CN107183501A - 一种螺旋藻Pb2+与Cr3+解吸附方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，用于同时对Pb²⁺与Cr³⁺的高效解吸附。第一步，螺旋藻藻泥的采收，测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量；第二步，将螺旋藻藻泥置于一定体积且pH值为pH 3.0～pH3.5的HCL中，进行重金属解吸附；第三步，重金属解吸附率计算。与现有的除去重金属方法相比，本发明显著提高了处理效率，能够同时实现对Pb²⁺与Cr³⁺的高效解吸附，大幅降低藻体中的重金属含量，且不会对藻体中的有效成分造成损害，且同时降低了企业因为重金属超标而造成的经济损失。

Description

一种螺旋藻Pb2+与Cr3+解吸附方法

技术领域

本发明涉及一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附的方法，特别适用于大生产中螺旋藻采收后，除去螺旋藻中Pb²⁺与Cr³⁺的场合。

背景技术

螺旋藻Spirulina(arthrospira)platensis是一类浮游原生植物，属于蓝藻门、蓝藻纲、段殖藻目、颤藻科的螺旋藻属(Spirulina)或节旋藻属(arthrospira)。其主要分布于热带、亚热带淡水或盐碱性湖泊当中，最早发现于非洲乍得(Chad)湖，迄今已有35亿年的历史，在光学显微镜下多为绿色或蓝绿色。一般为多细胞、细胞近圆柱状，细胞长约2μm～6μm、宽约6μm～8μm；藻体近圆柱状、呈丝状螺旋形，螺旋藻宽26μm～36μm、螺旋间距43μm～57μm、藻丝长200μm～500μm。其最适生存条件，温度为25℃～40℃，光照强度为30～35KLux，pH为7.2～9.0，盐度为20g/L～70g/L。

鄂尔多斯高原碱湖顿顶螺旋藻是一种天然的耐低温、广温型藻种，而它的发现在很大程度上满足了螺旋藻产业在我国北方发展对耐低温、广温型藻种的需求，且该藻种还具备呼吸作用低和抗高光抑制等优良特性，是螺旋藻产业化生产过程中难得的优良品种。但是目前对于螺旋藻产业的发展依旧存在许多问题，其中螺旋藻中主要重金属有Cr³⁺、Pb^{2 +}、As³⁺、Hg²⁺等重金属离子，而这些重金属离子是来于自螺旋藻对于水体中重金属的富集，螺旋藻中重金属超标不仅仅会影响螺旋藻藻粉的质量，还会对人体产生危害。而目前企业对于螺旋藻中重金属的超标的解决方式，就是用自来水反复洗涤，这样的方式虽然可以降低Pb²⁺与Cr³⁺解吸附的方法的含量，但是还是存在重金属的超标问题，企业迫切需要一个既可以极大降低重金属含量又可以减少对于螺旋藻细胞损耗的方法。而本发明为降低螺旋藻中Pb²⁺与Cr³⁺解吸附的方法吸附提出的一种方法，并且已运用实践生产中。

发明内容

为了降低目前大生产中螺旋藻中的重金属含量，提高处理效率，同时不损伤螺旋藻中的营养物质，本发明提供了一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，用于同时对Pb²⁺与Cr³⁺的高效解吸附，

其特征在于，包括以下步骤：

第一步：螺旋藻藻泥的采收，测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量，具体为：

①用一定目的滤膜对螺旋藻藻液进行过滤，收集藻体；

②测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量c₀；

第二步：将采收的螺旋藻藻泥进行重金属的解吸附，具体如下：

①配置pH为pH 3.0～3.5的HCL；

②将过滤的螺旋藻藻泥置于一定体积且pH值为pH 3.0～pH3.5的HCL中，并将混合液放置于光电摇床内，在温度20～30℃、转速150～300r/min的条件下使螺旋藻对重金属进行充分解吸附，解吸附时间1.5h；螺旋藻细胞膜带负电荷，加HCL后H⁺会和重金属离子形成竞争性吸附，从而重金属会从螺旋藻的细胞表面解吸附下来；

③对步骤②中的混合液进行过滤，将藻体与解吸液分离，取滤液进行测量重金属离子浓度；取测定浓度平均值为c₁；

④将藻泥进行烘干得到藻粉；

第三步：重金属解吸附率计算：

计算螺旋藻重金属解吸附率S的计算公式：

选取食用级HCL。

作为进一步优选的技术方案，所用HCL为分吸纯，可以和培养基的NaHCO₃生成NaCl增加培养基的必要盐度。

作为进一步优选的技术方案，当HCL的PH为pH 3.0～3.5时，得到Cr³⁺的最佳解吸附率为S＝84.47％。

作为进一步优选的技术方案，当HCL的PH为pH 3.0～3.5时，得到Pb²⁺的最佳解吸附率为S＝46.73％。

作为进一步优选的技术方案，优选HCL的PH为3.5，在该PH值下Pb²⁺与Cr³⁺解吸附率均达到最大值。

作为进一步优选的技术方案，如果加入的HCL浓度过大则会破会细胞中的营养物质，如果加入的HCL浓度过小又不能达到使H⁺和重金属离子形成竞争性吸附从而影响解吸附的效率。

作为进一步优选的技术方案，应选取处于对数生长期的螺旋藻藻液，因为处于对数生长期的螺旋藻藻丝体较大且死藻较少易于过滤。

作为进一步优选的技术方案，所述第三部分的步骤①，用HCl作为重金属的解吸液不仅成本相对较低而且因为螺旋藻本身生长在碱性环境中且碱性较强，因此本专利所选HCl浓度不会影响整体的pH值而且不会对螺旋藻的藻丝体造成较大影响。

作为进一步优选的技术方案，所述第二部分的步骤①中所配制的HCl溶液的pH值精确控制在±0.1内，为后期计算螺旋藻重金属解吸附率的准确性奠定基础。

作为进一步优选的技术方案，螺旋藻细胞膜带负电荷，而重金属离子带正电荷，因此重金属离子会牢牢的吸附于螺旋藻细胞表面，而加入一定pH的HCl后，H⁺会和重金属离子形成竞争性吸附，导致重金属离子与细胞表面分离，从而达到解吸附的目的。

作为进一步优选的技术方案，加入不同pH的HCl对螺旋藻进行重金属的解吸附，如果加入的HCl浓度过大则会破会细胞中的营养物质，如果加入的HCl浓度过小又不能达到使H+和重金属离子形成竞争性吸附从而影响解吸附的效率。

作为进一步优选的技术方案，所述第二部分的步骤①具体为：用pH为1.0的HCl配置pH分别为3.00～5.00浓度的HCl，且配制的过程中中酸度计进行测量校准，误差范围为±0.10

作为进一步优选的技术方案，所述第三部分的步骤②中为了使解吸附效果明显，要将已经吸附重金属离子的螺旋藻藻泥与不同浓度的HCl放置于光电摇床上进行混合，以保证解吸附效果的明显。

作为进一步优选的技术方案，本实验过程均在500ml的三角瓶内完成，这样便于下一步实验的进行。

作为进一步优选的技术方案，所述第二部分的步骤②中pH越大，理论上重金属的解吸附率也就越高，因此可以分析出一定的pH范围内，重金属的解吸附率的最高点，对解吸附的具体pH控制做出判断。

作为进一步优选的技术方案，所述第二部分的步骤④中测出pH对于某个单一的重金属离子的解吸附率，而本实验所用的重金属离子均为企业生产中经常检测的重金属离子，因此通过这些数据可以为企业对于多种重金属解吸附提供指导性方案。

本发明技术效果显著，主要体现在

1)螺旋藻细胞表面带有负电荷，而重金属离子带正电荷，因此在螺旋藻的大生产过程中，螺旋藻会不断的积累培养液中的重金属离子，因此加入一定浓度的HCl会使重金属离子与H⁺形成竞争性吸附，这样重金属离子便会从细胞表面脱落下来，但是如果加入的HCl浓度过大则会破会藻细胞中的营养物质，如果加入的浓度过小则会影响重金属的解吸附效率，因此，选取PH值在3.00～3.50，能够同时实现铬离子和铅离子的高效解吸附，大于或小于这一数值范围，解吸附效率均大大下降，可以说取得了预料不到的技术效果。

2)本发明所述方法与现有技术的单纯水洗法相比，具有对不仅对螺旋藻藻细胞损伤程度小，单批次处理量大，而且螺旋藻的藻液本身显强碱性，加入的HCl对螺旋藻本身的pH值影响较小，而且操作程序简单，对产品后续处理没有任何影响并且可以提高螺旋藻藻粉的质量，因此大大降低螺旋藻因重金属超标造成的经济损失，使螺旋藻藻粉的质量大大提升，使企业经济效益显著增长，对于螺旋藻产业的发展和产业链的优化具有意义重大。

具体实施方式：

以下实施例用于说明本发明，便于更好的理解本发明，但不用于限制本发明。本实施例中所涉及的实验技术为本领域技术人员所熟知的常用技术，实验材料和试剂，如未特别说明，均为市售商品。

解吸附方法：

螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，用于同时对Pb²⁺与Cr³⁺的高效解吸附，包括以下步骤：

第一步：螺旋藻藻泥的采收，测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量，具体为：

③用一定目的滤膜对螺旋藻藻液进行过滤，收集藻体；

④测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量c₀；

第二步：将采收的螺旋藻藻泥进行重金属的解吸附，具体如下：

⑤配置pH为pH 3.0～3.5的HCL；

⑥将过滤的螺旋藻藻泥置于一定体积且pH值为pH 3.0～pH3.5的HCL中，并将混合液放置于光电摇床内，在温度20～30℃、转速150～300r/min的条件下使螺旋藻对重金属进行充分解吸附，解吸附时间1.5h；螺旋藻细胞膜带负电荷，加HCL后H⁺会和重金属离子形成竞争性吸附，从而重金属会从螺旋藻的细胞表面解吸附下来；

⑦对步骤②中的混合液进行过滤，将藻体与解吸液分离，取滤液进行测量重金属离子浓度；取测定浓度平均值为c₁；

⑧将藻泥进行烘干得到藻粉；

第三步：重金属解吸附率计算：

计算螺旋藻重金属解吸附率S的计算公式：

实验过程：

该实验过程用以验证数值范围的选取已达到最佳的解吸附效果。同时配合实验数据以证明本申请所取得的技术效果。实验过程如下：

第一部分：螺旋藻藻泥的采收，测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量；具体为，

⑤用一定目的滤膜对螺旋藻藻液进行过滤，收集藻体；

⑥测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量c₀

第二部分：将采收的螺旋藻进行重金属的解吸附；具体如下：

⑨分别用pH仪配置pH分别为pH 3.0～5.0的HCl若干备用。

⑩将过滤的螺旋藻藻泥分别置于一定体积且pH值分别为pH 3.0～pH5.0的盐酸中，并将混合液放置于光电摇床内(温度20～30℃、转速150～300r/min)使螺旋藻对重金属进行充分解吸附，解吸附时间1.5h，使其充分解吸附；

对第二步中的混合液分别进行过滤，将藻体与解吸液分离，取滤液进行测量重金属离子浓度；取测定浓度平均值为c₁

将藻泥进行烘干得到藻粉；

第三部分：重金属解吸附率计算；

分别计算螺旋藻重金属解吸附率S的计算公式：

其中第二部分的步骤②具体为：将吸附重金属的螺旋藻藻泥进行过滤后分别向两组加入经过滤的藻泥中加入pH分别为3.0～5.0的HCL50～300ml将藻泥与不同浓度的HCL充分混合后放到光电摇床(温度25～30℃、转速150～300r/min)上进行充分解吸附，解吸附时间1.5～3.0h。

经换算得出结论：Cr³⁺在pH＝3.00～3.50左右和Pb²⁺在pH＝3.00～3.50时解吸附率最高，而本实验所用的pH梯度在企业也是切实可行的。

表1和2给出了实施例1和实施例2的实验结果对比汇总，具体的各实施例的技术方案如下：

实施例1：Cr³⁺在pH＝3.00～5.00时的解吸附实验

实验材料及设备：光电摇床、原子分光光度计、三角瓶、天平等仪器

实验条件：常温常压

藻泥质量：10.000g(±0.003g)

解吸附液pH值：pH＝3.00～5.00(±0.01)

解吸附时间：每次试验1.5小时

实验结果：

解吸附率分别为S＝84.47％、S＝70.00％、S＝36.68％、S＝26.55％、S＝21.46％

实施例2：Pb²⁺在pH＝3.00～5.00时的解吸附实验

实验材料及设备：光电摇床、原子分光光度计、三角瓶、天平等仪器

实验条件：常温常压

藻泥质量：10.000g(±0.003g)

解吸附液pH值：pH＝3.00～5.00(±0.01)

解吸附时间：每次试验1.5小时

实验结果：解吸附率分别为S＝46.73％、S＝46.69％、S＝45.22％、S＝32.51％、S＝30.05％

表1：Cr³⁺实验详细结果

表2：Pb²⁺实验详细结果：

Claims (7)

1.一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，用于同时对Pb²⁺与Cr³⁺的高效解吸附，

其特征在于，包括以下步骤：

第一步：螺旋藻藻泥的采收，测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量，具体为：

用一定目的滤膜对螺旋藻藻液进行过滤，收集藻体；

测定未进行解吸附的螺旋藻中的重金属含量c₀；

第二步：将采收的螺旋藻藻泥进行重金属的解吸附，具体如下：

配置pH为pH 3.0～3.5的HCL；

将过滤的螺旋藻藻泥置于一定体积且pH值为pH 3.0～pH3.5的HCL中，并将混合液放置于光电摇床内，在温度20～30℃、转速150～300r/min的条件下使螺旋藻对重金属进行充分解吸附，解吸附时间1.5h；螺旋藻细胞膜带负电荷，加HCL后H⁺会和重金属离子形成竞争性吸附，从而重金属会从螺旋藻的细胞表面解吸附下来；

对步骤②中的混合液进行过滤，将藻体与解吸液分离，取滤液进行测量重金属离子浓度；取测定浓度平均值为c₁；

将藻泥进行烘干得到藻粉；

第三步：重金属解吸附率计算：

计算螺旋藻重金属解吸附率S的计算公式：

<mrow> <mi>S</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>c</mi> <mn>0</mn> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>.</mo> </mrow>

2.根据权利要求1所述的一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，其特征在于：选取食用级HCL。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，其特征在于：所用HCL为分吸纯，能够和培养基的NaHCO₃生成NaCl增加培养基的必要盐度。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，其特征在于，当HCL的PH为pH 3.0～3.5时，得到Cr³⁺的最佳解吸附率为S＝84.47％。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，其特征在于，当HCL的PH为pH 3.0～3.5时，得到Pb²⁺的最佳解吸附率为S＝46.73％。

6.根据权利要求1所述的一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，其特征在于，优选HCL的PH为3.5，在该PH值下Pb²⁺与Cr³⁺解吸附率均达到最大值。

7.根据权利要求1所述的一种螺旋藻Pb²⁺与Cr³⁺解吸附方法，其特征在于，如果加入的HCL浓度过大则会破会细胞中的营养物质，如果加入的HCL浓度过小又不能达到使H⁺和重金属离子形成竞争性吸附从而影响解吸附的效率。