CN103521193A

CN103521193A - 一种提高金针菇工厂化生产废菌包重金属吸附能力的方法

Info

Publication number: CN103521193A
Application number: CN201310510009.2A
Authority: CN
Inventors: 李维焕; 朱萌; 程显好; 图力古尔
Original assignee: Ludong University
Current assignee: Ludong University
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明公开了一种提高金针菇工厂化生产废菌包重金属吸附能力的方法，其特征在于将金针菇工厂化生产废弃的菌包自然晒干，后烘至恒重，粉碎后过筛得425~600μm的颗粒，与0.4~0.6mol/L氢氧化钠溶液按1:10~20混合搅拌20~40min，将混合相过滤，并用水充分清洗固相废菌包颗粒，再把清洗后的废菌包颗粒烘干至恒重，即得碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂颗粒。将废菌包颗粒与水混合搅拌后过滤，烘干至恒重得对照生物吸附剂颗粒。碱改性生物吸附剂对重金属镉、铅和镍的吸附能力较对照提高50%以上，对重金属铜、锌和锰的吸附能力较对照提高100%以上。本发明工艺简单，操作方便，成本低廉，获得的改性吸附剂吸附效率高的特点，进一步增加了废菌包资源化利用的可行性。

Description

一种提高金针菇工厂化生产废菌包重金属吸附能力的方法

技术领域：

本发明涉及一种对生物废弃物进行改性以处理含重金属废水的方法，具体涉及一种利用氢氧化钠溶液处理金针菇工厂化生产废弃的菌包以提高其对水溶液中镉、铅、锰、镍、铜、锌等重金属离子的吸附能力的方法。

背景技术：

随着现代工业的迅速发展，采矿、冶炼、造纸、造船、电镀等工业活动产生大量含重金属的废水，对环境的污染越来越严重。因此，国内外有关学者都在积极探寻减少或清除对环境严重污染的重金属的方法。清除重金属的传统方法主要有化学沉淀法、离子交换法、化学氧化还原法、反渗透法、超过滤法、活性炭吸附工艺等。生物吸附技术是近年来研究发现的一类新型处理技术，具有成本低、效率高、不产生二次污染，再生能力强，再生后吸附能力无明显降低的优点，特别是在处理低浓度的重金属废水方面，有着极为广阔的前景。

生物吸附剂来源广泛，部分细菌、真菌、海藻和农林废弃物均表现出很强的吸附重金属的能力。最近，生物吸附剂的研究热点已转向大规模工业生产的副产物或废物和农业废材料。

对吸附剂进行适当的预处理能够有效地提高吸附剂对重金属离子的吸附能力。已有的主要的预处理方法有酸处理、热反应、碎裂、无机盐活化等。其中以酸处理和热反应较为常见。但是并不是经预处理的吸附剂吸附重金属离子的效果都提高，有些处理反而使吸附效果下降。如加热处理后的黑曲霉（Aspergillus niger）对铅、镉、铜和镍的吸附能力均下降。酸处理能降低黑曲霉对镉和镍的吸附。Sar等发现用盐酸浸泡后的Pseudomansaeruginosa的吸附能力没有明显改变。Galun等发现经盐酸处理后，Penicillium对镍的吸附容量没有变化。酸（醋酸或硝酸）处理一段时间的氰基菌P. laminosum对吸附无明显促进，甚至稍稍降低了吸附能力。酸处理后吸附剂吸附效率稍有下降，这可能是由于氢离子和金属离子竞争作用所致。

本发明人申请的专利ZL201110027623.4 “一种利用金针菇工厂化生产废菌包去除水溶液中重金属离子的方法”，提出了一种新型的生物吸附剂——金针菇工厂化生产废菌包。该生物吸附剂是一种复合生物吸附剂，除包括发酵后的棉籽壳、麸皮和玉米芯这些的培养料外，还含有大量的金针菇菌丝体。对该新型生物吸附剂进行适当的预处理以提高其重金属离子吸附能力的研究尚未见报道。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种工艺简单，操作方便，成本低廉，获得的改性吸附剂吸附效率高，进一步增加废菌包资源化利用的可行性的提高金针菇工厂化生产废菌包重金属吸附能力的方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：一种提高金针菇工厂化生产废菌包重金属吸附能力的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）、将金针菇工厂化生产的废菌包自然晒干，后放入55~65℃的干燥箱中烘至恒重；

（2）、将烘至恒重的废菌包粉碎后过标准筛得425~600 μm的颗粒；

（3）、将废菌包颗粒与0.4~0.6 mol/L氢氧化钠溶液按1:10~20比例混合搅拌20~40 min；

（4）、把混合相过滤，并用水充分清洗固相废菌包颗粒；

（5）、把清洗后的废菌包颗粒后放入55~65℃的干燥箱中烘至恒重即得碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂。

为了进一步实现本发明的目的，所述的金针菇工厂化生产的废菌包是指由棉籽壳、麸皮、玉米芯按照1:1:1比例，按料水比1:1.2~1.5加水混匀制成培养基，装袋，常压湿热灭菌10-12 h，冷却至室温，接种金针菇菌种，经35~45天的发菌及第一潮出菇过程，采收金针菇后废弃的废菌包。

本发明同已有技术相比可产生如下积极效果：

1、新型生物吸附剂——金针菇工厂化生产废菌包是一种复合生

物吸附剂，除包括发酵后的棉籽壳、麸皮和玉米芯这些的培养料外，还含有大量的金针菇菌丝体，本发明用氢氧化钠对其处理即可显著提高其重金属吸附能力，氢氧化钠可从细胞壁上除去无定形多糖，改变了葡聚糖和几丁质的结构，从而允许更多金属离子吸附在其表面，同时氢氧化钠可溶解细胞上一些不利于吸附的杂质，暴露出细胞上更多的活性结合点，使吸附量增大。此外，氢氧化钠使得细胞壁上的氢离子解离下来，导致负电性官能团增多，吸附量也会增大。经试验碱改性生物吸附剂对重金属镉、铅和镍的吸附能力较对照提高50%以上，对重金属铜、锌和锰的吸附能力较对照提高100%以上。

2、本发明的碱改性方法工艺简单，操作方便，成本低廉，获得的改性吸附剂吸附效率高，适合工业化生产。

3、利用本发明的碱改性方法大幅提高金针菇工厂化生产废菌包的重金属吸附能力，可进一步增加废菌包资源化利用的可行性。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式作详细说明：

原料准备：金针菇工厂化生产废菌包来自山东省高密市惠德农产品有限公司，是指由棉籽壳、麸皮、玉米芯按照1:1:1比例，按料水比1:1.2~1.5加水混匀制成培养基，装袋，常压湿热灭菌10-12 h，冷却至室温，接种金针菇菌种，经35~45天的发菌及第一潮出菇过程，采收金针菇后废弃的废菌包。来自其它厂家的金针菇废菌包，只要培养料成分同上也可采用。

实施例1：

1、将金针菇工厂化生产废菌包先自然晒干，后放入55~65℃的干燥箱中烘至恒重；

2、将烘至恒重的废菌包粉碎后过标准筛得425~600 μm的颗粒；

3、称取30g上述颗粒材料浸于500 ml 0.5 mol/L氢氧化钠溶液中（1:16.7），搅拌30min；

4、处理完成后过滤混合相，并用水充分清洗固相废菌包颗粒；

5、把清洗后的废菌包颗粒置于55~65℃的烘箱中烘干至恒重，即得碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂；

6、称取30g上述第2步骤的颗粒材料浸于500 ml水溶液中（1:16.7），搅拌30min；处理完成后过滤混合相，把固相废菌包颗粒置于55~65℃的烘箱中烘干至恒重，即得对照生物吸附剂颗粒；

7、分别将0.1 g 碱改性生物吸附剂和对照生物吸附剂颗粒装入盛有50 ml、pH=6、50 mg/L Cd(NO₃)₂·4H₂O溶液的150 ml三角锥形

瓶中，即吸附剂用量为2 g/L，25 ℃，120 r/min条件下置于恒温振荡器中振荡吸附2 h。之后，高速离心，取上清液，上清液中Cd²⁺的浓度用火焰原子吸收分光光度计（GBC932-AA）测定。生物吸附剂对Cd²⁺的吸附量q可以用下式来计算：

Figure 2013105100092100002DEST_PATH_IMAGE002

式中q(mg / g)为吸附平衡时吸附剂的吸附量；C ₀(mg / L)为溶液中重金属的起始浓度；C _e(mg / L)为吸附平衡后溶液中重金属的浓度；V(L)为溶液的体积；M(g)为吸附剂的干重。

经计算，碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂对水溶液中50 mg/L的镉的吸附量较对照提高了51.3%。

实施例2：

2、将烘至恒重的废菌包粉碎后过标准筛得425~600 μm的颗粒；

3、称取30g上述颗粒材料浸于600 ml 0.4 mol/L氢氧化钠溶液中（1:20），搅拌40 min；

6、称取30g上述第2步骤的颗粒材料浸于600 ml水溶液中（1:20），搅拌40 min；处理完成后过滤混合相，把固相废菌包颗粒置于55~65℃的烘箱中烘干至恒重，即得对照生物吸附剂颗粒；

7、分别将0.1 g 碱改性生物吸附剂和对照生物吸附剂颗粒装入盛有50 ml、pH=5、50 mg/L CuSO₄·5H₂O溶液的150 ml三角锥形瓶中，即吸附剂用量为2 g/L，25 ℃，120 r/min条件下置于恒温振荡器中振荡吸附2 h。之后，高速离心，取上清液，上清液中Cu²⁺的浓度用火焰原子吸收分光光度计（GBC932-AA）测定。生物吸附剂对Cu²⁺的吸附量q可以用下式来计算：

经计算，碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂对水溶液中50 mg/L的铜的吸附量较对照提高了157.8%。

实施例3：

2、将烘至恒重的废菌包粉碎后过标准筛得425~600 μm的颗粒；

3、称取30g上述颗粒材料浸于300 ml 0.6 mol/L氢氧化钠溶液中（1:10），搅拌20 min；

6、称取30g上述第2步骤的颗粒材料浸于300 ml水溶液中（1:10），搅拌20 min；处理完成后过滤混合相，把固相废菌包颗粒置于55~65℃的烘箱中烘干至恒重，即得对照生物吸附剂颗粒；

7、分别将0.1 g 碱改性生物吸附剂和对照生物吸附剂颗粒装入盛有50 ml、pH=5、50 mg/L ZnSO₄·7H₂O溶液的150 ml三角锥形瓶中，即吸附剂用量为2 g/L，25 ℃，120 r/min条件下置于恒温振荡器中振荡吸附2 h。之后，高速离心，取上清液，上清液中Zn²⁺的浓度用火焰原子吸收分光光度计（GBC932-AA）测定。生物吸附剂对Zn²⁺的吸附量q可以用下式来计算：

经计算，碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂对水溶液中50 mg/L的锌的吸附量较对照提高了135.4%。

实施例4：

2、将烘至恒重的废菌包粉碎后过标准筛得425~600 μm的颗粒；

7、分别将0.1 g 碱改性生物吸附剂和对照生物吸附剂颗粒装入盛有50 ml、pH=5、50 mg/L Pb(NO₃)₂溶液的150 ml三角锥形瓶中，即吸附剂用量为2 g/L，25 ℃，120 r/min条件下置于恒温振荡器中振荡吸附2 h。之后，高速离心，取上清液，上清液中Pb²⁺的浓度用火焰原子吸收分光光度计（GBC932-AA）测定。生物吸附剂对Pb²⁺的吸附量q可以用下式来计算：

经计算，碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂对水溶液中50 mg/L的铅的吸附量较对照提高了59.3%。

实施例5：

2、将烘至恒重的废菌包粉碎后过标准筛得425~600 μm的颗粒；

7、分别将0.1 g 碱改性生物吸附剂和对照生物吸附剂颗粒装入盛有50 ml、pH=5、50 mg/L NiSO₄·6H₂O溶液的150 ml三角锥形瓶中，即吸附剂用量为2 g/L，25 ℃，120 r/min条件下置于恒温振荡器中振荡吸附2 h。之后，高速离心，取上清液，上清液中Ni²⁺的浓度用火焰原子吸收分光光度计（GBC932-AA）测定。生物吸附剂对Ni²⁺的吸附量q可以用下式来计算：

经计算，碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂对水溶液中50 mg/L的镍的吸附量较对照提高了54.1%。

实施例6：

2、将烘至恒重的废菌包粉碎后过标准筛得425~600 μm的颗粒；

7、分别将0.1 g 碱改性生物吸附剂和对照生物吸附剂颗粒装入盛有50 ml、pH=5、50 mg/L MnSO₄·H₂O溶液的150 ml三角锥形瓶中，即吸附剂用量为2 g/L，25 ℃，120 r/min条件下置于恒温振荡器中振荡吸附2 h。之后，高速离心，取上清液，上清液中Mn²⁺的浓度用火焰原子吸收分光光度计（GBC932-AA）测定。生物吸附剂对Mn²⁺的吸附量q可以用下式来计算：

经计算，碱改性金针菇工厂化生产废菌包生物吸附剂对水溶液中50 mg/L的锰的吸附量较对照提高了166.2%。

Claims

1.一种提高金针菇工厂化生产废菌包重金属吸附能力的方法，其特征在于包括如下步骤：

（4）、把混合相过滤，并用水充分清洗固相废菌包颗粒；

2.根据权利要求1所述的一种提高金针菇工厂化生产废菌包重金属吸附能力的方法，其特征在于所述的金针菇工厂化生产的废菌包是指由棉籽壳、麸皮、玉米芯按照1:1:1比例，按料水比1:1.2~1.5加水混匀制成培养基，装袋，常压湿热灭菌10~12 h，冷却至室温，接种金针菇菌种，经35~45天的发菌及第一潮出菇过程，采收金针菇后废弃的废菌包。