Diversified Applications of Tanning Principles

Abstract

This is the 49th John Arthur Wilson Memorial LectureTanning is the basic chemical reaction which can transform hide or skin into leather. Some tannages, like vegetable tanning, aldehyde tanning and metal tanning, have been used by tanners for several thousand years. The chemical principles of these tannages have been clearly revealed in the last decades and have greatly improved technologies of leather processing. At the same time, the scientific essences involved in these principles are enlightening our inspirations of diversified applications of tanning methods to create a series of novel functional materials based on skin collagen. Herein, some ingenious applications of the tanning principles were reported, which might inspire more scientific ideas and imaginations of leather chemists.1. Based on the principle of vegetable tanning, a novel adsorbent which can selectively remove tannins from natural beverages and medicinal plant extracts was devised. It was prepared by processing skin into collagen fibers with the proper size. This new adsorbent was shown to be more effective for this purpose in comparison with commonly used polyamides and macroreticular resins. 2. According to the principle of vegetable-aldehyde combination tanning, tannins which are able to complex with metal ions were immobilized onto collagen matrix. As a result, the tannin-immobilized adsorbent and membrane materials were prepared. Both of them presented high adsorption capacity for heavy metal ions, such as Hg2+, Pd2+, Au3+, UO22+ and Cu2+, in aqueous solutions and therefore, are expected to be used for removing toxic metal ions from wastewaters or separating precious metals from mixed solutions. 3. By utilizing the principle of metal tanning, a series of functional materials were prepared by loading metal ions, such as Zr4+, Fe3+ and Pt4+, onto collagen fiber. The Zr4+ and Fe3+ loaded materials exhibited strong adsorption to inorganic anions, such as F-, PO43-, AsO43-, CrO42- and V2O74-, in aqueous solutions, showing potential to be used in environmental protection. At the same time, Fe3+ and Pt4+ loaded materials have been experimentally proven to be the heterogeneous catalysts with high catalytic activity. Meanwhile, as a special kind of metal-loaded collagen fiber, the adsorption behaviors of chrome-containing leather waste to organic compounds in wastewater were also investigated. It presented high adsorption capacity to dyes, surfactants and aromatic acids. 4. In terms of the principles of versatile metal-organic combination tannages, a series of novel carbon fiber and metal fiber materials with controllable mesoporous structures were prepared by using collagen fiber as the template. They are believed to have great potentialities in selective adsorption, chemical sensor and catalyst support.RESUMEN: Curtición es la reacción química fundamental que transforma la piel en cuero. Algunos curtidos, tal como curtición al vegetal, curtición por aldehído y curtición por metales, han sido utilizados por curtidores durante varios milenios. Los principios químicos tras estos curtidos han sido claramente elucidados en las últimas décadas y han mejorado extensamente las tecnologías del proceso del cuero. Concurrentemente las esencias científicas involucradas en estos principios iluminan nuestras inspiraciones sobre diversas aplicaciones de métodos de curtición que nos permiten crear una serie de novedosos materiales basados en el colágeno de la piel. Es por ende que ingeniosas aplicaciones son reportadas; y por lo tanto podrían inspirar ideas y conceptos más científicos en los químicos del cuero.1. En base al principio de curtición vegetal, un novedoso agente adsorbente, el cual puede remover selectivamente los taninos en bebidas naturales y extractos medicinales de plantas, fue desarrollado. Fue preparado por medio del procesar piel en fibras de colágeno con las dimensiones idóneas. Este nuevo adsorbente se demostró ser más efectivo para este propósito, en comparación con las poliamidas y resinas macro-reticulares, comúnmente utilizadas.2. De acuerdo con el principio de curtición combinada de vegetal-aldehído, taninos en capacidad de ligarse por coordinación con iones metálicos fueron inmovilizados sobre la matriz colagénica. Como resultado dio, un agente adsorbente inmovilizado por el tanino y materiales utilizables para membranas también fueron preparados. Ambos demostraron alta capacidad de absorción de iones de metales pesados, tales como Hg2+, Pd2+, Au3+, UO22+, y Cu2+, en soluciones acuosas y como tal es de esperar sean utilizables para remover iones metálicos tóxicos de efluentes o para la recuperación de metales preciosos de soluciones mixtas.3. Al utilizar el principio de curtición por metal, una serie de materiales funcionales fueron preparados descargando sobre la fibra colagénica iones metálicos tales como Zr4+, Fe3+ y Pt4+. Los materiales cargados con Zr4+ y Fe3+ exhibieron fuerte adsorción de aniones inorgánicos tales como F-, PO43-, AsO43-, CrO42- y V2O74-, desde soluciones acuosas, demostrando su uso potencial en proteger al medioambiente. Al mismo tiempo, materiales cargados con Fe3+y Pt4+ han sido experimentalmente demostrados de ser catalizadores heterogéneos de alta actividad. Paralelamente, como un producto especial formado por fibras colagénicas cargadas con metal, la adsorción por deshechos de cuero al cromo de compuestos orgánicos en efluentes también fueron investigados. Se presento alta capacidad de adsorción de colorantes, tensoactivos, y ácidos aromáticos.4. En términos de los principios involucrados en versátiles curtidos combinados metal-orgánicos, una serie de nuevos materiales de fibras de carbono y fibras metálicas con estructuras mesopóricas controlables, fueron preparadas utilizando fibras colagénicas como patrón. Se cree que tendrían alto valor potencial en absorción selectiva, censores químicos, y apoyo para agentes catalíticos.