一種用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑及其製備方法

2023-06-28 22:45:46

一種用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑及其製備方法，該用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑以米根黴菌體為吸附物質，與混合鐵鹽溶液反應後，加入茭白葉粉和固化劑製備得到磁性生物吸附劑；其中，米根黴菌體和茭白葉粉的重量比為1-2.5：1。該吸附劑不僅可以作為偶氮染料剛果紅的吸附劑，對於其它陰離子偶氮染料甲基紅、甲基橙、以及金屬離子也具有優異的吸附效果，吸附時間短，而且該吸附劑易於循環使用。
【專利說明】一種用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於生物【技術領域】，具體涉及一種用於處理印染廢水的生物磁性吸附劑，本發明還涉及這種處理印染廢水的製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著印染行業的興起，印染行業的廢水排放量和汙染物總量已分別位居全國工業部門的第二位和第四位，是我國重點汙染行業之一。印染廢水中含有大量的合成染料，這些染料含有複雜的結構，有較強的熱、光穩定性，較難直接進行生化處理，嚴重地危害了環境。傳統染料廢水處理的方法主要有活性炭法、化學氧化法、混凝法、電化學法、吸附法等，但因成本較高，脫色效率較低，而難以工業化應用。因此，致力於尋求一種高效、價廉的處理方法已成為了目前研究學者的關注目標。
[0003]幾丁質(β_聚-N-乙醯葡糖胺)，是一種含氮的多糖，是由許多乙醯氨基葡糖形成的聚合物，具有無毒、無味、生物相容性良好和可再生等優點。幾丁質及其衍生物分子鏈上存在的大量-NH2和-OH使其對陰離子偶氮染料具有良好的吸附性能。然而在印染工業中利用純的幾丁質及其衍生物純品進行吸附脫色，成本較高，不利於工業化應用。
[0004]米根黴(Rhizopus oryzae)具有發酵產物光學純度高、產酸能力強、營養要求簡單、產物容易提純等優點而被廣泛應用於有機酸的發酵生產，米根黴菌體中幾丁質含量較高，根據不同的菌種以及培養條件，含量可達10%_90%，因此，直接利用根黴菌替代純的幾丁質對陰離子偶氮染料進行吸附，具有巨大的潛力。傳統的根黴菌粉末經吸附處理後，很難有效快速地從水體中分離再生。
[0005]茭白，是台州主要的經濟作物，茭白葉含有較為豐富的纖維含量，然而，茭白葉多被廢棄，廢棄的茭白葉對環境造成了巨大的汙染，如何有效的利用廢棄的茭白葉一直是人們研究的方向。
[0006]目前，利用米根黴菌體製備的磁性吸附劑僅僅對少數陰離子偶氮染料吸附有效，對大多數陰離子偶氮染料吸附性能並不強，同時，吸附能力也不高。

【發明內容】

[0007]本發明是為了解決上述不足之處，提供一種以米根黴菌體和茭白葉為基本原料，吸附選擇性和吸附量均理想，不僅可以作為陽離子偶氮染料吸附劑，對於金屬離子、陰離子偶氮染料也具有優異的吸附效果，吸附時間短，而且該吸附劑易於循環使用、成本低廉的用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑。
[0008]本發明的另一目的是提供上述磁性生物吸附劑的製備方法。
[0009]本發明的目的是通過以下方式實現的:
[0010]一種用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於該磁性生物吸附劑是以米根黴菌體為吸附物質，與混合鐵鹽溶液反應後，加入茭白葉粉和固化劑固化後製備得到磁性生物吸附劑；其中，米根黴菌體和茭白葉粉的重量比為1-2.5:1。[0011]所述的混合鐵鹽為摩爾比為1: 1.5-2.5的FeSO4.7H20和FeCl3.6H20的混合物。
[0012]所述的混合鐵鹽與米根黴菌體的重量比為2.5-3.5:1。
[0013]米根黴菌體與混合鐵鹽溶液反應的條件為將米根黴菌體加入混合鐵鹽溶液中，在N2保護下，在40°C條件下攪拌反應20-30min ;所述的攪拌速度為200-400轉/分鐘。
[0014]將米根黴菌體加入混合鐵鹽溶液後，攪拌的過程中還可緩慢滴加濃度為28%的氨水，氨水加畢再升溫至40°C。
[0015]米根黴菌體與混合鐵鹽溶液在40°C反應20-30min後再升溫至50-60 V，在50-60°C條件下反應2-4h，最後加入茭白葉粉和固化劑進行固化，再用去離子水洗滌至中性，抽濾，烘乾，磨碎。烘乾條件可為50-60°C。所述的固化劑優選為三聚磷酸鈉。固化時間優選為10-12h。
[0016]上述用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑的製備方法包括以下步驟:
[0017]將米根黴菌體與混合鐵鹽溶液反應後，加入茭白葉粉和固化劑固化後製備得到磁性生物吸附劑；其中，米根黴菌體和茭白葉粉的重量比為1-2.5:1。
[0018]上述用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑的製備方法優選包括以下步驟:
[0019]將米根黴菌體與混合鐵鹽反應後，加入茭白葉和固化劑固化後製備得到磁性生物吸附劑；其中，米根黴菌體和茭白葉粉的重量比為1.5-2.5:1 ;混合鐵鹽為摩爾比為1: 1.5-2.5的FeSO4.7H20和FeCl3.6H20的混合物，混合鐵鹽與米根黴菌體的重量比為
2.5-3.5:1。
[0020]上述用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑的製備方法具體包括以下步驟:
[0021]將米根黴菌體加入混合鐵鹽溶液中，在N2保護下，200-400轉/分條件下進行攪拌過程中緩慢滴加濃度為28%的氨水,氨水加畢再升溫至40°C,反應20-30min後再升溫至50-60°C，在該條件下反應2-4h，最後加入茭白葉粉和固化劑，固化10-12h，用去離子水洗滌至中性，抽濾，烘乾，磨碎。其中，米根黴菌體和茭白葉粉的重量比為1.5-2.5:1 ;混合鐵鹽為摩爾比為1: 1.5-2.5的FeSO4.7H20和FeCl3.6H20的混合物，混合鐵鹽與米根黴菌體的重量比為2.5-3.5:1。
[0022]上述方法中所述的混合鐵鹽溶液是體積比為1-15:200的混合鐵鹽與蒸餾水的混合物。所述的鐵鹽溶液與濃度為28%的氨水的體積比為4-6:1。
[0023]本發明所述的用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑的製備方法，最優選包括以下步驟:
[0024]將摩爾比為1:2的FeSO4.7H20和FeCl3.6H20加入蒸餾水中混合得到混合鐵鹽溶液，稱取米根黴菌體，加入混合鐵鹽溶液中，在N2保護下，200-400轉/分攪拌，並緩慢滴加濃度為28%的氨水，在40°C條件下反應20min後升溫至60°C，在60°C條件下反應2_4h，最後加入茭白葉和固化劑，固化10-12h，用去離子水洗滌至中性，抽濾，在50°C烘乾，磨碎；其中，米根黴菌體和茭白葉的重量比為2:1。
[0025]本發明所述的米根黴菌體以及茭白葉在進行反應之前可進行預處理，具體的預處理方法為:將米根黴菌體以及茭白葉分別在45-55°C烘乾，使得含水量均小於10%，粉碎，過20-40目篩。米根黴菌體以及茭白葉粉的粒徑大小對吸附效果有影響，粒徑較小，接觸面積較大，便於吸附，但也粒徑過小也會影響吸附效果。
[0026]本發明所使用的米根黴菌體來源於中國典型培養物保藏中心，保藏編號為CCTCCNO:M207066。
[0027]與現有技術比較本發明的有益效果:本發明利用茭白葉纖維多孔和比表面積大、吸附陰離子染料以及易再生等特性，結合混合鐵鹽、米根黴菌體、茭白纖維以及固化劑，改性米根黴菌體和茭白葉纖維結構製備磁性生物吸附劑。本發明由於使用的基本原料為根黴菌菌體和廢棄英白葉，原料成本極低，而且原料環保，經過試驗對100mg/L的剛果紅，100mg/L的甲基橙，100mg/L的甲基紅去除率分別達到了 85-92%，83-90%和82-90%，本發明磁性生物吸附劑不僅可以作為偶氮染料剛果紅的吸附劑，對於如甲基橙，甲基紅等其它陰離子偶氮染料也具有優異的吸附效果，而且吸附時間較常規吸附劑明顯縮短，在6-10h即可達到吸附平衡，同時，用0.2-0.5mol/LNa0H溶液對吸附材料進行洗脫，可實現吸附染料與吸附劑的脫除，吸附劑循環使用10次以上，染料的脫除率還能高達85-90%，吸附劑吸附的物質不但包括印染廢水中的染料，還包括部分金屬離子，吸附量比較大，吸附效果較好，吸附能力較強，洗脫容易，便於循環使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為實施例1製備磁性生物吸附劑對偶氮染料吸附效果圖。
[0029]圖2為實施例2製備磁性生物吸附劑對偶氮染料吸附效果圖。
【具體實施方式】
[0030]以下通過具體實驗例對本發明進行進一步說明:
[0031]米根黴菌體來自於中國典型培養物保藏中心，保藏編號為CCTCC N0:M207066。
[0032]實施例1
[0033]先將米根黴菌體以及茭白葉分別在50°C過夜烘乾，分別使用粉碎機粉碎，40目過篩，分別得到菌體和茭白葉粉末，稱取1.7g FeSO4.7H20和3.3g FeCl3.6H20(摩爾比為1:2)，將其加入200ml蒸餾水中製備混合鐵鹽溶液，稱取1.7g米根黴菌體粉末，加入該混合鐵鹽溶液中，在N2保護下，200-400轉/分條件下攪拌，並緩慢滴加40mL濃度為28%的氨水，氨水加畢再水浴加熱至40°C反應20min，後升溫至60°C，在該條件下反應2h，最後加入0.75g茭白葉纖維粉末和2.1g固化劑三聚磷酸鈉，固化10h。用去離子水洗滌至中性，真空抽濾，在50°C烘乾，磨碎過80目篩，得到磁性生物吸附劑。
[0034]實施例2
[0035]先將米根黴菌體以及茭白葉分別在50°C過夜烘乾，分別使用粉碎機粉碎，40目過篩，得到菌體和茭白葉粉末，稱取2.2g FeSO4.7H20和5.3g FeCl3.6H20 (摩爾比為1:2.5)，將其加入200ml蒸餾水中製備混合鐵鹽溶液，稱取3.75g米根黴菌體粉末，加入該混合鐵鹽溶液中，在N2保護下，200-400轉/分條件下攪拌，並緩慢滴加40mL濃度為28%的氨水，氨水加畢再水浴加熱至40°C反應30min，後升溫至50°C，在該條件下反應3h，後加入3.75g茭白葉纖維粉末和2.4g固化劑三聚磷酸鈉，固化llh。用去離子水洗滌至中性，真空抽濾，在50°C烘乾，磨碎過80目篩，得到磁性生物吸附劑。
[0036]實施例3
[0037]使用實施例1所述的磁性生物吸附劑對剛果紅、甲基橙和甲基紅溶液進行吸附實驗，實驗方法及結果如下:[0038]1、準確稱取0.05g磁性生物吸附劑於250mL錐形瓶中，加入50.0mL濃度為IOOmg/L的剛果紅、甲基橙和甲基紅溶液，25°C下lOOr/min恆溫振蕩至平衡.吸附過程中每隔一定時間從瓶中取上清液，用分光光度計測定溶液濃度。
[0039]2、吸附過後，用磁石固定生物吸附劑(即將磁石至於試管表面)，如圖1所示，去除液體，後加入0.3mol/LNaOH溶液10ml，25°C下100r/min恆溫振蕩30min，洗脫生物吸附劑，後磁石吸附生物吸附劑，去除洗脫溶液，加入新的100mg/L的染料溶液，進行吸附，作為第二次吸附實驗，後面實驗以此類推，進行10批次實驗，計算顏色去除率，其結果如表1所示。
[0040]表1不同批次下生物吸附劑對染料的顏色去除率
[0041]
【權利要求】
1.一種用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於該磁性生物吸附劑是以米根黴菌體為吸附物質，與混合鐵鹽溶液反應後，加入茭白葉粉和固化劑固化後製備得到磁性生物吸附劑；其中，米根黴菌體和茭白葉粉的重量比為1-2.5:1。
2.根據權利要求1所述的用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於所述的混合鐵鹽為摩爾比為1: 1.5-2.5的FeSO4.7H20和FeCl3.6H20的混合物。
3.根據權利要求1所述的用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於所述的混合鐵鹽與米根黴菌體的重量比為2.5-3.5:1。
4.根據權利要求1所用的處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於米根黴菌體與混合鐵鹽溶液反應的條件為將米根黴菌體加入混合鐵鹽溶液中，在N2保護下，在40°C條件下攪拌反應20-30min ;所述的攪拌速度為200-400轉/分鐘。
5.根據權利要求4所用的處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於將米根黴菌體加入混合鐵鹽溶液後，攪拌的過程中緩慢滴加濃度為28%的氨水，氨水加畢再升溫至40°C。
6.根據權利要求1所述的用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於米根黴菌體與混合鐵鹽溶液在40°C反應20-30min後再升溫至50_6(TC，在50_6(TC條件下反應2_4h，最後加入茭白葉粉和固化劑進行固化，再用去離子水洗滌至中性，抽濾，烘乾，磨碎。
7.根據權利要求6所述的用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於所述的固化劑為三聚磷酸鈉。
8.根據權利要求6所用的處理印染廢水的磁性生物吸附劑，其特徵在於固化時間為10-12h。
9.一種權利要求1所述的用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑的製備方法，其特徵在於該方法包括以下步驟: 將米根黴菌體與混合鐵鹽溶液反應後，加入茭白葉粉和固化劑固化後製備得到磁性生物吸附劑；其中，米根黴菌體和茭白葉粉的重量比為1-2.5:1。
10.根據權利要求9所述的用於處理印染廢水的磁性生物吸附劑的製備方法，其特徵在於該方法具體包括以下步驟: 將米根黴菌體加入混合鐵鹽溶液中，在N2保護下，200-400轉/分條件下進行攪拌過程中緩慢滴加濃度為28%的氨水,氨水加畢再升溫至40°C,反應20-30min後再升溫至50-60 0C，在該條件下反應2-4h，最後加入茭白葉粉和固化劑，固化10-12h，用去離子水洗滌至中性,抽濾,烘乾，磨碎。
【文檔編號】B01J20/24GK103521192SQ201310482555
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月15日 優先權日:2013年10月15日
【發明者】付永前, 朱華躍, 蔣茹, 尹龍飛, 李鑫 申請人:台州學院