CN101574642B

CN101574642B - 一种用于处理酞菁类染料废水的生物吸附剂的制备方法

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Publication number: CN101574642B
Application number: CN2009101119549A
Authority: CN
Inventors: 熊小京; 孟雪娇; 郑天凌
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: CN101574642A

Abstract

一种用于处理酞菁类染料废水的生物吸附剂的制备方法，涉及一种生物吸附剂。提供一种用于处理酞菁类染料废水的生物吸附剂的制备方法。将活化后的黑曲霉加无菌水，刮取孢子，过滤，所得菌液倒入装有无菌水和玻璃珠的锥形瓶中，振荡至镜检为分散单孢子，计数，用无菌水调节孢子悬液浓度，再接种到已灭菌的液体培养基中培养得黑曲霉菌丝球；将黑曲霉菌丝球灭菌，过滤得失活的黑曲霉菌丝球，再烘干至衡重，粉碎，得黑曲霉死菌粉剂；将2.00g黑曲霉死菌粉剂移入装有HCl的锥形瓶中，振荡后的混合液固液分离，用去离子水洗涤修饰后吸附剂至洗涤液pH值显示为中性，烘干至衡重，粉碎，即得用于处理酞菁类染料废水的生物吸附剂。

Description

一种用于处理酞菁类染料废水的生物吸附剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物吸附剂，尤其是涉及一种采用黑曲霉(ACCC 30134)作为原始菌种，经高温高压、盐酸浸泡进行修饰处理，用于处理内含重金属离子的酞菁类染料的生物吸附剂的制备方法。

背景技术

生物吸附技术是废水生物处理领域中一个应用较为广泛的技术，它通过生物细胞(以微生物为主)或生物材料吸附污染物质，具有来源广泛、制作简单、运行费用低、无二次污染和处理效率高等优点，被认为是极具应用潜力的传统处理方法替代技术。

生物吸附技术最早是由RuChhoft([1]Ruchhoft C C.J.Sewage Works J，1949，21(5)：877)在1949年提出来的，他考察了活性污泥对水中的放射性元素Pu的去除性能，认为对Pu的去除是由于微生物的繁殖过程中形成具有较大面积的凝胶网，而使其具有吸附能力。生物吸附主要是生物体细胞壁表面的一些具有络合、配位能力的基团起作用，如琉基、轻基、羧基等极性基团。吸附就是靠这些基团能够与污染物质形成离子键或共价键的结合作用。与此同时，污染物质有可能通过沉降或晶体化作用沉积于细胞表面，从而达到去除的效果。

生物吸附技术的关键在于选择合适的生物吸附剂。生物吸附剂多采用活体和失活生物细胞两种。与活体生物细胞相比较，利用失活生物细胞，通过一定的物理化学处理后制成稳定的生物吸附剂颗粒，不仅具有易于携带、运输、使用等特点，并且在使用过程中可以免受有毒有害物质的影响，尤其适用于处理工业废水。

生物材料的来源十分广泛，许多生物物质都具有优越的生物吸附能力。近年来研究较多的生物吸附剂多采用细菌与真菌制备，如啤酒酵母菌处理Cu²⁺([2]王喜，甘树应.废啤酒酵母吸附水溶液中Cu²⁺的性能及机理研究.中国生物工程杂志，2008，28(3)：64～68)以及Agrobacterium sp.制得的生物吸附剂ZL5～2吸附Cr(VI)([3]***，陈明.生物吸附剂ZL5～2对Cr(VI)的吸附机理.环境科学，2006，27(2))等。

黑曲霉(Aspergillus niger)——真菌中的一个常见种，属半知菌门、丝孢菌纲、丝孢菌目、从梗孢科、曲霉属。30℃下在PDA平板上培养5～7d，菌落直径达2～3cm，由致密或中度疏松的微黄色基本菌系组成，菌落正面呈深褐色，反面呈淡黄色。菌丝大部分在培养基内，着生丰富密集的直立分生孢子梗，多数无膈膜，粗大，顶端形成膨大的顶囊；从顶囊的表面生出双层小梗，小梗生成瓶状产孢细胞产出成串分生孢子；分生孢子成熟时呈球形，偶尔稍扁。由于其安全性佳，与其他真菌相比生长速度快，不易染杂菌，因而被广泛的应用于发酵，纺织，食品等工业中，在环保领域也有应用。关于黑曲霉对重金属离子的吸附特性研究，国内外均有不少的报道([4]Anoop Kapoor，T.Viraraghavan.Removal of heavy metals usingthe fungus Aspergillus niger.Bioresource Technology，1999，95～104)，而对染料废水处理的报道相对较少。

酞菁类染料为染料中间体，在纤维上与金属离子络合生成色淀，主要用于棉染印染工艺。直接耐晒翠蓝是酞菁类染料的一种，其色泽鲜艳，各项坚牢度高，广泛应用于棉麻、蚕丝以及锦纶的染色。有研究表明，利用UV-TiO₂方法可以对直接耐晒翠蓝进行脱色处理([5]Ruth Yu～li Yeh，Shen P W.UV/TiO₂ and UV/TiO₂～film for Degradation ofTextile Dyes.Journal of Wuhan university of technology，2007，29(10))，但是此种方法只针对低浓度染料废水有较高的处理效果，并且需要2.5天才能达到61％的脱色效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于处理酞菁类染料废水的生物吸附剂的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)将活化后的黑曲霉加无菌水，刮取孢子，过滤，所得菌液倒入装有无菌水和玻璃珠的锥形瓶中，振荡至镜检为分散单孢子，计数，用无菌水调节孢子悬液浓度，将该单孢子悬液接种到已灭菌的液体培养基中培养后，得黑曲霉菌丝球；

2)将所得的黑曲霉菌丝球灭菌，过滤，得失活的黑曲霉菌丝球；

3)将失活的黑曲霉菌丝球烘干至衡重，粉碎，得黑曲霉死菌粉剂；

4)将2.00g黑曲霉死菌粉剂移入装有HCl的锥形瓶中，振荡后的混合液固液分离，用去离子水洗涤修饰后吸附剂至洗涤液pH值显示为中性，烘干至衡重，粉碎，即得用于处理酞菁类染料废水的生物吸附剂。

在步骤1)中，所述过滤最好经4层纱布过滤，无菌水的加入量可为30mL，振荡的速度可为180rpm/min，所述计数可采用血球计数板计数，用无菌水调节孢子悬液浓度最好至10⁷个/mL，所述将该单孢子悬液接种到已灭菌的液体培养基中培养最好使液体培养基中的孢子浓度为10⁶个/mL，所述培养最好在30℃恒温培养箱中培养，培养时的振荡速度最好为150rpm/min，培养的时间最好为72h。

在步骤2)中，所述灭菌最好将所得的菌丝球置于121℃高温高压灭菌锅中，经30min灭菌，所述过滤可用4层纱布过滤，为去除菌体表面上残留的液体培养基，最好将所得失活的黑曲霉菌丝球用去离子水冲洗菌体至冲洗液的pH值显示为中性。

在步骤3)中，所述烘干可在80℃下烘干至衡重，所述粉碎最好过100目筛。

在步骤4)中，所述HCl的用量最好是120mL，浓度为1mol/L；所述振荡最好在25℃恒温箱中以150rpm/min的速度振荡6h，所述混合液固液分离可经8000rpm/min离心10min，所述烘干的温度可采用80℃，所述粉碎可过100目筛。

该生物吸附剂可直接用于处理酞菁染料——直接耐晒翠蓝。

本发明的有益效果是：在生物吸附剂的基础上进行了化学修饰，作用于吸附剂表面基团，去除了吸附剂表面基质，有利于吸附剂更好的与酞菁染料分子结合，使吸附剂更专效于酞菁染料，因此对直接耐晒翠蓝有更好的吸附效果。

为更有效地处理酞菁类染料废水，本发明在前人研究的黑曲霉制备生物吸附剂的基础上将其进行化学修饰处理，而后利用修饰后得到的生物吸附剂，并直接用于处理含有重金属离子的酞菁类染料——直接耐晒翠蓝。研究表明，该吸附剂对直接耐晒翠蓝显示出较好的吸附效果，其吸附能力高于传统的活性炭吸附剂。由于制备该吸附剂的原料黑曲霉是发酵工业的副产物，其制作成本要低于活性炭。

附图说明

图1为本发明的生物吸附剂的扫描电镜图。

图2为不同吸附剂处理染料的效果对比。在图2中，横坐标为时间(min)，纵坐标为脱色率(％)；◇为活性炭，□为原粉，△为修饰后吸附剂。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

1.黑曲霉菌丝球的制备

固体培养基的配制：黑曲霉生长所需的马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)培养基为中国检验检疫科学研究院，北京陆桥技术有限责任公司生产，其成分如下：马铃薯浸粉5.0g/L；葡萄糖20.0g/L；琼脂13.0g/L；氯霉素0.1g/L。称取粉末状固体培养基2.280g溶解于60mL蒸馏水中，加热煮沸至完全溶解后，将其分装至10根试管中，每根5mL，于高温高压灭菌锅中121℃下灭菌20min后，趁热摆斜面，待培养基冷却后将其置于30℃培养箱中，24h后采用未染菌的培养基作为新鲜培养基培养黑曲霉。

液体培养基的配制：黑曲霉菌丝球生长所需的液体培养基成分如下：葡萄糖10.0g/L；KH₂PO₄ 2.0g/L；MgSO₄ 0.5g/L；NH₄Cl 0.1g/L；CaCl₂ 0.1g/L；硫胺0.001g/L。将配制好的液体培养基分装至300mL锥形瓶中，于高温高压灭菌锅中121℃下灭菌30min，冷却后备用。

黑曲霉菌丝球的制备：将菌种自冰箱中取出后，在无菌操作台下，用接种环将其转接到新鲜培养基上，在30℃恒温箱中培养4～7d后，取此斜面，加入10mL无菌水，用接种环刮下孢子，经4层纱布过滤，所得菌液倒入已灭菌的装有30mL无菌水和玻璃珠的250mL锥形瓶中，180rpm下振荡至镜检为分散单孢子，即得到单孢子悬液。用血球计数板对其计数，用无菌水调节孢子悬液浓度至10⁷个/mL，将该单孢子悬液加入到液体培养基中，使液体培养基中的孢子浓度为10⁶个/mL，将其置于30℃恒温培养箱中，150rpm下培养72h，所得球体直径为4～5mm即可，此时即得到黑曲霉菌丝球。

2.生物吸附剂的制备

对所制得的黑曲霉菌丝球，于121℃，30min高温高压灭菌后，用4层纱布过滤得到失活的黑曲霉菌丝球。为去除菌体表面上残余的培养液体，用去离子水反复冲洗菌体数次直至冲洗液的pH值显示为中性。将冲洗后的菌体于80℃下烘干至衡重，经粉碎机粉碎后过100目筛，得到生物吸附剂，即黑曲霉死菌粉剂。

3.吸附剂的化学修饰

准确称取2.0g死菌粉剂，将其移入装有120mL 1mol/L HCl的500mL锥形瓶中，于25℃恒温箱中，150rpm下振荡6h，混合液经8000rpm离心10min进行固液分离，用大量去离子水反复充分洗涤修饰后生物吸附剂，至洗涤液pH值显示为中性后，将其置于80℃烘干至衡重，经粉碎机粉碎后过100目筛，即得到经过化学处理后的生物吸附剂，该生物吸附剂可直接用于处理酞菁染料——直接耐晒翠蓝。

将冷冻保存在冰箱中接种于斜面上的黑曲霉接种于固体培养基斜面上的黑曲霉经30℃培养箱中培养4～7d后，即可长成遍布培养基表面的黑曲霉孢子。为后续使用，应将其置于4℃冰箱中冷冻保存，使其生长停滞，保持休眠状态，待使用时再将其转接到新鲜固体培养基中30℃下培养4～7d，将其活化。接种于液体培养基中的黑曲霉经30℃培养箱中培养72h后，长成为直径约3～4mm、具有黑色中心点、白色菌丝外圈、微小而且松散的黑黄霉菌丝球。

采用XL30ESEM电镜机对生物吸附剂进行扫描，20.0kV、放大5000倍后得到扫描电镜图片，如图1所示。图中可以看出，生物吸附剂的分子结构是层叠的，中间有较多的孔隙结构，因此比表面积较大，表面上的活性位点较多，较适宜作为吸附剂使用。

分别利用活性炭、原粉剂以及盐酸修饰后生物吸附剂对直接耐晒翠蓝进行吸附处理，对整个吸附过程中的吸附效果进行对比，结果如图2所示。

3种生物吸附剂在直接耐晒翠蓝染料废水中经25min吸附后，染料脱色率迅速增大，已经均超过70％，该阶段为快速吸附阶段，大部分的染料分子都在此阶段被吸附去除，而原粉剂和盐酸修饰后吸附剂对染料的脱色率更是超过85％。随后的25～150min为缓慢吸附阶段，染料脱色率增长缓慢，吸附逐渐达到平衡。当吸附时间达到150min时，3种吸附剂的吸附过程基本达到平衡，盐酸修饰后生物吸附剂对染料的脱色率高达95％以上，原粉剂的脱色率也已超过90％，活性炭对染料的脱色效果较差，大约85％；当吸附进行到240min时，吸附过程已经达到平衡，3种生物吸附剂均已无法再吸附更多的染料分子，脱色率最终达到稳定。整个吸附过程中，2种生物吸附剂的脱色率都远远大于活性炭对染料的脱色率，这是由于活性炭对染料分子的吸附是纯粹的物理吸附过程，而生物吸附剂对染料分子的吸附除了简单的物理吸附外，还有表面基团与所吸附的染料分子形成的离子键或共价键作用，因此生物吸附剂的吸附效果与活性炭相比，要优于活性炭的吸附效果。

Claims

1.一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述过滤经4层纱布过滤，无菌水的加入量为30mL，振荡的速度为180rpm/min。

3.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述用无菌水调节孢子悬液浓度至10⁷个/mL，所述将该单孢子悬液接种到已灭菌的液体培养基中培养使液体培养基中的孢子浓度为10⁶个/mL。

4.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述培养在30℃恒温培养箱中培养，培养时的振荡速度为150rpm/min，培养的时间为72h。

5.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述灭菌是将所得的菌丝球置于121℃高温高压灭菌锅中，经30min灭菌，所述过滤用4层纱布过滤。

6.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤2)中，将所得失活的黑曲霉菌丝球用去离子水冲洗菌体至冲洗液的pH值显示为中性。

7.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述烘干是在80℃下烘干至衡重。

8.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述粉碎过100目筛。

9.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述HCl的用量是120mL，浓度为1mol/L。

10.如权利要求1所述的一种用于处理酞菁染料废水的生物吸附剂的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述振荡是在25℃恒温箱中以150rpm/min的速度振荡6h，所述混合液固液分离是经8000rpm/min离心10min，所述烘干的温度为80℃，所述粉碎过100目筛。