一種用ldh-細菌聚合體對亞甲基藍脫色的方法
2023-04-23 23:25:21 1
專利名稱：一種用ldh-細菌聚合體對亞甲基藍脫色的方法
技術領域：
本發明屬於環保領域，涉及一種亞甲基藍脫色的方法，具體是將層狀雙羥基複合金屬氧化物(Layered Double Hydroxide, LDH)和微生物有機的聯繫起來,協同處理染料廢水，來強化LDH和微生物單獨處理染料廢水的技術。
背景技術：
染料廢水成分複雜、高濃度、高色度、難降解物質多，此類廢水經生化處理仍帶有較深色度，難以達標排放。因此，脫色是印染廢水處理的一個重要環節。常用的吸附劑有活性炭、樹脂、礦物、廢棄物等，但存在處理成本較高、吸附容量低、親合力差、易受到染料廢水中無機鹽的影響和吸附飽和後如何處置的問題。LDH (Layered Double Hydroxides),層狀雙輕基化合物,是一種層間具有可交換陰離子的層狀結構化合物。由層間陰離子及帶正電荷層板堆積而成，其結構類似於水鎂石Mg (OH)20 LDH的組成通式為=M2YxM' (OH)2 (AnOx7n *mH20o其中M2+代表二價金屬離子，M3+代表三價金屬離子，An_代表陰離子，X=M3+/ (M2++M3+)，m為結晶水的數目，隨著比值x的增長，結晶水的數目m逐漸減少，水分子在層間存在於未被陰離子佔有的位置。LDH作為一種性能良好的吸附劑，已經廣泛應用於環境 修復的多個領域。LDHs類材料及其焙燒產物對染料顯示出非常好的吸附性能，並且由於廉價的成本而得到廣泛應用。由於LDH特殊的層狀結構，所以具有一些特殊的性質。最為突出的是層板金屬離子可調性、層間陰離子可交換性。層板金屬離子的可調性是指除了 LDH結構中的Mg2+和Al3+離子外，可以根據需要插入不同的金屬離子。只要插入的金屬離子半徑跟Mg2+、Al3+相近即可。層間陰離子可交換性是指LDH層間的陰離子可以根據需要合成，並且其層間的陰離子是可交換的，這些陰離子不僅限於無機陰離子，有機陰離子和配位陰離子，生物陰離子同樣可以進入，只要陰離子具有一定的電荷密度，不要比3.0 e nm_2小太多即可。吸附後的LDH材料脫色、晾乾、焙燒後仍可繼續使用。礦物作為處理染料廢水的方法之一，它不僅能去除染料廢水中的各種有機物、色和毒，具有佔地小、操作簡單、效果好等優點。但其不能實現有機物的降解只是簡單的汙染物的富集過程，容易造成二次汙染，並且吸附劑以及吸附劑的再生過程運行成本較高，因此限制了礦物的大量應用。生物法是目前應用最廣的廢水處理技術，具有運行費用低、無二次汙染、安全、對環境友好等優點，在含染料廢水處理中應用較廣泛。目前，已發現許多使染料脫色的微生物資源，主要有真菌、細菌和藻類。70年代初，Horitsu首次分離出可以降解偶氮染料的細菌subtil is IFO 3002,為微生物脫色染料開創了新紀元。迄今已發現具有偶氮還原能力的細菌主要有來自假單胞菌屬)、鞘氨醇單胞菌屬(Sphingobac teri a )、芽抱桿菌屬(ifeci77w s )、大腸桿菌屬(Mscheri chi a co7i )、梭菌屬{Clostridium')等，同時還有許多其他屬中的偶氮還原菌,如Kolekalr等人分離出了一株Bacillus fusiformis KMK5,能夠降解多種偶氮染料。生化法處理染料廢水同時具有明顯的缺點，因為微生物活性很大程度受環境因素限制，微生物對營養物質、PH值、溫度等條件有一定要求，難以適應染料廢水水質波動大、染料種類多、毒性高的特點，同時又存在固液分離的困難。因此，面對礦物和微生物單獨處理染料廢水面臨的種種難題，嘗試將礦物和微生物有機的聯繫起來，協同處理染料廢水，在一定範圍內將兩種方法的優點最大化，不失為一種明智的選擇。
發明內容
本發明的目的是針對印染廢水面臨的達標排放的實際需求，提供了一種亞甲基藍在LDH-細菌聚合體結構中高效脫色的方法。發明內容包括LDH-細菌聚合體的製備和聚合體對亞甲基藍的脫色效果。本發明是一種用LDH-細菌聚合體對亞甲基藍脫色的方法，其特徵在於該方法的具體步驟為:
(1)合成物相單一的LDH，LDH的組成通式為=M2YxM3+,(OH)2 (Αη_) χ/η.πιΗ20，本發明採用 NiFe-CO3- LDH,顆粒大小為 100 300 μ m ；
(2)實驗採用革蘭氏陽性菌枯草芽孢桿菌(feci77w5.)為標準菌株；
(3)取3 IOmgLDH投加到濃度為2(T200mg/L細菌菌液中，製得N1-FeLDH-細菌聚合
體；
(4)將上述中所得LDH-細菌聚合體加入到1(T50mg L—1不同濃度亞甲基藍溶液中進行脫色吸附；吸附條件為:25 土 1°C，150 r min，振蕩3 h ；
(5)吸附完成後將錐形瓶中的混合液用濾膜進行過濾後轉移到10mL離心管進行檢測；實驗結果可通過SEM、傅立葉紅外檢測細菌參與了吸附過程。本發明還研究比較了枯草芽孢杆`菌、LDH以及LDH-細菌聚合體對亞甲基藍的脫色能力，在室溫條件下，其脫色量分別為7.68、6.28和8.91 mg g_l，顯然LDH-細菌聚合體具有更好地脫色性能。因此，綜合吸附特性及開發前景而言，LDH-細菌聚合體將會成為潛力巨大的脫色材料。
圖1為枯草芽孢桿菌的掃描電鏡觀察圖。圖2為LDH-細菌聚合體的掃描電鏡觀察圖。圖3為枯草芽孢桿菌懸液和鎳鐵LDH吸附細菌前後的普通照片觀察圖(其中無菌去離子水(A)，枯草芽孢桿菌懸液(B)，加入LDH吸附後的菌液(C)，吸附細菌之前的LDH顆粒(D)，吸附細菌後的LDH-細菌聚合體(E))。圖4為枯草芽孢桿菌(a)N1-Fe LDH(b)和LDH-細菌聚合體(C)的能譜掃描圖。(其中Si的能譜峰源於承載細菌的玻璃載玻片)。通過掃描電鏡觀察可以看到，個體長約2-3 μπι (圖1)的枯草芽孢桿菌被大量的吸附到了
鎳鐵LDH表面(圖2)。渾濁的枯草芽孢桿菌懸液(圖3 (B))在加入LDH後變得澄清透明(圖3(C))同樣證實了 LDH對細菌的吸附。並且吸附細菌後的LDH顆粒變得更大更緻密(圖3(E))而未吸附細菌的LDH顆粒則比較鬆散(圖3(D))。從能譜圖可以看出枯草芽孢桿菌上磷元素的峰(圖4(a))以及LDH上鐵、鎳元素的峰(圖4(b))均出現在了 LDH-細菌聚合體的能譜圖上(圖4(c))。由於磷元素和鉬元素的特徵峰接近，通過對比能譜圖中磷元素和鉬元素含量來證實LDH-聚合體中磷元素的存在。以上結果充分證實了鎳鐵LDH對枯草芽孢桿菌具有良好的吸附性能。
具體實施例方式現將本發明的具體實施例敘述於後。本實施例敘述了一種NiFe LDH—枯草芽孢桿菌聚合體對亞甲基藍的脫色的方法。其具體步驟為:
(1)向兩個裝有250mL去離子水的潔淨燒杯中，一個加入1.5 mo I Ni (NO3)2.6Η20和0.5 mo I Fe (NO3)3.9H20，另一個加入 NaOH (I Μ)和 Na2CO3 (2 Μ)；
(2)然後在室溫條件下，通過恆流泵，將上述兩種溶液引入到盛有100mL去離子水的錐形瓶中，用磁力攪拌器進行劇烈攪拌，同時保持混合溶液的PH在11.0 土 0.5，以合成NiFeLDH ；
(3)合成後後將混合液密閉置於85°C烘箱中陳化4 d以得到更好的晶體結構；之後將混合液進行多次抽濾、洗滌直到濾液的PH接近7.0，再將固體樣N1-Fe LDH在60 0C條件下烘乾，烘乾的樣品N1-Fe LDH經研磨過200目篩備用；
(4)用的枯草芽孢桿菌(MciI Ius subti I is)為標準菌株，無菌條件下挑取斜面保存的菌種一環，於10 mL液體Luria-Bertani培養基中，35°C, 150 r mirT1振蕩培養8 h,進行活化； (5)取活化後的培養液2mL,接種到150 mL同樣的培養液,在相同條件下培養14 h。所得培養物於4000 r min—1離心，收集菌體。然後用無菌去離子水洗滌3次，去除細胞表面吸附的培養基以及與細胞鬆散結合的部分胞外物質。之後將菌體重新懸浮於無菌去離子水中得到細菌懸液待用；
(6)取10mgLDH加入到裝有6 mL濃度為45 mg L—1的枯草芽孢桿菌菌液中，於25 土I 0C, 150 r mirT1振蕩3 h,靜置10 min,濾出顆粒物,用無菌去離子水反覆洗漆,脫除未牢固吸附的菌體，製得LDH-細菌聚合體；
(7)將10mg上述製備好的LDH-細菌聚合體(LDH含量為10 mg)放入6 mL濃度為30mg L—1的亞甲基藍溶液中，於25 土 I °C，150 r mirT1振蕩3 h ;之後再次在無菌條件下將固體濾出，用無菌去離子水衝洗後投入到裝有150 mL已滅菌的LB培養液中，並向培養液中接種適量的枯草芽孢桿菌，35 °e，150 r mirT1振蕩10 h，之後濾出固體再用無菌去離子水衝洗後投入到30 mg L-1的亞甲基藍溶液中，進行脫色試驗。本發明的特點和優點再生性能試驗 再生性能試驗
本發明對LDH和LDH-細菌聚合體吸附脫色後的再生性能進行了研究，將10 mg的LDH和製備好的LDH-細菌聚合體(LDH含量為10 mg)放入6 mL濃度為30 mg/L的亞甲基藍溶液中，於25 土 I °C,150 r mirT1振蕩3 h,之後無菌條件下將固體濾出，用無菌去離子水衝洗後投入到裝有150 mL已滅菌的LB培養液中，並向培養液中接種適量的枯草芽孢桿菌，35°C, 150 r mirT1振蕩10 h,之後濾出固體再用無菌去離子水衝洗後投入到30 mg/L的亞甲基藍溶液中，進行脫色實驗。重複上述吸附脫色實驗，觀察，測定LDH和LDH-細菌聚合體再生情況。結果表明:LDH_細菌聚合體吸附亞甲基藍後，隨著再生次數的增加，吸附量在逐漸下降，可能由於多次再生過程中，LDH表面吸附的細菌會發生死亡、脫落，降低脫色量；LDH-細菌聚合體4次再生後仍可以保持5.23 mg/g，LDH_細菌聚合體四次再生後仍可以保持80、0%的吸附容量，脫色劑損失量較小，說明LDH-細菌聚合體是一種可重複使用而且再生容易的性能良好的 脫色材料。
權利要求
1.一種用LDH-細菌聚合體對亞甲基藍脫色的方法，其特徵在於該方法的具體步驟為: (1)合成物相單一的LDH，LDH的組成通式為=M2YxM3+,(OH)2 (Αη_) χ/η.πιΗ20，本發明採用 NiFe-CO3- LDH,顆粒大小為 100 300 μ m ； (2)採用革蘭氏陽性菌枯草芽孢桿菌為標準菌株；(3)取3 IOmgLDH投加到濃度為2(T200mg/L細菌菌液中，製得N1-FeLDH-細菌聚合體； (4)將上述所得LDH-細菌聚合體加入到1(T50mg L—1不同濃度亞甲基藍溶液((Γ50中進行脫色吸附。吸附條件為:25 土 1°C，150 r mirT1，振蕩3 h； (5)吸附完成後將錐形瓶中的混合液用濾膜進行過濾後轉移到10mL離心管進行檢測。實驗結果可通 過SEM、傅立葉紅外檢測細菌參與了吸附過程。
全文摘要
本發明涉及一種亞甲基藍脫色的方法屬於環保技術領域。本發明是將層狀雙羥基複合金屬氧化物(LayeredDoubleHydroxide,LDH)和微生物有機的聯繫起來，利用LDH-細菌聚合體對亞甲基藍進行脫色處理，以及對LDH-細菌聚合體脫色後的再生能力進行探究。該方法製得的LDH-細菌聚合體不僅脫色能力強而且該吸附材料的再生性能良好，LDH-細菌聚合體四次再生後仍可以保持80~90%的吸附容量。因此，綜合脫色吸附特性和再生性能以及開發前景而言，LDH-細菌聚合體將會成為潛力巨大的脫色材料。
文檔編號C12R1/125GK103159328SQ20131007539
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者劉建勇, 李香靈, 段超, 胡慧, 錢光人 申請人:上海大學