基于乳品污泥与甲壳类废弃物制备多肽改性结晶纳米纤维素生物吸附剂及其在乳品废水处理中的应用

《Scientific Reports》：Peptide-modified nanocellulose from dairy waste for organic compound removal in dairy wastewater

　　

摘要

高有机负荷的乳清废水需要高效且可持续的处理方案。本研究旨在利用乳品污泥和甲壳类废弃物制备一种多肽改性结晶纳米纤维素（PCN_C）生物吸附剂，用于去除工业乳品废水中的有机化合物。为优化操作变量以实现化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD?）和总有机碳（TOC）的最大去除率，基于中心复合设计（CCD）应用了响应面法（RSM）。操作变量包括pH值（3–10）、吸附剂投加量（100–500 mg L?1）、接触时间（15–55 min）、多肽与纤维素质量比（0.5:1–3:1）和温度（15–55 °C）。通过FESEM、XRD、FTIR、BET和TGA/DTG表征，验证了多肽的有效功能化以及具有良好热稳定性的介孔结构的形成。在最优条件（pH 6.5，PCN_C投加量300 mg L?1，接触时间35 min，多肽与纤维素质量比3:1，温度25 °C）下，COD、BOD?和TOC的最大去除率分别为97.80%、93.60%和96.40%。根据方差分析（ANOVA）（p < 0.0001），pH值和PCN_C投加量是最显著的影响因素。二次模型具有较高的预测能力（R2 = 0.9519），并经实验验证，相对误差 < 0.50%。此外，PCN_C表现出良好的可重复使用性，经过五次连续吸附-解吸循环后，COD去除率仍接近95%，BOD?去除率为92%，TOC去除率为89%。总体而言，我们的研究结果凸显了PCN_C作为基于生物质的吸附剂用于乳品废水处理的应用潜力，同时促进了废弃物增值和循环经济理念。