CN104014314A - 一种生物吸附剂、制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境污染治理领域，具体涉及一种生物吸附剂、制备方法和用途，生物吸附剂包括磁性粒子、简青霉菌粉、海藻酸钠，其中海藻酸钠包覆于简青霉菌粉上，简青霉菌粉包覆于磁性粒子上。生物吸附剂的制备方法具体为：将简青霉菌粉和磁性粒子加入到海藻酸钠溶液中，搅拌得到混合液；将混合液滴加到氯化钙溶液中得到生物吸附剂。本发明采用简青霉菌粉和磁性粒子作为吸附剂，海藻酸钠作为包埋载体，三者相辅相成，有效去除水体中重金属和/或有机污染物，具有去除效率高、适应性广、选择性强、操作简单、原料成本低、可再生等优点。

Description

一种生物吸附剂、制备方法和用途

技术领域

本发明属于环境污染治理领域，具体涉及到一种生物吸附剂、制备方法和用途。

背景技术

目前，随着工业的发展，炼焦、炼油、石油化工、化肥农药、制造塑料、燃料燃烧过程中产生的废气、废水排入环境中，造成重金属和有机污染物的复合污染，导致生产、生活环境的日益恶劣，人们对于金属和有机物污染的治理需求迫在眉睫。

目前处理重金属或有机物废水的方法主要有：化学沉淀和活性炭吸附，离子交换和臭氧氧化，电化学处理，反渗透膜技术，蒸馏，电渗析等，这些处理方法在一定程度上取得了良好的效果，但普遍存在二次污染，同时只能单一的去除重金属或者有机污染物，并不能同时去除两种污染物。

生物吸附是一种通过生物体或其衍生物作为吸附剂对水体进行处理的手段。目前对于有机物降解的生物方法主要采用细菌降解，由于细菌对重金属敏感，因此，对于存在重金属污染和有机污染物双重污染的废水处理效果并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对水体中重金属离子和/或有机污染物去除率高、适用性广，选择性强，操作简单、原料成本低、可再生的生物吸附剂及其制备方法和用途。

为解决上述技术问题，本发明提供一种生物吸附剂，生物吸附剂包括磁性粒子、简青霉菌粉、海藻酸钠，海藻酸钠包覆于简青霉菌粉上，简青霉菌粉包覆于磁性粒子上。生物吸附剂中磁性粒子、简青霉菌粉、海藻酸钠的质量比为1∶5∶20。磁性粒子优选为四氧化三铁纳米粒子；四氧化三铁纳米粒子通过将Fe²⁺/Fe³⁺的混合溶液与氨水溶液在pH大于9的条件下反应得到。

本发明还提供一种生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤，

S1：将简青霉菌粉和磁性粒子加入到海藻酸钠溶液中，搅拌得到混合液；

S2：将混合液滴加到氯化钙溶液中得到生物吸附剂。

进一步的，S2步骤还包括分离步骤，将生物吸附剂静置，过滤得到滤渣，将滤渣洗涤、干燥得到生物吸附剂纯品。混合液优选为通过蠕动泵和毛细管滴加到氯化钙溶液中。氯化钙的浓度优选为0.1～0.5mol/L。

作为本发明总的技术构思，本发明还提供了前述生物吸附剂或前述生物吸附剂的制备方法制备得到的生物吸附剂在去除水体中重金属离子和/或有机污染物的用途，包括如下步骤：将生物吸附剂加入到含有重金属离子和/或有机污染物的水体中，在pH为5，温度为35℃～40℃，转速为150rpm的条件下振荡48h，分离。

本发明的创造性在于：

本发明提供的生物吸附剂包括简青霉菌粉、磁性粒子和海藻酸钠。简青霉菌粉细胞壁表面存在吸附重金属离子的官能团，在磁性粒子存在的情况下，增强了简青霉菌粉对重金属的吸附，具有单位比表面积大，吸附效率高、操作简单等优点。海藻酸钠作为包埋载体，其分子结构中具有羧基，具有亲水性强、柔软等特性，是价格低廉，性质稳定、适宜于作为简青霉菌粉的良好包埋载体，同时海藻酸钠在重金属溶液中会生成不溶性的藻酸盐，可以进一步提高重金属的吸附效率，并且便于生物吸附剂的分离以及重金属和/或有机污染物的解析。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的生物吸附剂包括简青霉菌粉、磁性粒子和海藻酸钠，三种成分相辅相成，使生物吸附剂对重金属和/或有机污染物的吸附效率更高、解析率更强，是一种优良的可再生吸附剂。当水体中的初始含镉浓度为50±0.02mg/l，用本发明的生物吸附剂在pH为5，温度为35℃～40℃的条件下处理48h后浓度降为6.125mg/l，去除率达到87.75％；当水体中初始苯酚浓度为25mg/l，用本发明的生物吸附剂在pH为5，温度为35℃～40℃的条件下处理48h后浓度降为1.322mg/l，去除率达到94.71％。过滤生物吸附剂后，用100ml，1mol/l的盐酸溶液于37℃，150rpm条件下振荡解吸24h，对镉的解吸率达到91.34％，对苯酚的解吸率达到92.13％。

(2)本发明提供的生物吸附剂，采用四氧化三铁纳米粒子作为磁性粒子，对水体中的重金属吸附效果更佳。

(3)本发明提供的生物吸附剂的制备方法，将简青霉菌粉、磁性粒子和海藻酸钠的混合溶液滴加到氯化钙溶液中，使海藻酸钠将简青霉菌粉和磁性粒子包埋起来形成包埋物，并沉淀下来，便于生物吸附剂的分离。同时前述的混合液通过蠕动泵和毛细管滴加到所述氯化钙溶液中，使形成的包埋物粒径更均匀。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的生物吸附剂的结构示意图。

图2为本发明的生物吸附剂在电子显微镜下的照片。

图3为本发明的生物吸附剂在电子显微镜下的表面图。

图4为本发明的生物吸附剂的制备和用途方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

以下实施例中采用的简青霉菌粉(Penicillium simplicissimum)，来源于中国工业微生物菌种保藏中心(China Center of Industrial Culture Collection，CICC)，CICC编号为40667。

实施例1

参见图1：作为本发明的优选实施例，提供了一种生物吸附剂，包括磁性粒子01、简青霉菌粉02、海藻酸钠03，其中磁性粒子01、简青霉02、海藻酸钠03的质量比为1∶5∶20，海藻酸钠03包覆于简青霉02上，简青霉02包覆于磁性粒子01上。

其中磁性粒子01为Fe₃O₄纳米粒子。

实施例1仅为本发明的优选实施例，在本发明中磁性粒子01、简青霉菌粉02、海藻酸钠03的质量比并不仅限于1∶5∶20，三者的质量在任何比例下均能实施。

图2为实施例1的生物吸附剂在电子显微镜下的形状。图3为实施例1的生物吸附剂在电子显微镜下的表面结构。

实施例2

如图4所示，本发明的生物吸附剂制备方法具体包括如下步骤：

1)简青霉菌粉02的制备：将液体培养基(前述液体培养基成分如表1所示)于115℃条件下灭菌20min，然后在无菌条件下冷却至室温。将简青霉菌体接种于前述灭菌并冷却的液体培养基中，在振荡培养箱中，以温度为28℃，转速为150r/min振荡培养48h。振荡培养结束后，取对数生长期的简青霉用绢布过滤，取滤渣用去离子水洗涤3次，然后刮下留在绢布上的细胞，经冷冻干燥后磨成粉末得到简青霉菌粉02。

表1液体培养基成分

2)Fe₃O₄粒子溶液的制备：称取11.1208g的FeSO₄·7H₂O和10.8116g的FeCl₃·6H₂O，分别溶于1L超纯水中，配成Fe的摩尔浓度为0.04mol/L的Fe²⁺/Fe³⁺的混合溶液一。在Fe²⁺/Fe³⁺的混合溶液一中滴加少量的H⁺，防止Fe²⁺和Fe³⁺发生水解。取200ml，浓度100ml/L的NH₃·H₂O加入到三口瓶中，搅拌NH₃·H₂O。取200ml的Fe²⁺/Fe³⁺的混合溶液一加入到NH₃·H₂O中，快速搅拌，然后用0.1M的NaOH调节pH值，使pH值大于9得到混合溶液二(本实施例中溶液二的pH为9.2)。将混合溶液二在常温下反应1h，然后用超纯水反复冲洗至中性，得到四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米粒子。在500ml超纯水中加入Fe₃O₄纳米粒子，定容至500ml，得到Fe₃O₄纳米粒子溶液。

3)生物吸附剂的制备：将0.5g冷冻干燥的简青霉菌粉01和15ml浓度为6.7mg/ml的Fe₃O₄纳米粒子溶液加入到50mL、质量浓度为4％(即将4g的海藻酸钠溶于100mL的水中)的海藻酸钠03溶液中，得到混合液。将前述混合液充分搅拌，再用蠕动泵和孔径为2mm的毛细管将混合液滴加到浓度为0.25mol/L的CaCl₂溶液中形成包埋物。将前述包埋物静置过夜后，过滤取滤渣。将前述滤渣用去离子水冲洗，吹干得到生物吸附剂。

实施例2中CaCl₂溶液的浓度优选为0.25mol/L，在本发明中CaCl₂溶液的浓度在0.1～0.5mol/L之间均能实施。

实施例3

1)生物吸附剂吸附：将1.37g实施例1的生物吸附剂(1.37g的生物吸附剂在65℃干燥后的恒重为0.1g)加入到100ml，浓度为50mg/L的Cd²⁺，浓度为25mg/L的苯酚复合溶液中，在pH为5，温度为35℃～40℃，转速为150rpm的条件下振荡处理48h，Cd²⁺浓度降低至6.125mg/L，苯酚浓度降低至1.322mg/L，去除率分别为87.75％、94.71％。过滤生物吸附剂，将生物吸附剂用100ml，浓度为1mol/L的盐酸溶液在温度为37℃，转速为150rpm的振荡条件下解吸24h，对Cd²⁺的解吸率达到91.34％，对苯酚的解吸率达到92.13％。

实施例4

将1.37g生物吸附剂(1.37g的生物吸附剂在65℃干燥后的恒重为0.1g)加入到100ml，浓度为25mg/L苯酚溶液中，在pH为5，温度为35℃～40℃，转速为150rpm的条件下振荡处理48h，苯酚浓度降低到9.616mg/L，苯酚的去除率达到61.53％。过滤生物吸附剂，将生物吸附剂用100ml，浓度为1mol/L的盐酸溶液在温度为37℃，转速为150rpm的振荡条件下解吸24h，苯酚的解吸率达到85.87％。

实施例5

将1.37g生物吸附剂(1.37g的生物吸附剂在65℃干燥后的恒重为0.1g)加入到100ml，浓度为50mg/L的镉(Cd²⁺)溶液中，在pH为5，温度为35℃～40℃，转速为150rpm的条件下振荡处理48h，Cd²⁺溶液中Cd²⁺浓度降低至4.743mg/L，Cd²⁺去除率达到90.51％。过滤生物吸附剂，将生物吸附剂用100ml，浓度为1mol/L的盐酸溶液在温度为37℃，转速为150rpm的振荡条件下解吸24h，Cd²⁺的解吸率达到88.53％。

实施例6

将1.37g生物吸附剂(1.37g的生物吸附剂在65℃干燥后的恒重为0.1g)加入到100ml，浓度为50mg/L的Pb²⁺溶液中，在pH为5，温度为35℃～40℃，转速为150rpm的条件下振荡处理48h，Pb²⁺溶液中Pb²⁺浓度降低至11.84mg/l，Pb²⁺去除率达到76.32％。过滤生物吸附剂，将生物吸附剂用100ml，浓度为1mol/L的盐酸溶液在温度为37℃，转速为150rpm的振荡条件下解吸24h，Pb²⁺的解吸率达到89.32％。

实施例7

将1.37g生物吸附剂(1.37g的生物吸附剂在65℃干燥后的恒重为0.1g)加入到100ml，浓度为50mg/L的Cr⁶⁺溶液中，在pH为5，温度为35℃～40℃，转速为150rpm的条件下振荡处理48h，Cr⁶⁺溶液中Cr⁶⁺浓度降低至9.25mg/l，Cr⁶⁺去除率达到81.5％。过滤生物吸附剂，将生物吸附剂用100ml，浓度为1mol/L的盐酸溶液在温度为37℃，转速为150rpm的振荡条件下解吸24h，Cr⁶⁺的解吸率达到94.56％。

对比例1

将0.1g干燥至恒重的简青霉菌粉加入到100ml，浓度为50mg/L的Cd²⁺，浓度为25mg/L苯酚复合溶液中，在pH为5，温度为35℃～40℃，转速为150rpm的条件下振荡处理48h，Cd²⁺浓度降低至12.385mg/L，苯酚浓度降低至4.821mg/L，去除率分别为75.23％、80.72％。过滤简青霉菌粉，将简青霉菌粉用100ml，浓度为1mol/L的盐酸溶液在温度为37℃，转速为150rpm的振荡条件下解吸24h，对Cd²⁺的解吸率达到88.64％，对苯酚的解吸率达到85.48％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物吸附剂，其特征在于，包括磁性粒子、简青霉菌粉、海藻酸钠，所述海藻酸钠包覆于所述简青霉菌粉上，所述简青霉菌粉包覆于所述磁性粒子上。

2.根据权利要求1所述的生物吸附剂，其特征在于，所述生物吸附剂中磁性粒子、简青霉菌粉、海藻酸钠的质量比为1∶5∶20。

3.根据权利要求1或2所述的生物吸附剂，其特征在于，所述磁性粒子为四氧化三铁纳米粒子。

4.根据权利要求3所述的生物吸附剂，其特征在于，所述四氧化三铁纳米粒子通过将Fe²⁺/Fe³⁺的混合溶液与氨水溶液在pH大于9的条件下反应得到。

5.一种权利要求1至4中任意一项所述的生物吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将简青霉菌粉和磁性粒子加入到海藻酸钠溶液中，搅拌得到混合液；

S2：将所述混合液滴加到氯化钙溶液中得到所述生物吸附剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述S2还包括分离步骤：将所述生物吸附剂静置，过滤得到滤渣，将所述滤渣洗涤、干燥得到生物吸附剂纯品。

7.根据权利要求5或6中所述的制备方法，其特征在于，所述S2中所述混合液通过蠕动泵和毛细管滴加到所述氯化钙溶液中。

8.根据权利要求5或6中所述的制备方法，其特征在于，所述氯化钙的浓度为0.1～0.5mol/L。

9.一种如权利要求1至4中任意一项所述的生物吸附剂或如权利要求5至8中任意一项所述的制备方法制备得到的生物吸附剂在去除水体中重金属离子和/或有机污染物的用途。

10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，包括如下步骤：将所述生物吸附剂加入到含有重金属离子和/或有机污染物的水体中，在pH为5，温度为35℃～40℃，转速为150rpm的条件下振荡48h，分离。