CN105521769B - 一种生物复合膜材料的应用方法 - Google Patents

一种生物复合膜材料的应用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105521769B
CN105521769B CN201610036944.3A CN201610036944A CN105521769B CN 105521769 B CN105521769 B CN 105521769B CN 201610036944 A CN201610036944 A CN 201610036944A CN 105521769 B CN105521769 B CN 105521769B
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite membrane
membrane material
biological composite
application process
arsenic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610036944.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105521769A (zh
Inventor
杨卫春
柴立元
田舜琪
唐琼芝
王海鹰
李青竹
廖骐
唐崇俭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201610036944.3A priority Critical patent/CN105521769B/zh
Publication of CN105521769A publication Critical patent/CN105521769A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105521769B publication Critical patent/CN105521769B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B01J20/0225—Compounds of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt
    • B01J20/0229—Compounds of Fe
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28033—Membrane, sheet, cloth, pad, lamellar or mat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/286—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using natural organic sorbents or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/46—Materials comprising a mixture of inorganic and organic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
    • B01J2220/4812—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of organic character
    • B01J2220/4868—Cells, spores, bacteria

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

本发明属于水净化技术领域，具体涉及一种生物复合膜材料的应用方法。本发明以丝状菌体及其代谢产物为基体，通过硫酸铁和碱液改性，重力过滤,超声清洗，倒入成膜容器进行真空抽滤，放入聚乙烯亚胺溶液浸泡，冷冻干燥，即得生物复合膜材料。该生物复合膜材料制备过程工艺简单，制备操作条件温和，低成本、无二次污染，应用于水体中砷的去除，通过生物复合膜的吸附、离子交换、截留等多种作用，应用方法简单，易于操作，除砷效率高，处理40mg/L以下含砷水，通过生物复合膜过滤后，砷去除率可达到76～91％。

Description

一种生物复合膜材料的应用方法
技术领域
本发明属于水净化技术领域，具体涉及一种能够高效去除水中砷的生物复合材料的应用方法。适用于工业废水砷的深度净化，以及饮用水、地下水、湖泊、河流等水体中砷的脱除。
背景技术
水体砷污染是世界范围内广泛存在的一个问题，长期饮用砷超标的地下水，容易罹患饮水型地方性砷中毒(简称“地砷病”)，严重者可导致肺癌、皮肤癌等癌症。世界卫生组织和中国都规定砷在饮用水中的含量不得超过10μg/L。我国砷污染非常严重，据2013年《科学》一项研究成果显示，我国有近2000万人生活在砷污染高风险区域，水体砷超标的地区总面积达到58万平方公里。砷污染饮用水危害近2000万中国人。
目前主要的除砷技术包括吸附法、沉淀‐絮凝法、膜分离法和离子交换法等。其中采用吸附方法被认为是从水中除去砷的有效的方法，如铁氧化物，如针铁矿、水铁矿、赤铁矿和磁性铁对砷都有很强的吸附能力，可以有效除砷，但是这种传统除砷存在的问题在于成本高，产生的废弃物量大或吸附材料难于从水中分离出来。近年来，研发的纳米磁性材料如四氧化三铁纳米粒子具有较高的比表面积和反应活性，对砷离子的吸附容量较大，有磁性易于分离，但是制备成本高，在水体中易发生团聚，影响材料的再次使用，而且纳米材料进入水体，还可能引发环境和健康风险。因此，开发经济、高效、无二次污染、操作简便的除砷材料及技术对于有效脱除水体中砷意义重大。
发明内容
本发明的目的在于，针对解决现在的除砷材料普遍存在吸附容量低、制备工艺复杂，成本较高，二次污染等问题，提供一种生物复合膜材料的应用方法，该材料制备过程简单、成本低廉、对砷的去除效果好，吸附容量大，吸附速率快，使用操作简单方便。
本发明的目的是通过以下方式实现的。
一种生物复合膜材料的应用方法，所述的生物复合膜材料加入水体中用于去除砷，所述的生物复合膜材料的制备方法如下：将丝状真菌菌体接种到察氏液体培养基中，将培养得到的菌液投加到硫酸铁溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节pH，然后加热，过滤，清洗，再真空抽滤，放入聚乙烯亚胺溶液浸泡，然后干燥，即得生物复合膜材料。所述的生物复合膜材料膜厚度为0.1-3mm。
应用时水体初始pH值为2.0-12.0，三价砷离子的初始浓度为0.5-100mg/L。
所述的生物复合膜材料特别是能处理含40mg/L以下三价砷的水溶液。
所述的丝状真菌菌体为黑曲霉。浓度为8-10g L-1的丝状真菌菌液体积与投加硫酸铁含铁质量之比为1:5～1:20L/g，硫酸铁溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
丝状真菌菌液的培养过程如下：
配制察氏液体培养基，称量30g蔗糖、3g硝酸钠、1g磷酸氢二钾、0.5g七水硫酸镁、0.5g氯化钾和0.01g的硫酸亚铁，溶解于300mL去离子水中，然后，用去离子水定容至1升，经过121℃高压灭菌30min后，即得到液体培养基备用，以培养基体积2％的接种量将浓度106-107个/ml的菌液接种至液体培养基中培养，然后置于150-200r/min恒温振荡箱培养，温度为30-38℃，培养时间为2-5天。
上述方法将培养得到的菌液500-600r/mim搅拌1-3小时，然后取菌液投加到铝盐溶液。
所述的生物复合膜材料的制备方法中：
用0.1M氢氧化钠溶液逐滴加入调节pH为8～12，反应72小时，然后50～80℃加热反应0.5～4小时，重力过滤10-25min，用去离子水超声清洗5～10min，再倒入成膜容器进行真空抽滤5-20min。放入2～5％聚乙烯亚胺溶液浸泡12～36h，真空抽滤20min，将抽滤得到的材料放入液氮中，停留10-30s，然后迅速取出，放入已预冷的冻干机内，机内温度低于零下20℃，进行真空冷冻干燥6-10小时，再放入30℃真空干燥箱中2小时，即得生物复合膜材料。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了一种的以丝状菌体以及代谢产物为基体，硫酸铁和碱液改性制备生物复合膜材料，制备方法简单，成本低，无污染，产业化应用前景高。采用的丝状菌体可大规模快速培养，投资小、运行费用低、易于管理和操作、不产生二次污染、物理化学性质稳定，是绿色环境功能材料。
(2)本发明的生物复合膜材料去除水体中的三价砷，当水流过生物复合膜的过程中，通过生物复合膜的吸附、离子交换、截留等多种作用，去除水体中的三价砷，从而提高效率，缩短运行时间，降低成本，应用方法简单，易于操作，可进行广泛推广应用。
(3)本发明的生物复合膜材料除砷效率高，处理40mg/L以下三价砷水溶液，通过生物复合膜过滤后，三价砷的去除率可达到76～91％。
(4)本发明制备的生物复合膜材料成膜性能好，主要在于“菌体培养采用察氏培养基”，以及“加入氢氧化钠后50～80℃加热反应0.5～4小时”和”放入2～5％聚乙烯亚胺溶液浸泡12～36h”，其中察氏培养基成分有利于菌体形成生物膜，加热过程热效应强化了膜的空间网络结构，提高了丝状菌体及代谢组分蛋白组分的抗拉强度。而浸泡于聚乙烯亚胺溶液，可通过具有较高反应活力的聚乙烯亚胺，与菌体和代谢产物中的羟基反应并交联聚合，使膜产生湿强度。本发明的生物复合膜材料(图1)表面均匀细致，结构致密。而不经“察氏培养基培养”，不采用“加入氢氧化钠后加热40～60℃加热反应0.5～4小时”，以及不采用”放入2～5％聚乙烯亚胺溶液浸泡12～36h”等过程形成的生物复合膜，膜表面不均匀，而且膜强度低，易破损。
本发明涉及的保藏编号：CGMCC No.5858命名：曲霉Aspergillus sp.F-1的菌株，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏日期：2012年3月7日。
附图说明：
图1是本发明制备的生物复合膜材料的照片；
图2是本发明制备的生物复合膜的扫描电镜图。
具体实施方式
以下以具体的实施例来对本发明作进一步说明，但并不会形成对本发明的限制。
实施例1
配制察氏液体培养基，称量30g蔗糖、3g硝酸钠、1g磷酸氢二钾、0.5g七水硫酸镁、0.5g氯化钾和0.01g的硫酸亚铁，溶解于300mL去离子水中，然后，用去离子水定容至1升，经过高温(121℃)高压灭菌30min后，即得到液体培养基备用。以培养基体积2％的接种量将浓度106-107个/ml的黑曲霉(Aspergillus sp.F-1，保藏编号CGMCC No.5858)菌液接种至液体培养基中培养，然后置于温度为37℃，转速为170r/mim的恒温振荡箱培养3天；量取100mL的菌液(浓度为9g L-1)体积量投入到150mL的0.1mol/L硫酸铁溶液，用0.1M NaOH逐滴加入调节pH至9.0，反应时间为72小时，然后50℃加热反应2小时，重力过滤20min，用去离子水超声清洗10min，再倒入成膜容器进行真空抽滤20min，放入2％聚乙烯亚胺溶液浸泡36h，再真空抽滤20min，然后放入液氮中，停留10s，然后迅速取出，放入已预冷的冻干机内，机内温度低于零下20℃，冷冻干燥持续8小时，再放入30℃真空干燥箱中2小时，即得到厚度约为0.2mm的生物复合膜材料。
实施例2
室温条件下，用实施例1制备的生物膜材料对含三价砷浓度1.52mg/L溶液进行过滤，过滤后的溶液中三价砷浓度用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定。过滤后的砷浓度降至0.13mg/L,除砷效率达到91％。
实施例3
室温条件下，用实施例1制备的生物膜材料对含三价砷浓度40mg/L溶液进行过滤，过滤后的溶液中三价砷浓度用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定。过滤后的砷浓度降至9.5mg/L,除砷效率达到76％。
实施例4
室温条件下，用实施例1制备的生物膜材料对含三价砷浓度20mg/L溶液进行过滤，过滤后的溶液中三价砷浓度用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定。过滤后的砷浓度降至2.4mg/L,除砷效率达到88％。

Claims (9)

1.一种生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，所述的生物复合膜材料加入水体中用于去除砷，所述的生物复合膜材料的制备方法如下：将丝状真菌菌体接种到察氏液体培养基中，将培养得到的菌液投加到硫酸铁溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节pH，然后加热，过滤，清洗，再真空抽滤，放入聚乙烯亚胺溶液浸泡，然后干燥，即得生物复合膜材料。
2.根据权利要求1所述的生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，水体初始pH值为2.0-12.0，三价砷离子的初始浓度为0.5-100mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，所述的生物复合膜材料处理含40mg/L以下三价砷的水溶液。
4.根据权利要求1所述的生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，所述的丝状真菌菌体为黑曲霉。
5.根据权利要求1所述的生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，浓度为8-10g• L-1的丝状真菌菌液体积与投加硫酸铁含铁质量之比为1:5～1:20L/g；硫酸铁溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
6.根据权利要求5所述的生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，丝状真菌菌液的培养过程如下：
配制察氏液体培养基，称量30g蔗糖、3g硝酸钠、1g磷酸氢二钾、0.5g七水硫酸镁、0.5g氯化钾和0.01g的硫酸亚铁，溶解于300mL去离子水中，然后，用去离子水定容至1升，经过121℃高压灭菌30min后，即得到液体培养基备用，以培养基体积2％的接种量将浓度106-107个/ml的菌液接种至液体培养基中培养，然后置于150-200r/min恒温振荡箱培养，温度为30-38℃，培养时间为2-5天。
7.根据权利要求1所述的生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，
用0.1M氢氧化钠溶液逐滴加入调节pH为8～12，反应72小时，然后50～80℃加热反应0.5～4小时，重力过滤10-25min，用去离子水超声清洗5～10min，再倒入成膜容器进行真空抽滤5-20min。
8.根据权利要求1所述的生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，
放入2～5％聚乙烯亚胺溶液浸泡12～36h，真空抽滤20min，然后进行真空冷冻干燥6-10小时，再放入30℃真空干燥箱中2小时，即得生物复合膜材料。
9.根据权利要求1所述的生物复合膜材料的应用方法，其特征在于，所述的生物复合膜材料膜厚度为0.1-3mm。
CN201610036944.3A 2016-01-20 2016-01-20 一种生物复合膜材料的应用方法 Active CN105521769B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610036944.3A CN105521769B (zh) 2016-01-20 2016-01-20 一种生物复合膜材料的应用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610036944.3A CN105521769B (zh) 2016-01-20 2016-01-20 一种生物复合膜材料的应用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105521769A CN105521769A (zh) 2016-04-27
CN105521769B true CN105521769B (zh) 2017-08-29

Family

ID=55764492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610036944.3A Active CN105521769B (zh) 2016-01-20 2016-01-20 一种生物复合膜材料的应用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105521769B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110860216B (zh) * 2019-10-25 2021-10-01 江苏大学 一种微孔无机滤膜的制备工艺和制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102078799A (zh) * 2010-08-03 2011-06-01 福建师范大学 一种用于吸附金属离子的细菌-麸皮复合颗粒料的制备方法
CN102876722A (zh) * 2012-09-07 2013-01-16 吉林大学 一种去除水中放射性物质的生物净水材料
KR20130071736A (ko) * 2011-12-21 2013-07-01 한국지질자원연구원 전기선폭발법을 이용한 비소 제거용 나노입자 및 이를 이용한 비소의 제거방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2317843C2 (ru) * 2005-08-08 2008-02-27 Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102078799A (zh) * 2010-08-03 2011-06-01 福建师范大学 一种用于吸附金属离子的细菌-麸皮复合颗粒料的制备方法
KR20130071736A (ko) * 2011-12-21 2013-07-01 한국지질자원연구원 전기선폭발법을 이용한 비소 제거용 나노입자 및 이를 이용한 비소의 제거방법
CN102876722A (zh) * 2012-09-07 2013-01-16 吉林大学 一种去除水中放射性物质的生物净水材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN105521769A (zh) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101531970B (zh) 一株假单胞菌及其在生物还原和生物吸附中的用途
WO2021004116A1 (zh) 一种磁性生物质炭-季鏻盐杀菌材料、制备及使用方法
CN111001375B (zh) 一种层状双氢氧化物复合吸附材料的制备方法
CN102151551B (zh) 重金属生物吸附剂及其制备方法和在处理含镉废水中的应用
CN110980861B (zh) 一种磁性还原微生物絮凝剂的制备方法和应用
CN103451103B (zh) 一种高吸附镉的丝状真菌淡紫拟青霉xla及制备方法和应用
CN112960781A (zh) 一种基于生物纳米杂合体系的有机污染物降解方法
CN104014314A (zh) 一种生物吸附剂、制备方法和用途
CN108587915A (zh) 能去除高重金属含量水体中的重金属的小球藻w5及应用
CN101811779B (zh) 耐盐净污菌剂的制备方法及其菌剂
CN109019879A (zh) 一种磁性生物絮凝剂的制备方法和应用
CN105521769B (zh) 一种生物复合膜材料的应用方法
CN108587949B (zh) 一株中温好氧反硝化脱氮除磷菌及其分离方法和应用
CN101429487B (zh) 净化废水中铬污染的间孢囊菌q5-1及用途
CN105618008B (zh) 一种生物复合膜材料及其制备和应用方法
CN101974448A (zh) 一种不动杆菌及其在重金属离子生物处置中的应用
CN101629148B (zh) 一种微生物重金属沉淀剂及其制备方法
CN102994394A (zh) 一种真菌菌种lp-18-3及其在含铅水体处理中的用途
CN107523515A (zh) 基于细菌胞外多糖的饮用水重金属吸附剂
CN103626304B (zh) 一种用冬虫夏草发酵菌丝体处理含Cr(Ⅵ)废水的方法
CN110835617B (zh) 一种洋葱伯克氏菌及其应用
CN109576161A (zh) 一种能去除高重金属含量水体中的重金属的小球藻w1及其应用
CN101811780A (zh) 耐盐净污菌剂的制备方法及其用途
CN109647336A (zh) 一种用于高效去除废水中重金属离子的复合吸附剂及其制备方法
CN103952365A (zh) 一株在低温下具有较高除磷效果的聚磷菌及其筛选方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant