃物均被降解,铬溶解在处理液中,厌氧生物降解过程结束。

5.6 利用皮革和纺织废料制备鞋底材料

本研究旨在探索一种利用皮革和纺织品生产过程中所产生的含铬废革屑、纺织废料与聚异戊二烯橡胶和聚三元乙丙橡胶(EPDM)材料混合制作鞋底的方法,比较了使用不同种类橡胶与含铬废革屑、纺织废料混合所生产的鞋底与市售橡胶鞋底,在硬度、密度、耐摩擦性能、抗张强度等物理机械性能方面的差异。聚异戊二烯橡胶和聚三元乙丙橡胶(EPDM)与含铬废革屑、纺织废料混合物的重量比例为70:30。结果显示,除了市售橡胶鞋底耐摩擦性能更好以外,使用不同种类橡胶与含铬废革屑、纺织废料混合所生产的鞋底与市售橡胶鞋底的其他物理机械性能相当。这是一种解决制革和纺织行业环境污染问题的有效方法。

5.7制革废水处理的关键技术

制革废水是一种由来自准备工段、鞣制工段的皮革边角固体废弃料及制革加工过程中添加的无机物(如盐、酸、碱等)和皮化材料(如软化助剂、浸灰助剂、鞣剂等)所组成的复杂混合物。首先将含硫废水和含铬废水在硫化物氧化系统和铬沉淀装置中分别进行预处理。处理后的废水经1 mm格栅进行细筛,以去除大块皮革边角固体废弃物,之后进入调节池进行混合搅拌和曝气,为后续初级处理提供水质均匀的废水。溶气气浮法能有效地去除废水中的悬浮固体,得到悬浮固体含量< 50 mg/L的清澈废水。对残余的可溶COD和BOD进行生物处理,采用厌氧、好氧微生物处理相结合的处理方法,可以同时去除氨、硝酸盐和含氮有机化合物等。将生物反硝化/硝化与膜生物反应器技术相结合,COD和BOD分别降低92%和99%,出水氨氮低于2 mg/L。经过膜生物反应器处理后所得到的渗透液中不含固体物质,该渗透液再通过纳滤膜处理后,可以实现高达75%的出水优质水循环利用。

5.8从灰皮去肉废弃物中提取及纯化胶原:一种有助于皮革行业可持续发展的新方法

制革过程会产生大量的固体废弃物,其中包括大量的灰皮去肉废弃物。由于灰皮去肉废弃物中含有石灰和硫化物,因此针对这种废弃物的处理一直是一个很大的难题,寻找一种经济可行的处理方法非常重要。本研究提出一种从灰皮去肉废弃物中提取高纯度胶原的方法。该方法包括四个步骤:脱灰、溶出、沉淀和透析。试验结果证实,灰皮去肉废弃物中胶原含量为12.73% (w/w),胶原的提取效率为85%。对提取的胶原蛋白进行了一系列分析测试,十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和元素分析(CHNS)表明,提取的胶原纯度高,基本不含其它蛋白质和非蛋白污染物。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和圆二色光谱(CD)研究证实,提取的胶原具有天然的三维螺旋结构,该胶原产品可以被广泛用于生物材料的制备。这种灰皮去肉废弃物的利用方法可以产生可观的经济效益。




责任编辑人:王宵宵

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