CN105749872B - 一种固定化丝胶蛋白凝胶颗粒吸附材料在处理含镉重金属废水中的应用 - Google Patents

一种固定化丝胶蛋白凝胶颗粒吸附材料在处理含镉重金属废水中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固定化丝胶蛋白凝胶颗粒吸附材料在处理含镉重金属废水的应用，按浓度为100mg/L 100ml的含镉废水加入固定化丝胶蛋白1g的体积重量比，加入混匀，在转速150r/min的条件下震荡0.5‑6h，对重金属镉（Ⅱ）的吸附量达到100mg/g，吸附容量大，吸附率大，吸附材料易于与废水分离，且绿色环保，安全无毒。

Description

一种固定化丝胶蛋白凝胶颗粒吸附材料在处理含镉重金属废 水中的应用
技术领域
本发明涉及水体重金属离子去除技术，具体是一种固定化丝胶蛋白凝胶颗粒吸附材料在处理含镉重金属废水中的应用。
背景技术
重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造等活动日益增多，造成大量重金属如铅、汞、砷、镉、铬等进入大气、土壤、水中，引发了严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境后无法被生物所降解，而是进入到生态系统的食物链中沉淀、富集、迁徙，长久地破坏生物体的正常代谢功能，给人类社会和自然环境带来严重危害。如何经济有效的去除水体中存留的重金属，降低工业排水对生态环境的威胁已成为亟待解决的问题。
现阶段，对环境中重金属的去除方法主要有离子交换法、膜分离法、化学沉淀法和吸附法等。综合考虑来看，吸附法具有廉价、高效、稳定的特点，适用条件广泛，操作简单，已成为工业上水体重金属净化的首选方法，但目前吸附剂普遍价格较高，难以大规模投入使用，因而近年来对吸附法的研究主要便集中在新型廉价吸附材料的寻找与创新，但那些材料的吸附容量与吸附效率往往不高，难以循环利用，且产生的大量被重金属污染的固体废物让后续处理工作难度增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种固定化丝胶蛋白凝胶颗粒吸附材料在处理含镉重金属废水中的应用。
本发明采用如下技术方案：
一种固定化丝胶蛋白凝胶颗粒吸附材料在处理含镉重金属废水中的应用，是将固定化丝胶蛋白凝胶颗粒1g对应100 mL浓度为100mg/L的含镉重金属废水的重量体积比例加入废水中，在转速为150r/min条件下震荡0.5～6h；吸附平衡后，可使废水得到净化，再将处理后的固定化凝胶颗粒分离。
经试验证明：本发明所制备的吸附材料具有较高的吸附容量和较快的吸附速率，吸附容量可大于100mg/g，可在60min内达到吸附平衡。
本发明所制备的吸附材料具有优越的吸附能力和良好的分离性能，主要原因是：首先，球形结构的吸附材料具有较大的比表面积，能够提升与吸附质接触的几率；其次，丝胶蛋白中含有的氨基和羧基相对较多，经过固定化后能形成对重金属具有螯合功能的材料。
所述固定化丝胶蛋白凝胶颗粒吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
1）称取适量壳聚糖固体用2%的醋酸溶液溶解，得壳聚糖溶液；
2）取缫丝废水溶液与壳聚糖溶液混合均匀，
3）将步骤2）的混合液于水浴中；
4）将混合液逐滴滴入到1mol/L的氢氧化钠溶液中，得到凝胶小球；
5）将凝胶小球用蒸馏水洗至中性；
6）于4℃冰箱中用pH=5的柠檬酸缓冲液浸泡过夜；
7）用体积分数为1～8%的戊二醛溶液交联2h，即得到固定化凝胶小球。
所述壳聚糖溶液为壳聚糖固体∶2%的醋酸溶液的重量份比=2∶100。
所述的缫丝废水溶液与壳聚糖溶液的体积比为1∶1～4。
所述缫丝废水中的丝胶蛋白含量为8mg/ml。
所述水浴是于37℃水浴30min。
本发明的有益效果：
1）本发明所制备的吸附材料具有较高的吸附容量和较快的吸附速率，吸附容量可大于100mg/g，可在60min内达到吸附平衡。
2）本发明制备的吸附材料为小球状，在使用后可直接从处理水体中取出，具有优良的分离性能，避免了处理后水体中分散状吸附材料的过滤分离，更适合于工业化大规模运用。
3）本发明制备的吸附材料对Cd（Ⅱ）具有良好的选择吸附性，水体中共存的Ca（Ⅱ）、Na（Ⅰ）几乎没有影响。
4）本发明所用原料均为绿色环保、安全无毒的材料，对环境无二次污染，且制备工艺简单易行，成本较低，节能环保，具有很好的社会效益和环境效益。
附图说明
图1 凝胶小球的扫描电镜图片；
图2 缫丝废水与壳聚糖溶液不同配比对cd（Ⅱ）吸附效果影响；
图3 不同体积分数的戊二醛交联对cd（Ⅱ）吸附效果影响；
图4 共存离子Ca（Ⅱ）、Na（Ⅰ）对cd（Ⅱ）吸附效果影响。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明。
实施例1：
（1）调整壳聚糖溶液与缫丝废水的体积比分别为4:1、2:1、1:1，混合均匀后滴入到1mol/L氢氧化钠溶液中，柠檬酸缓冲液浸泡过夜后再与戊二醛进行交联，用蒸馏水洗净后得到固定化凝胶颗粒，其凝胶小球表面的扫描电镜图如图1所示；
（2）将步骤（1）得到的凝胶颗粒加入到100mg/L的模拟含镉废水中，调整温度30℃，转速为150r/min，震荡吸附6h后用火焰原子吸收法测定溶液中剩余的镉离子浓度（如图2所示：不同配比对cd（Ⅱ）吸附效果）。
步骤（1）中优选壳聚糖溶液与丝胶蛋白溶液的体积比为1:1。
实施例2：
（1）调整壳聚糖溶液与丝胶蛋白溶液的体积比为1:1，混合均匀后滴入到1mol/L氢氧化钠溶液中，柠檬酸缓冲液浸泡过夜后再分别与1%、2%、4%、8%戊二醛进行交联，用蒸馏水洗净后得到固定化凝胶颗粒；
（2）将步骤（1）得到的凝胶颗粒加入到100mg/L的模拟含镉废水中，调整温度30℃，转速为150r/min，震荡吸附6h后用火焰原子吸收法测定溶液中剩余的镉离子浓度（如图3所示：用不同体积分数的戊二醛进行交联对cd（Ⅱ）吸附效果影响）。
步骤（1）中优选戊二醛体积分数为2%。
实施例三：
（1）调整调整壳聚糖溶液与丝胶蛋白溶液的体积比为1:1，混合均匀后滴入到1mol/L氢氧化钠溶液中，柠檬酸缓冲液浸泡过夜后再与2%戊二醛进行交联，用蒸馏水洗净后得到固定化凝胶颗粒；
（2）步骤（1）得到的凝胶颗粒1g加入到100mL镉离子含量为100mg/L、钙离子含量分别为0、100、200、400、600、800mg/L、钠离子含量为0、50、100、200、300、400mg/L的模拟共存废水中，调整温度30℃，转速为150r/min，震荡吸附6h后用火焰原子吸收法测定溶液中剩余的镉离子浓度。如图4所示：实施例三与实施例一对比时对水中镉离子的选择吸附效果。

Claims (1)

1.一种固定化丝胶蛋白凝胶颗粒在处理含镉重金属废水中的应用，其特征是：其应用方法是：
将固定化丝胶蛋白凝胶颗粒1g对应100mL浓度为100mg/L的含镉重金属废水的重量体积比例加入废水中，在转速为150r/min条件下震荡0.5～6h；吸附平衡后，可使废水得到净化，再将处理后的固定化丝胶蛋白凝胶颗粒分离；
所述固定化丝胶蛋白凝胶颗粒采用包括如下步骤的方法制得：
称取适量壳聚糖固体用2%的醋酸溶液溶解，将丝胶蛋白含量为8mg/L的缫丝废水溶液与壳聚糖溶液按体积比为1:1-4，混合均匀后，于37℃水浴30min；将混合液逐滴滴入到1mol/L的氢氧化钠溶液中，得到凝胶颗粒，蒸馏水洗至中性后，于4℃冰箱中用pH=5的柠檬酸缓冲液浸泡过夜，然后用体积分数为1%～8%的戊二醛溶液交联2h，即得到固定化丝胶蛋白凝胶颗粒。
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