羽毛是一种可经多种处理、加工后再利用的天然蛋白质资源,如果仅被当作废弃物丢弃,这不仅是对资源的浪费,还会造成环境污染。近年来,国内外对羽毛角蛋白资源回收再利用的研究很活跃,研究对象主要集中在可溶性角蛋白上,而对不溶性角蛋白残渣再生利用的研究报道却很少。本文利用羽毛中提取出的不溶性蛋白残渣制成角蛋白海绵膜,并对其结构性能进行了表征分析,同时研究了海绵膜在处理染料废水、重金属废水等环境领域的潜在应用,为废弃蛋白质资源的再生利用提供新的途径。首先,论文对羽毛角蛋白提取、应用研究新进展进行了综述。介绍了羽毛角蛋白定义分类、结构组成及其近年来的应用研究状况,总结了目前角蛋白提取与应用过程中存在的问题,并着重综述了角蛋白膜制备的研究进展。其次,采用正交优化实验条件下的化学还原法提取羽毛中的角蛋白,并利用其中不溶性蛋白残渣制备角蛋白海绵膜,避免了二度浪费,提高了还原法对角蛋白的利用率。制备的角蛋白残渣海绵膜表面平整,质地膨松,断裂强度为5.4MPa,兼具良好的柔韧性和弹性。SEM显示膜结构稳定,不溶于水,具有丰富的孔隙结构,是一种潜在的吸附剂。FT-IR说明角蛋白海绵膜的二级结构中含有较多的p-折叠结构和无规卷曲结构。XRD表明比起原料羽毛,角蛋白海绵膜中α-螺旋结构明显减少,p-折叠结构数目增多且角蛋白结晶度变小。TGA测试结果表示角蛋白海绵膜的热稳定性略低于羽毛,高于200℃海绵膜便开始发生热解反应。SDS-PAGE测得提取的可溶性角蛋白分子量分布主要集中在10-15kDa之间,可大致推得角蛋白海绵膜的分子量在此范围之上。再次,将角蛋白海绵膜应用于染料废水的处理,研究了该膜对水中亚甲基蓝(MB)的吸附性能。结果表明,温度对膜吸附MB的效果影响程度较小。在体系温度为25℃,染料溶液pH为7,羽毛角蛋白海绵膜用量0.06g,初始染料浓度100mg/L,吸附时间24h条件下,溶液中MB的去除效果最佳,吸附去除率达98.12%。此条件下达到平衡后的最大吸附量为82.69mg/g；25℃下羽毛角蛋白海绵膜理论饱和吸附量为151.52mg/g。在所研究的温度和浓度范围内,Langmuir和Freundlich等温方程均适宜描述MB在海绵膜上的吸附行为。其中,MB在羽毛角蛋白海绵膜上的吸附行为更符合Freundlich吸附等温线模型(R2=0.994)。准二级动力学模型能很好地描述MB在海绵膜上的吸附动力学行为。此外,通过对吸附前后角蛋白海绵膜进行扫描电子显微镜照片和红外光谱谱图表征对比,结果显示,角蛋白海绵膜对MB的吸附过程可能同时包含物理吸附和化学吸附。最后,将角蛋白海绵膜应用于重金属离子废水的处理,研究了该膜对水中重金属Pb2+和Cd2+的吸附性能。结果表明,在温度25℃、初始浓度40mg/L、海绵膜投加量0.1g、溶液pH=8和吸附时间4h的情况下,海绵膜对Pb2+有较好的吸附去除效果,最大吸附量达39.526mg/g。而对于Cd2+的较优吸附则是在温度25℃、初始浓度20mg/L、海绵膜投加量0.1g、溶液pH=8和吸附时间2h的情况下进行,此时得到最大吸附量为23.981mg/g。对该过程进行吸附等温线拟合、动力学和热力学分析,结果表明海绵膜对Pb2+和Cd2+的吸附为放热过程且易于进行；Pb2+的吸附过程对Langmuir和Freundlich模型两个吸附模型均有良好的拟合关系,且对Langmuir的拟合效果更好；Cd2+的吸附过程和两个等温模型的相关性都不佳,但较接近于Langmuir模型。Pb2+和Cd2+的吸附过程均符合准二级动力学模型,物理吸附和化学吸附在两者的吸附反应中均起到重要作用。总之,本论文研究成果将为可变废为宝的再生资源——羽毛在环境领域中的应用提供一些理论支持和实践参考。