CN106492762A - 一种用于处理含镉离子废水的生物吸附剂 - Google Patents
一种用于处理含镉离子废水的生物吸附剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于处理含镉离子废水的生物吸附剂。该生物吸附剂的制备方法包括利用香菇废弃物制备菌粉,菌粉采用NaOH溶液进行预处理,预处理后的菌粉加入聚乙烯醇PVA和海藻酸钠SA的混合溶液中、形成预处理菌粉混合溶液,将预处理菌粉混合溶液注入2%氯化钙的饱和硼酸溶液中进行固化、得到初次固化小球,固化得到的固化小球移入NaH2PO4溶液中继续进行固定化,得到产品生物吸附剂固定化小球。利用本发明制备的生物吸附剂香菇固定化小球,具有较好的机械强度和通透性;经试验检测,本发明产品生物吸附剂对镉Cd进行吸附时,200min就能达到吸附平衡,其吸附量可以达到85%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理含镉离子废水的吸附剂,具体涉及一种利用聚乙烯醇PVA和海藻酸钠SA制备的一种处理含镉子废水的生物吸附剂。
背景技术
许多蘑菇都具有较强的重金属富集能力,尤其是对Cd2+和Pb2+的积累量大大超过绿色植物,现有技术研究表明香菇废弃物能够有效地处理低浓度的含Cd2+废水,该材料廉价易得,死亡细胞不受溶液毒性的限制,废弃后可直接填埋处理,无二次污染,故在重金属废水处理领域具有广阔的应用前景。但香菇废弃物对重金属的吸附容量有限,对Cd2+的理论最大吸附量为2.83 mg/g,固定化处理后吸附容量也仅有6.4475 mg/g,限制了该吸附材料的应用。因此,研究开发一种能够有效提高香菇废弃物对Cd2+吸附能力、并制得廉价高效的生物吸附剂,是目前本领域面临的一个难题。
但由于游离细胞在实际水处理过程中存在一系列的问题,如容易流失、固液分离难、颗粒尺寸、形状和机械强度等无法适用于如全混、柱式或流化床等连续流动系统;从而大大限制了生物吸附法的应用,而固定微生物不仅可以提高生物量的浓度与废水处理的深度和效率,且反应迅速,且具有细胞流失少,产物分离容易、反应过程控制较容易、耐水质和水量的冲击负荷高、pH值和温度范围宽、易于再生回用等优点。现有技术前期研究表明,聚乙烯醇PVA-海藻酸钠SA固定化香菇小球由于透通性差,对Cd的吸附在8h后才能达到平衡,反应时间长会极大的增加反应器的体积和基建费用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:在现有技术研究聚乙烯醇PVA-海藻酸钠SA固定化香菇小球的基础上,针对该现有技术存在的不足之处,本发明提供一种新的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂。本发明生物吸附剂的制备,是通过预处理方法,以提高香菇废弃物的镉吸附容量,并通过改变现有技术中固定化方案来改善小球的通透性,以缩短固定化香菇小球的吸附时间,即通过本发明技术方案增强了固定化小球生物吸附剂的通透性,也增强了固定化小球对Cd的吸附容量。
为了解决上述技术问题,本发明采取的技术方案为:
本发明提供一种用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,所述生物吸附剂是通过以下方法制备而成:
a、菌粉的制备:香菇剪去食用部分,将剩余的褐色菌柄废弃部分放于恒温干燥箱中,在50±2℃条件下烘干至恒重,冷却后进行粉碎,过筛35~100目,得到菌粉备用;
b、菌粉的预处理:将步骤a制备的菌粉与NaOH溶液进行混合,所述菌粉与NaOH溶液混合时二者加入量比例为0.8~3g:10mL,混合后在室温条件下震荡处理3~6h;然后采用中速定性滤纸进行过滤,过滤后的菌粉用超纯水洗涤3~5次,洗涤后进行冷冻干燥,得到预处理后的菌粉;
c、分别称取聚乙烯醇PVA和海藻酸钠SA,然后加入去离子水中,加热至50~90℃进行搅拌溶解,充分溶解后冷却至45~50℃,所得溶液中聚乙烯醇PVA的质量百分浓度为6~10%,海藻酸钠SA的质量百分浓度为0.6~1.2%;然后加入步骤b预处理后的菌粉混合均匀,得到混合溶液,混合溶液中预处理后菌粉的质量百分浓度为2.5~4.5%;
d、采用注射器将步骤c得到的混合溶液注入2%氯化钙的饱和硼酸溶液中进行固化,固化时间为6~16h,初次固化后得到固化小球;
e、将步骤d初次固化得到的固化小球移入NaH2PO4溶液中继续进行固定化,所述固化小球与NaH2PO4溶液二者之间加入量的比例为1~2g:50mL,固定化时间为5~8h,固定化后得到产品生物吸附剂固定化小球。
根据上述的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,步骤b中所述NaOH溶液的浓度为22~26mg/L。
根据上述的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,步骤b中所述冷冻干燥的冷冻温度为-50℃、冷冻时间为24h。
根据上述的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,步骤d中所述混合溶液与饱和硼酸溶液二者之间加入量的比例为1~2g:50mL。
根据上述的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,步骤e中所述NaH2PO4溶液的浓度为0.8~1.6mol/L。
本发明技术方案中:在聚乙烯醇PVA中加入海藻酸钠SA能够有效防止PVA-硼酸交联反应速度过快而黏连在一起;海藻酸钠可与溶液中的Ca2+迅速反应生成海藻酸钙,在颗粒表面形成网状结构,之后再与磷酸盐进行后续交联,形成的海藻酸钙在磷酸盐的作用下易形成更为稳定的磷酸钙沉淀,这样海藻酸钠与CaCl2形成的海藻酸钙聚合物发生解体,会大大改善小球的通透性,利于重金属吸附的发生。但是小球的水溶膨胀性会增大,会影响小球的使用寿命,本发明通过适当调整与2%CaCl2饱和硼酸的交联时间,以及在NaH2PO4中的后续交联时间得到了溶胀性较小、通透性较强的香菇小球即生物吸附剂。
本发明的积极有益效果:
1、通过本发明技术方案增强了固定化小球生物吸附剂的通透性,从而大大缩短了固定化小球吸附镉的平衡时间。
2、为资源化利用香菇废弃物,本发明采用了氢氧化钠溶液预处理剂改善香菇粉的Cd2+吸附能力,通过预处理将香菇粉对Cd的最大吸附容量提高30倍,最大吸附量达到85mg/g;同时还优化了预处理剂的浓度和预处理时间,开发了一种制备廉价高效处理含镉废水生物吸附剂的技术方案。
3、利用本发明技术方案制备的生物吸附剂香菇固定化小球,具有较好的机械强度和通透性;经试验检测,本发明产品生物吸附剂对镉Cd进行吸附时,200min就能达到吸附平衡,其吸附量可以达到85%以上。因此,本发明技术方案在很大程度上改善了小球的通透性,将固定化小球对Cd 的平衡吸附时间从8h缩短至200min,大大降低了吸附处理时间。
4、本发明技术方案为了将该廉价高效吸附剂应用于实际废水的处理中,用PVA-SA将预处理后的香菇粉进行固定化,得到固定化小球即生物吸附剂。
附图说明:
图1 本发明产品生物吸附剂的图片一;
图2 本发明产品生物吸附剂的图片二;
图3 本发明产品生物吸附剂的图片三;
图4 本发明产品的扫描电镜图片;
图5 本发明生物吸附剂固定化香菇小球对Cd的吸附动力学。
图5中显示:本发明固定化香菇小球在吸附发生的1h内,吸附率增加较快。从29.78%增加到74.74%;之后增加缓慢,200min吸附达到平衡,吸附率为86.73%。
具体实施方式:
以下结合实施例进一步阐述本发明,但并不限制本发明的内容。
实施例1:
本发明用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,该生物吸附剂是通过以下方法制备而成:
a、菌粉的制备:香菇剪去食用部分,将剩余的褐色菌柄废弃部分放于恒温干燥箱中,在50±2℃条件下烘干至恒重,冷却后进行粉碎,过筛35~100目,得到菌粉备用;
b、菌粉的预处理:将步骤a制备的5.0g菌粉与50mL NaOH溶液进行混合,NaOH溶液的浓度为24mg/L,混合后在室温条件下震荡处理4h;然后采用中速定性滤纸进行过滤,过滤后菌粉用超纯水洗涤三次,洗涤后进行冷冻干燥(冷冻干燥时的温度-50℃、冷冻时间为24h),得到预处理后的菌粉;
c、分别称取聚乙烯醇PVA和海藻酸钠SA,然后加入100mL去离子水中,加热至50~60℃进行搅拌溶解,充分溶解后冷却至45~50℃,所得溶液中聚乙烯醇PVA的质量百分浓度为8%,海藻酸钠SA的质量百分浓度为1%;接着加入步骤b预处理后的菌粉混合均匀,得到混合溶液;所得混合溶液中预处理后菌粉的质量百分浓度为3.0%;
d、采用注射器将步骤c得到的混合溶液注入2%氯化钙的饱和硼酸溶液中进行固化,混合溶液与饱和硼酸溶液二者的比例为1.5g:50mL,固化时间为10h,初次固化后得到固化小球;
e、将步骤d初次固化得到的固化小球移入浓度为1.2mol/L的NaH2PO4溶液继续固定化,固化小球与NaH2PO4溶液二者的比例为1.5g:50mL,固定化时间为6h,固定化后得到产品生物吸附剂固定化小球。
实施例2:
本发明用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,该生物吸附剂是通过以下方法制备而成:
a、菌粉的制备:香菇剪去食用部分,将剩余的褐色菌柄废弃部分放于恒温干燥箱中,在50±2℃条件下烘干至恒重,冷却后进行粉碎,过筛35~100目,得到菌粉备用;
b、菌粉的预处理:将步骤a制备的4.0g菌粉与50mL NaOH溶液进行混合,NaOH溶液的浓度为22mg/L,混合后在室温条件下震荡处理3h;然后采用中速定性滤纸进行过滤,过滤后菌粉用超纯水洗涤三次,洗涤后进行冷冻干燥(冷冻干燥时的温度-50℃、冷冻时间为24h),得到预处理后的菌粉;
c、分别称取聚乙烯醇PVA和海藻酸钠SA,然后加入100mL去离子水中,加热至60~70℃进行搅拌溶解,充分溶解后冷却至45~50℃,所得溶液中聚乙烯醇PVA的质量百分浓度为7%,海藻酸钠SA的质量百分浓度为0.8%;接着加入步骤b预处理后的菌粉混合均匀,得到混合溶液;所得混合溶液中预处理后菌粉的质量百分浓度为2.5%;
d、采用注射器将步骤c得到的混合溶液注入2%氯化钙的饱和硼酸溶液中进行固化,混合溶液与饱和硼酸溶液二者的比例为1.0g:50mL,固化时间为8h,初次固化后得到固化小球;
e、将步骤d初次固化得到的固化小球移入浓度为1.0mol/L的NaH2PO4溶液继续固定化,固化小球与NaH2PO4溶液二者的比例为1.0g:50mL,固定化时间为5h,固定化后得到产品生物吸附剂固定化小球。
实施例3:
本发明用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,该生物吸附剂是通过以下方法制备而成:
a、菌粉的制备:香菇剪去食用部分,将剩余的褐色菌柄废弃部分放于恒温干燥箱中,在50±2℃条件下烘干至恒重,冷却后进行粉碎,过筛35~100目,得到菌粉备用;
b、菌粉的预处理:将步骤a制备的7.0g菌粉与50mL NaOH溶液进行混合,NaOH溶液的浓度为26mg/L,混合后在室温条件下震荡处理6h;然后采用中速定性滤纸进行过滤,过滤后菌粉用超纯水洗涤三次,洗涤后进行冷冻干燥(冷冻干燥时的温度-50℃、冷冻时间为24h),得到预处理后的菌粉;
c、分别称取聚乙烯醇PVA和海藻酸钠SA,然后加入100mL去离子水中,加热至70~80℃进行搅拌溶解,充分溶解后冷却至45~50℃,所得溶液中聚乙烯醇PVA的质量百分浓度为10%,海藻酸钠SA的质量百分浓度为1.2%;接着加入步骤b预处理后的菌粉混合均匀,得到混合溶液;所得混合溶液中预处理后菌粉的质量百分浓度为4.0%;
d、采用注射器将步骤c得到的混合溶液注入2%氯化钙的饱和硼酸溶液中进行固化,混合溶液与饱和硼酸溶液二者的比例为2.0g:50mL,固化时间为12h,初次固化后得到固化小球;
e、将步骤d初次固化得到的固化小球移入浓度为1.5mol/L的NaH2PO4溶液继续固定化,固化小球与NaH2PO4溶液二者的比例为2.0g:50mL,固定化时间为8h,固定化后得到产品生物吸附剂固定化小球。
Claims (5)
1.一种用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,其特征在于,所述生物吸附剂是通过以下方法制备而成:
a、菌粉的制备:香菇剪去食用部分,将剩余的褐色菌柄废弃部分放于恒温干燥箱中,在50±2℃条件下烘干至恒重,冷却后进行粉碎,过筛35~100目,得到菌粉备用;
b、菌粉的预处理:将步骤a制备的菌粉与NaOH溶液进行混合,所述菌粉与NaOH溶液混合时二者加入量比例为0.8~3g:10mL,混合后在室温条件下震荡处理3~6h;然后采用中速定性滤纸进行过滤,过滤后的菌粉用超纯水洗涤3~5次,洗涤后进行冷冻干燥,得到预处理后的菌粉;
c、分别称取聚乙烯醇PVA和海藻酸钠SA,然后加入去离子水中,加热至50~90℃进行搅拌溶解,充分溶解后冷却至45~50℃,所得溶液中聚乙烯醇PVA的质量百分浓度为6~10%,海藻酸钠SA的质量百分浓度为0.6~1.2%;然后加入步骤b预处理后的菌粉混合均匀,得到混合溶液,混合溶液中预处理后菌粉的质量百分浓度为2.5~4.5%;
d、采用注射器将步骤c得到的混合溶液注入2%氯化钙的饱和硼酸溶液中进行固化,固化时间为6~16h,初次固化后得到固化小球;
e、将步骤d初次固化得到的固化小球移入NaH2PO4溶液中继续进行固定化,所述固化小球与NaH2PO4溶液二者之间加入量的比例为1~2g:50mL,固定化时间为5~8h,固定化后得到产品生物吸附剂固定化小球。
2.根据权利要求1所述的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,其特征在于:步骤b中所述NaOH溶液的浓度为22~26mg/L。
3.根据权利要求1所述的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,其特征在于:步骤b中所述冷冻干燥的冷冻温度为-50℃、冷冻时间为24h。
4.根据权利要求1所述的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,其特征在于:步骤d中所述混合溶液与饱和硼酸溶液二者之间加入量的比例为1~2g:50mL。
5.根据权利要求1所述的用于处理含镉离子废水的生物吸附剂,其特征在于:步骤e中所述NaH2PO4溶液的浓度为0.8~1.6mol/L。
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