CN102091603B

CN102091603B - 一种新型吸附树脂的制备方法及应用

Info

Publication number: CN102091603B
Application number: CN201010624058.5A
Authority: CN
Inventors: 宾丽英
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2030-12-30
Also published as: CN102091603A

Abstract

本发明提供了一种新型吸附树脂的制备方法，包括以下工艺步骤：(1)将海藻酸钠、YDP培养基的营养成分溶于水中，加热溶解，冷却至室温，加入高岭土、碳酸氢钠、聚乙二醇得混合液，滴加到氯化钙溶液中制成凝胶粒；(2)将凝胶粒加热，得多孔凝胶粒；(3)将多孔凝胶粒于85℃，干燥15min，冷却，投放入酵母菌悬液中，培养，得载有微生物的新型吸附树脂。本发明树脂具有吸油和吸水双重性能，并以海藻酸钠制成的多孔凝胶粒作为微生物载体，在有机废气处理应用中，将吸附和生物处理有机地结合，可循环利用，无需再生处理，节省成本和运行费用。

Description

一种新型吸附树脂的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及吸附剂和环境技术的领域，特别地涉及到新型吸附树脂，尤其是载有微生物的吸附树脂的制备方法及其应用于有机废气的吸附净化。

背景技术

随着科学技术的不断进步，各种污染问题日益突出。在化工、塑料、胶粘剂生产和喷涂等加工过程中，产生了大量含挥发性有机化合物的有机废气，如未经处理排入大气，在一定条件下会形成光化学污染，造成严重的大气污染；而且该类化合物大多具有毒性，部分已被列为致癌物质，如甲醛、氯乙烯、苯、多环芳烃等，其对环境、动植物的生长和人类健康造成极大的危害。有机废气的污染是一个不容忽视的问题。

有机废气治理有多种技术措施，通过不同途径减少石油损耗、减少有机溶剂用量或排气净化以消除有机废气污染。目前常用的方法有吸附法、吸收法、催化燃烧法、热力燃烧法、生物法等。

活性炭吸附是目前使用最为普遍的有机废气处理方法，吸附效率高，处理效果好，对含苯、甲苯、二甲苯类废气具有良好的吸附性能，但对烃类废气吸附性较差。但活性炭吸附再生困难、运行成本高、不适合处理湿度大的有机废气，这是阻碍活性炭吸附法使用的瓶颈，而且就活性炭本身的性质而言，这个弱点是无法克服的。

发明内容

本发明目的在于采用新型的复合型树脂，其具有双亲性能，可以同时作为高吸水剂和吸油剂使用，该树脂具有长的使用寿命，可循环利用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种新型吸附树脂的制备方法，包括以下工艺步骤：

(1)制备亲水凝胶颗粒：将海藻酸钠、YDP培养基的营养成分溶于水中，加热溶解，冷却至室温，加入高岭土、碳酸氢钠、聚乙二醇得混合液，将所述的混合液滴加到氯化钙溶液中制成珠状颗粒凝胶粒；

(2)制备多孔结构的亲水凝胶颗粒：将步骤(1)所述的凝胶粒加热，得多孔凝胶粒；

(3)制备载有微生物的新型吸附树脂：将步骤(2)所述的多孔凝胶粒于85℃，干燥15min，冷却，投放入酵母菌悬液中，摇床培养24小时，得载有微生物的新型吸附树脂。

所述步骤(1)还包括：将海藻酸钠、YDP培养基的营养成分溶于水中，加热溶解，冷却至室温，再加入碳酸氢钠、聚乙二醇，再加入高岭土，搅拌使其溶解，最后用与针头相连的注射器吸取，通过1.5～2.0mm的小孔，以恒定的速度滴到盛有10％氯化钙溶液的平皿中制成凝胶珠，同时利用磁力搅拌器进行搅拌，使海藻酸钠与交联剂接触均匀。

所述步骤(2)包括：

(21)用纯净水洗去凝胶粒表面的钙离子；

(22)将凝胶粒放入盛有一定水量的容量瓶中并密封于121℃高压灭菌10min，得到多孔凝胶粒。

所述步骤(3)还包括：将分离纯化的酵母菌菌株用接种接种于装有100mlYDP培养基的250ml的三角瓶中30℃，160rpm摇床培养72h，得到酵母菌悬液。

所述氯化钙溶液的浓度为5-10％，其中优选5％

所述海藻酸钠、高岭土、碳酸氢钠、聚乙二醇重量比为：

海藻酸钠 3.20％

高岭土 2％

碳酸氢钠 6％

聚乙二醇 1％

一种上述制备方法制得的新型吸附型树脂应用于有机废气的吸附。

技术原理

本发明采用海藻酸钠作为微生物的固定化试剂，由a-L-甘露糖醛酸(M单元)与b-D-古罗糖醛酸(G单元)依靠1，4-糖苷键连接并由不同GGGMMM片段组成的共聚物，其溶液可以与很多二价和三价阳离子反应形成凝胶；凝胶可以在室温下形成，加热也不融化；将海藻酸钠与氯化钙交联，可制得高吸水树脂，碳酸氢钠在高温条件下分解，可使此吸水树脂形成多孔性颗粒，利于酵母菌在其中生长和繁殖。本发明采用海藻酸钠作为载体的原材料，其与微生物具有稳定地粘合，以及其本身具有亲水性，此外，海藻酸钠价格低廉且易得，并且将其作为载体对微生物的生长无抑制作用，对微生物的生长提供了一个最好的条件。海藻酸钠制备而成的载体的硬度和受力强度是非常高的，但是由于其内部的具有多孔结构，并且孔与外界相通，从而使得凝胶粒变得柔软而且失去了弹性。本发明加入不溶于水的固体颗粒，起到支架的作用，从而使得凝胶粒变成具有一定强度的颗粒。

本发明采用了NaHCO3作为致孔剂，其对微生物生长的影响最小，而且与凝胶粒上的其他物质不会发生反应，保证凝胶粒的稳定性。

本发明采用聚乙二醇作为分散剂，使得凝胶粒的发泡过程中，致孔剂均匀分布，同时其他像增强剂等物质也能够分布均匀，从而得到孔分布均匀，强度大小相当的凝胶颗粒。

发明的有益效果

本发明的吸附树脂具有双亲性能，即疏水亲油性和亲水性，同时作为搞吸油剂和高吸水剂使用，作为高吸油剂能吸附有机废气的疏水性成分如苯、甲苯、二甲苯等，作为高吸水剂能吸收亲水性的成分，可以固定化具有废气降解功能的酵母菌或其他微生物，从而使得废气中的有机污染物被吸附后供微生物充分分解利用，具有有机废气吸附+生物降解一体化处理的双重功能。

在过去的有机废气吸附工艺中，吸附剂的选用往往是一个重要的问题，因为必须考虑到它的吸附容量、使用寿命等因素。本发明的新型树脂是一种永久性的吸附树脂，无需再生、可以循环利用，有机废气被吸附到树脂上，由附着生长在树脂孔内的微生物进行吸收，并将其转化成无害的产物，真正解决了现阶段工艺中吸附剂寿命短，更换困难的问题。将降解酵母或其他微生物固定化培养在树脂中，即可代替活性炭用于废气的吸附+降解处理，彻底解决活性炭再生难使用成本高的问题。

下面结合实施例，对本发明进一步说明。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种新型型吸附树脂的制备方法，包括以下步骤：

1、酵母菌悬液的制备

在无菌条件下，将分离纯化的酵母菌菌株用接种环分别接种于装有100ml筛选培养基的250ml的三角瓶中，本实施例采用的是YDP培养基，30℃，160rpm摇床培养72h，得到需要的酵母菌悬液。

2、凝胶粒的制备：

称取3.2g海藻酸钠于小烧杯中，加无菌水少许，调成糊状，再加入其余的水(总量为100ml)，再按照YDP培养基的营养成分的比例加入营养物质，火上加温至熔化，冷却至常温，再加入聚乙二醇和NaHCO3，为了增加凝胶粒的强度，此后再加入高岭土或者碳酸钙，搅拌使其溶解，最后用与针头相连的注射器吸取，通过1.5～2.0mm的小孔，以恒定的速度滴到盛有10％CaCl₂(交联剂)溶液的平皿中制成凝胶珠，同时利用磁力搅拌器进行搅拌，使海藻酸钠与交联剂接触均匀，交联迅速，避免致孔剂的反应造成凝胶粒的***。

3、多孔结构的形成

将制备好的凝胶粒用纯净水冲洗几次，目的是洗去凝胶粒表面的钙离子，再将其投入装有纯净水的锥形瓶内，然后放入灭菌锅灭菌，灭菌温度和时间分别为121℃、10min。由于凝胶粒的制备时加入了致孔剂，所以在高温灭菌过程中，致孔剂会发生反应，使凝胶粒长成多孔结构。

4、酵母菌进入凝胶粒孔内生长

将多孔结构的凝胶粒从锥形瓶中取出，将其放入烘箱进行干燥，温度为85℃，干燥15min。再将其投放入酵母菌悬液中，摇床30℃培养24小时。

实施例2-9与实施例1基本相同，其区别在于：海藻酸钠、高岭土、CaCO3、NaHCO3、聚乙二醇五种成分的重量比不同及采用不同浓度的CaCl2浓度，见表1。

表1各实施例的原料组成

实施例

海藻酸钠

高岭土

CaCO3

NaHCO3

聚乙二醇

CaCl2浓度

1

3.2％

1％

-

3％

1％

10％

2

3.2％

2％

-

3％

2％

10％

43

3.2％

2％

-

3％

10％

4

3.2％

-

1％

6％

1％

7％

5

3.2％

-

2％

6％

2％

7％

6

3.2％

-

2％

6％

3％

7％

7

3.2％

1％

-

6％

1％

5％

8

3.2％

2％

-

6％

2％

5％

9

3.2％

2％

-

6％

3％

5％

微生物生长情况的观察

宏观观察微生物生长情况，结果见表2。

表2各实施例微生物生长情况

实施例	凝胶粒表面	凝胶粒内孔
			1	微生物数量繁多	微生物稀少
2	微生物数量繁多	微生物没有
			3	微生物数量繁多	微生物没有
4	微生物数量繁多	微生物稀少
			5	微生物数量繁多	微生物稀少
6	微生物数量繁多	微生物稀少
			7	微生物数量繁多	微生物数量多，较表面少
8	微生物数量繁多	微生物数量多，较表面少
			9	微生物数量繁多	微生物数量多，较表面少

将浸泡在菌悬液中的凝胶粒取出，用无菌水冲洗去表面的菌体，再将其内部的菌液挤压出来。再对挤压出来的菌液进行镜检，观察菌体的数量大小。结果：凝胶粒内部的菌体为3000000-500000个数/ml。

(2)吸水率的测定

多孔结构的凝胶颗粒在经过干燥处理后，仍然具有很强的吸水能力，并且吸水之后会基本恢复其原来的颗粒状。因此，可以通过将其在此投入水中，通过水量的差值来确定凝胶粒的吸水量，而在投入水中之前，我们将对其进行称重，再结合后来的吸水量，从而确定凝胶粒的吸水率，结果见表3。

表3各实施例多孔凝胶粒的吸水率

实施例	干燥前重量/g	干燥后重量/g	干燥后吸水量/ml	吸水率ml/g
					1	4.02	2.34	2.1	0.89
2	4.13	2.53	1.3	0.51
					3	4.12	2.51	1.1	0.44
4	3.96	2.22	1.1	0.50
					5	4.07	2.43	1.1	0.45
6	4.09	2.39	1.2	0.50
					7	4.12	2.41	2.8	1.16
8	4.23	2.40	4.2	1.75
					9	4.26	2.43	4.1	1.69

本发明并不限于上述实施方式，凡是能实现本发明目的的所有等同的实施方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型吸附树脂的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

(1)制备亲水凝胶颗粒：将海藻酸钠、YDP培养基的营养成分溶于水中，加热溶解，冷却至室温，再加入碳酸氢钠、聚乙二醇，再加入高岭土，搅拌使其溶解，最后用与针头相连的注射器吸取，通过1.5～2.0mm的小孔，以恒定的速度滴到盛有10％氯化钙溶液的平皿中制成珠状颗粒凝胶粒，同时利用磁力搅拌器进行搅拌，使海藻酸钠与氯化钙接触均匀；其中按重量比计所述的海藻酸钠3.2％、高岭土2％、碳酸氢钠6％、聚乙二醇1％；

(2)制备多孔结构的亲水凝胶颗粒：将步骤(1)所述的凝胶粒用纯净水洗去凝胶粒表面的钙离子，之后将凝胶粒放入盛有一定水量的容量瓶中并密封，加热到121℃高压灭菌10min，得多孔凝胶粒；

2.根据权利要求1所述的新型吸附树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括：将分离纯化的酵母菌菌株用接种环接种于装有100ml YDP培养基的250ml的三角瓶中30℃，160rpm摇床培养72h，得到酵母菌悬液。

3.一种由权利要求1所述新型吸附树脂的制备方法制得的新型吸附型树脂应用于有机废气的吸附。