CN105561922A - 一种藻类生物吸附剂的制备方法 - Google Patents

一种藻类生物吸附剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种藻类生物吸附剂的制备方法,属于吸附剂领域。本发明先取藻类先进行物理加工干燥、粉碎,再经过化学处理,去除海藻上吸附的杂质,通过再高温、强酸的条件下使海藻失去活性,再和改性后活性污泥混合,通过炭化包覆在颗粒表面得到可以处理重金属废水的生物吸附剂,本发明用死亡藻,由于细胞壁破碎较多,有更多的内部功能团暴露出来与金属离子结合,处理重金属废水的效果更好,并且可以重复使用,并且加入活性污泥,使吸附容量变大,可以加快对重金属的吸附速度。

Description

一种藻类生物吸附剂的制备方法
技术领域
本发明公开了一种藻类生物吸附剂的制备方法,属于吸附剂领域。
背景技术
生物吸附是利用微生物从水溶液中富集、分离重金属离子方法。凡具有从溶液中富集重金属能力的生物及其衍生物均称为生物吸附剂。自然环境中的生物吸附剂主要来源于菌体和藻类,如一些细菌、真菌、酵母、藻类、高等植物及从这些有机体得到的衍生物产品。人们已发现这些生物吸附剂对一些重金属离子具有良好的选择吸附性。工业发酵过程中的大量废弃菌丝体也己引起了人们的注意。另外,丰富的海洋生物资源,也为发展藻类生物吸附剂提供了基础。
藻类对大多数重金属有很强的吸附能力。一些大型海藻,它们的吸附容量比其它种类生物体高得多甚至比活性炭、天然沸石的吸附容量还高,与离子交换树脂相当。研究发现,藻体经化学修饰、固定化处理或适当诱变后可大大提高其对重金属的吸附能力,显示了利用藻类修复重金属污染水体的巨大潜力。
与传统的处理方法相比,藻类生物吸附具有以下优点四:(1)在低浓度下,金属可以被选择性的去除;(2)节能、处理效率高;(3)操作时的pH值和温度条件范围宽;(4)易于分离回收重金属;(5)吸附剂易再生利用。目前,用于这种吸附技术的有效吸附剂没有大规模生产,而且这种技术还只是在实验阶段,缺乏实际应用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题:针对目前一般生物吸附剂需要3~4h或更长的时间才能达到理想的效果,如果利用活藻处理易受污水中有毒元素的影响,生长受到抑制,因而生长缓慢,处理周期长的问题,提供了一种藻类生物吸附剂的制备方法,本发明先取藻类先进行物理加工干燥、粉碎,再经过化学处理,去除海藻上吸附的杂质,通过再高温、强酸的条件下使海藻失去活性,再和改性后活性污泥混合,通过炭化包覆在颗粒表面得到可以处理重金属废水的生物吸附剂,本发明用死亡藻,由于细胞壁破碎较多,有更多的内部功能团暴露出来与金属离子结合,处理重金属废水的效果更好,并且可以重复使用,并且加入活性污泥,使吸附容量变大,可以加快对重金属的吸附速度。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
(1)分别取100~200g斜生栅藻、80~120g绿微藻、150~300g马尾藻类海
草,先用清水冲洗表面2~3次,之后放入太阳下暴晒2~3天,暴晒后再放入80~90℃的恒温烘箱中干燥6~8h,干燥后取出将其放入粉碎机中粉碎,过筛,筛选出100~200目的藻粉末;
(2)取150~250g上述粉末,向其中按固液质量比1:3加入去离子水,并用超
声分散仪进行超声分散5~8min,分散后滴加质量分数35~40%的硝酸溶液调节pH值为3~4,再向其中加入15~20mL的甲醛,在室温下搅拌20~30min,之后静置3~4h,静置后将混合液真空抽滤,将得到的滤渣分别用蒸馏水、质量分数5%的碳酸钠、蒸馏水清洗1~3次,之后放入恒温干燥箱中在60~70℃下干燥5~6h,即可得改性的藻粉末;
(3)取150~200g的污泥,向污泥中按固液体积比1:4加入质量分数9%的生理
盐水进行浸泡,浸泡1~2h后用离心分离机在3000~4000r/min的转速下离心分离5~8min,分离后去除上清液,将沉淀物用蒸馏水洗涤3~5次,将沉淀物放入高压灭菌锅中,设置120~130℃温度和0.2~0.3MPa压力下进行灭菌处理;
(4)取上述灭菌处理后污泥,向其中加入1~2L质量分数30~40%的氢氧化钠
溶液进行浸泡,浸泡30~50min后过滤,将得到的污泥滤渣放入太阳下进行暴晒,直至晒干后将其加入粉碎机中粉碎,过筛得粒径为0.3~0.4mm的颗粒,即可得改性后的活性污泥,并将其放入冰箱中,在-5℃下进行储存;
(5)取30~50g上述得到的活性污泥颗粒,加入50~70g步骤(2)中的藻粉末,并向其中加入15~25g的淀粉,进行振荡混合,使粉末均匀粘在污泥颗粒表面,之后将吸附粉末的污泥颗粒放入炭化炉中在700~800℃的温度下炭化,升温速率为3~5℃/min,炭化20~30min后冷却至室温,取出得淡灰色颗粒,并避光保存,即可制得藻类生物吸附剂。
本发明的应用方法:向3~5L重金属废水中,测得废水的pH值为5~6,在室温下,向其中按7~9g/L加入的本发明制得的藻类生物吸附剂,先测得金属离子起始浓度分别为Cd2+为150~200mg/L,Zn2+为160~180mg/L,Pb2+为80~100mg/L,Cu2+为20~30mg/L,加入后混合搅拌20~25min,测得金属离子分别为Cd2+为15~20mg/L,Zn2+为6~8mg/L,Pb2+为3~5mg/L,Cu2+为1~3mg/L,再混合搅拌30~40min后再进行测得,离子浓度无明显变化。
本发明的有益效果是:
(1)本发明用死亡藻,由于细胞壁破碎较多,有更多的内部功能团暴露出来与金属离子结合,处理重金属废水的效果更好,并且可以重复使用:
(2)本发明中加入活性污泥,使吸附容量变大,可以加快对重金属的吸附速度。
具体实施方式
首先分别取100~200g斜生栅藻、80~120g绿微藻、150~300g马尾藻类海
草,先用清水冲洗表面2~3次,之后放入太阳下暴晒2~3天,暴晒后再放入80~90℃的恒温烘箱中干燥6~8h,干燥后取出将其放入粉碎机中粉碎,过筛,筛选出100~200目的藻粉末;取150~250g粉末,向其中按固液质量比1:3加入去离子水,并用超声分散仪进行超声分散5~8min,分散后滴加质量分数35~40%的硝酸溶液调节pH值为3~4,再向其中加入15~20mL的甲醛,在室温下搅拌20~30min,之后静置3~4h,静置后将混合液真空抽滤,将得到的滤渣分别用蒸馏水、质量分数5%的碳酸钠、蒸馏水清洗1~3次,之后放入恒温干燥箱中在60~70℃下干燥5~6h,即可得改性的藻粉末;取150~200g的污泥,向污泥中按固液体积比1:4加入质量分数9%的生理盐水进行浸泡,浸泡1~2h后用离心分离机在3000~4000r/min的转速下离心分离5~8min,分离后去除上清液,将沉淀物用蒸馏水洗涤3~5次,将沉淀物放入高压灭菌锅中,设置120~130℃温度和0.2~0.3MPa压力下进行灭菌处理;取灭菌处理后污泥,向其中加入1~2L质量分数30~40%的氢氧化钠溶液进行浸泡,浸泡30~50min后过滤,将得到的污泥滤渣放入太阳下进行暴晒,直至晒干后将其加入粉碎机中粉碎,过筛得粒径为0.3~0.4mm的颗粒,即可得改性后的活性污泥,并将其放入冰箱中,在-5℃下进行储存;取30~50g得到的活性污泥颗粒,加入50~70g藻粉末,并向其中加入15~25g的淀粉,进行振荡混合,使粉末均匀粘在污泥颗粒表面,之后将吸附粉末的污泥颗粒放入炭化炉中在700~800℃的温度下炭化,升温速率为3~5℃/min,炭化20~30min后冷却至室温,取出得淡灰色颗粒,并避光保存,即可制得藻类生物吸附剂。
实例1
首先分别取100g斜生栅藻、80g绿微藻、150g马尾藻类海草,先用清水冲洗表面2次,之后放入太阳下暴晒2天,暴晒后再放入80℃的恒温烘箱中干燥6h,干燥后取出将其放入粉碎机中粉碎,过筛,筛选出100目的藻粉末;取150g粉末,向其中按固液质量比1:3加入去离子水,并用超声分散仪进行超声分散5min,分散后滴加质量分数35%的硝酸溶液调节pH值为3,再向其中加入15mL的甲醛,在室温下搅拌20min,之后静置3h,静置后将混合液真空抽滤,将得到的滤渣分别用蒸馏水、质量分数5%的碳酸钠、蒸馏水清洗1次,之后放入恒温干燥箱中在60℃下干燥5h,即可得改性的藻粉末;取150g的污泥,向污泥中按固液体积比1:4加入质量分数9%的生理盐水进行浸泡,浸泡1h后用离心分离机在3000r/min的转速下离心分离5min,分离后去除上清液,将沉淀物用蒸馏水洗涤3次,将沉淀物放入高压灭菌锅中,设置120℃温度和0.2MPa压力下进行灭菌处理;取灭菌处理后污泥,向其中加入1L质量分数30%的氢氧化钠溶液进行浸泡,浸泡30min后过滤,将得到的污泥滤渣放入太阳下进行暴晒,直至晒干后将其加入粉碎机中粉碎,过筛得粒径为0.3mm的颗粒,即可得改性后的活性污泥,并将其放入冰箱中,在-5℃下进行储存;取30g得到的活性污泥颗粒,加入50g藻粉末,并向其中加入15g的淀粉,进行振荡混合,使粉末均匀粘在污泥颗粒表面,之后将吸附粉末的污泥颗粒放入炭化炉中在700℃的温度下炭化,升温速率为3℃/min,炭化20min后冷却至室温,取出得淡灰色颗粒,并避光保存,即可制得藻类生物吸附剂。
向3L重金属废水中,测得废水的pH值为5,在室温下,向其中按7g/L加入的本发明制得的藻类生物吸附剂,先测得金属离子起始浓度分别为Cd2+为150mg/L,Zn2+为160mg/L,Pb2+为80mg/L,Cu2+为20mg/L,加入后混合搅拌20min,测得金属离子分别为Cd2+为15mg/L,Zn2+为6mg/L,Pb2+为3mg/L,Cu2+为1mg/L,再混合搅拌30min后再进行测得,离子浓度无明显变化。
实例2
首先分别取150g的斜生栅藻、100g绿微藻、250g马尾藻类海草,先用清水冲洗表面用2次,之后放入太阳下暴晒2天,暴晒后再放入85℃的恒温烘箱中干燥7h,干燥后取出将其放入粉碎机中粉碎,过筛,筛选出150目的藻粉末;取200g上述粉末,向其中按固液质量比1:3向其中加入去离子水,并用超声分散仪进行超声分散6min,分散后向悬浮液中滴加质量分数37%的硝酸溶液调节pH值为3.5,再向其中加入17mL的甲醛,在室温下搅拌25min后静置3.5h,将静置后的混合液进行真空抽滤,将得到的滤渣用分别用蒸馏水、质量分数5%的碳酸钠、蒸馏水进行清洗2次,之后放入恒温干燥箱中在65℃下干燥5.5h,即可得改性的藻粉末;取175g的污泥,向污泥中按固液体积比1:4向其中加入质量分数9%
的生理盐水进行浸泡,浸泡1.5h后用离心分离机在3500r/min的转速下进行离心分离6min,分离后去除上清液,将沉淀物用蒸馏水洗涤4次,之后将沉淀物放入高压灭菌锅中,设置温度125℃和压力0.25MPa下进行灭菌处理;将灭菌处理后污泥,向其中加入1.5L质量分数35%的氢氧化钠溶液进行浸泡,进行浸泡40min,浸泡后过滤,将得到的污泥滤渣放入太阳下进行暴晒,直至晒干后将其加入粉碎机中进行粉碎,过筛得粒径为0.35mm的颗粒,得改性后的活性污泥,并将其放入冰箱中,在-5℃下进行储存;取40g得到的活性污泥颗粒,加入60g藻粉末,并向其中加入20g的淀粉与藻粉末均匀混合,进行振荡混合,使粉末均匀粘在污泥颗粒表面,之后将吸附粉末的污泥颗粒放入炭化炉中没在750℃的炭化温度下,炭化升温速率为4℃/min条件下,对其进行进行炭化,炭化25min后冷却至室温,即可制得藻类生物吸附剂。
向4L重金属废水中,测得废水的pH值为5.5,在室温下,向其中按8g/L加入的本发明制得的藻类生物吸附剂,先测得金属离子起始浓度分别为Cd2+为175mg/L,Zn2+为170mg/L,Pb2+为90mg/L,Cu2+为25mg/L,加入后混合搅拌23min,测得金属离子分别为Cd2+为17mg/L,Zn2+为7mg/L,Pb2+为4mg/L,Cu2+为2mg/L,再混合搅拌35min后再进行测得,离子浓度无明显变化。
实例3
首先分别取200g的斜生栅藻、120g绿微藻、300g马尾藻类海草,先用清水冲洗表面用3次,之后放入太阳下暴晒3天,暴晒后再放入90℃的恒温烘箱中干燥8h,干燥后取出将其放入粉碎机中粉碎,过筛,筛选出200目的藻粉末;取250g上述粉末,向其中按固液质量比1:3向其中加入去离子水,并用超声分散仪进行超声分散8min,分散后向悬浮液中滴加质量分数40%的硝酸溶液调节pH值为4,再向其中加入20mL的甲醛,在室温下搅拌30min后静置4h,将静置后的混合液进行真空抽滤,将得到的滤渣用分别用蒸馏水、质量分数5%的碳酸钠、蒸馏水进行清洗3次,之后放入恒温干燥箱中在70℃下干燥6h,即可得改性的藻粉末;取200g的污泥,向污泥中按固液体积比1:4向其中加入质量分数9%的生理盐水进行浸泡,浸泡2h后用离心分离机在4000r/min的转速下进行离心分离8min,分离后去除上清液,将沉淀物用蒸馏水洗涤5次,之后将沉淀物放入高压灭菌锅中,设置温度130℃和压力0.3MPa下进行灭菌处理;将灭菌处理后污泥,向其中加入2L质量分数40%的氢氧化钠溶液进行浸泡,进行浸泡50min,浸泡后过滤,将得到的污泥滤渣放入太阳下进行暴晒,直至晒干后将其加入粉碎机中进行粉碎,过筛得粒径为0.4mm的颗粒,得改性后的活性污泥,并将其放入冰箱中,在-5℃下进行储存;取50g得到的活性污泥颗粒,加入70g藻粉末,并向其中加入25g的淀粉与藻粉末均匀混合,进行振荡混合,使粉末均匀粘在污泥颗粒表面,之后将吸附粉末的污泥颗粒放入炭化炉中没在800℃的炭化温度下,炭化升温速率为5℃/min条件下,对其进行进行炭化,炭化30min后冷却至室温,即可制得藻类生物吸附剂。
向5L重金属废水中,测得废水的pH值为6,在室温下,向其中按9g/L加入的本发明制得的藻类生物吸附剂,先测得金属离子起始浓度分别为Cd2+为200mg/L,Zn2+为180mg/L,Pb2+为100mg/L,Cu2+为30mg/L,加入后混合搅拌25min,测得金属离子分别为Cd2+为20mg/L,Zn2+为8mg/L,Pb2+为5mg/L,Cu2+为3mg/L,再混合搅拌40min后再进行测得,离子浓度无明显变化。

Claims (1)

1.一种藻类生物吸附剂的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)分别取100~200g斜生栅藻、80~120g绿微藻、150~300g马尾藻类海
草,先用清水冲洗表面2~3次,之后放入太阳下暴晒2~3天,暴晒后再放入80~90℃的恒温烘箱中干燥6~8h,干燥后取出将其放入粉碎机中粉碎,过筛,筛选出100~200目的藻粉末;
(2)取150~250g上述粉末,向其中按固液质量比1:3加入去离子水,并用超
声分散仪进行超声分散5~8min,分散后滴加质量分数35~40%的硝酸溶液调节pH值为3~4,再向其中加入15~20mL的甲醛,在室温下搅拌20~30min,之后静置3~4h,静置后将混合液真空抽滤,将得到的滤渣分别用蒸馏水、质量分数5%的碳酸钠、蒸馏水清洗1~3次,之后放入恒温干燥箱中在60~70℃下干燥5~6h,即可得改性的藻粉末;
(3)取150~200g的污泥,向污泥中按固液体积比1:4加入质量分数9%的生理
盐水进行浸泡,浸泡1~2h后用离心分离机在3000~4000r/min的转速下离心分离5~8min,分离后去除上清液,将沉淀物用蒸馏水洗涤3~5次,将沉淀物放入高压灭菌锅中,设置120~130℃温度和0.2~0.3MPa压力下进行灭菌处理;
(4)取上述灭菌处理后污泥,向其中加入1~2L质量分数30~40%的氢氧化钠
溶液进行浸泡,浸泡30~50min后过滤,将得到的污泥滤渣放入太阳下进行暴晒,直至晒干后将其加入粉碎机中粉碎,过筛得粒径为0.3~0.4mm的颗粒,即可得改性后的活性污泥,并将其放入冰箱中,在-5℃下进行储存;
(5)取30~50g上述得到的活性污泥颗粒,加入50~70g步骤(2)中的藻粉末,并向其中加入15~25g的淀粉,进行振荡混合,使粉末均匀粘在污泥颗粒表面,之后将吸附粉末的污泥颗粒放入炭化炉中在700~800℃的温度下炭化,升温速率为3~5℃/min,炭化20~30min后冷却至室温,取出得淡灰色颗粒,并避光保存,即可制得藻类生物吸附剂。
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