CN107469783B - 一种生物质金属吸附剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及吸附剂制备技术领域，具体涉及一种生物质金属吸附剂的制备方法。本发明利用微生物将水果中氨基酸降解，产生大量氨基、羧基和羟基，用其培养鞭毛藻，鞭毛藻生长过程中分泌出的粘液积聚有机成分形成生物粘泥，再将活性氨基、羧基和羟基接枝到生物粘泥表面，一方面生物粘泥具有吸附集聚金属离子的作用，另一方面生物表面接枝的基团具有螯合性，可以提高吸附剂的吸附效果，通过微爆破处理，增加了吸附剂的孔隙率以及比表面积，直接提高了吸附剂的吸附容量，再利用负载的黄孢原毛平革菌与被吸附的金属离子发生结合或交换的一些化学基团消除、屏蔽或暴露，从而提高吸附剂对金属离子的吸附量，并改善生物质吸附剂对金属离子的吸附效果。
Description
技术领域
本发明涉及吸附剂制备技术领域，具体涉及一种生物质金属吸附剂的制备方法。
背景技术
金属资源在人类生活的各个方面有着广泛的用途，对于人类社会起着不可替代的作用。随着经济和科技突飞猛进的发展，金属矿产资源的日益消耗，合理有效地开发天然矿产资源、充分回收二次资源已成为世界各国的重要目标。特别是工业的飞速发展带来了生态破坏和环境污染，预防和治理金属污染已经成为世界各国亟待解决的重点问题之一。
对于大部分有价金属的回收或有害金属的去除，湿法比火法更有优越性，因而应用更广。湿法需要先将其以离子的形式转移到溶液中。从溶液中分离金属离子的方法很多，其中，固体吸附由于能耗低、操作简单、效率高、环境污染小、选择性高等优点一直以来受到广泛重视。固体吸附技术的关键是要制备出吸附容量大、分离效率高、成本低廉、可再生且环境相容性好的固体吸附剂。
生物吸附剂是固体吸附剂的典型代表。生物吸附为通过生物质及其衍生材料从溶液中吸附金属离子及其络合物。生物质资源化是国际生物质产业发展的重要方向。但是目前生物质金属吸附剂的吸附容量低，且吸附效果差。
因此发明一种具有高吸附容量且吸附效果好的新型生物质金属吸附剂对吸附剂制备技术领域的发展具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前常见的生物质吸附材料存在吸附容量低，且吸附效果差的缺陷，提供了一种生物质金属吸附剂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种生物质金属吸附剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）收集腐烂的水果放入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后取出发酵产物，研磨处理得到发酵细料；
（2）将上述发酵细料和水混合后得到混合浆料，将得到的混合浆料注入培养室中的培养池中；
（3）待上述混合浆料注入完成后，向混合浆料中投入鞭毛藻，并调节培养室中温度，控制光照强度，静置培养，直至鞭毛藻表面长满粘泥；
（4）用筛网打捞出培养后的鞭毛藻，并将其放入爆破装置中，微爆破处理，得到微爆破鞭毛藻，将得到的微爆破鞭毛藻和黄孢原毛平革菌菌悬液混合，得到培养底物；
（5）将上述培养底物装入陶瓷罐中，将陶瓷罐放入温室中，自然静置培养5～7天，培养结束后，取出培养产物过滤，分离得到滤渣，将滤渣冷冻干燥后即得生物质金属吸附剂。
所述的水果为苹果、橙子、百香果、猕猴桃或葡萄中的任意一种。
所述的密封发酵的温度为35～45℃，密封发酵的时间为7～10天。
所述的发酵细料和水的质量比为1:20，培养池的尺寸为2m×2m×1m。
所述的鞭毛藻的投加量为1.0～1.5kg/m3，调节培养室中温度为28～32℃，控制光照强度为6000～7000Lx，静置培养时间为15～20天。
所述的微爆破处理的压力为0.5～0.6MPa，微爆破处理的时间为3～5s，微爆破鞭毛藻和黄孢原毛平革菌菌悬液的质量比为5:1，黄孢原毛平革菌菌悬液的浓度为105cfu/mL。
所述的温室的温度为40～50℃，空气相对湿度为60～70%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先收集富含氨基酸的腐烂水果，将腐烂的水果密封发酵，利用微生物将水果中富含的氨基酸降解，产生大量活性氨基、羧基和羟基，再将发酵料研磨细化后和水混合作为培养液，一方面利用其中的营养物质来培养单细胞鞭毛藻，鞭毛藻生长过程中分泌出的粘液积聚培养液中的有机成分，逐渐形成具有粘性的生物粘泥负载在鞭毛藻表面，在微生物的自交联作用下将培养液中的活性氨基、羧基和羟基接枝到生物粘泥表面，用其作为金属吸附剂，一方面生物粘泥具有吸附集聚金属离子的作用，另一方面生物表面接枝的羧基、羟基基团具有金属离子螯合性，可以进一步提高吸附剂的吸附效果；
（2）本发明通过对鞭毛藻进行微爆破处理，在保持鞭毛藻本身力学性及外观完整的条件下，在加压和瞬间释压过程中鞭毛藻内部产生压力差，使得鞭毛藻内部形成由内向外冲击的高压气流，在该高压气流的作用下，鞭毛藻细胞壁和纹孔膜等薄弱组织被破坏，形成新的流体通道，从而增加了吸附剂的孔隙率以及比表面积，直接提高了吸附剂的吸附容量，另外鞭毛藻表面的生物粘泥本身具有极大的吸附容量，进一步增大了吸附剂的吸附量；
（3）本发明通过鞭毛藻表面负载的生物粘泥为黄孢原毛平革菌提供负载位点，负载黄孢原毛平革菌后，利用微生物与被吸附的金属离子发生结合或交换的一些化学基团消除、屏蔽或暴露，从而提高吸附剂对金属离子的吸附量，并改善生物质吸附剂对金属离子的吸附效果。
具体实施方式
收集腐烂的水果放入发酵罐中，密封罐口在35～45℃下密封发酵7～10天，发酵结束后取出发酵产物，并放入球磨罐中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，研磨处理20～30min得到发酵细料；将发酵细料和水按质量比为1:20混合后用磁力搅拌机以200～300r/min的转速搅拌混合20～30min得到混合浆料，将得到的混合浆料注入培养室中尺寸为2m×2m×1m的培养池中；待混合浆料注入完成后，按投加量为1.0～1.5kg/m3向混合浆料中投入鞭毛藻，并调节培养室中温度为28～32℃，控制光照强度为6000～7000Lx，静置培养15～20天，直至鞭毛藻表面长满粘泥；用筛网打捞出培养后的鞭毛藻，并将其放入爆破装置中，在0.5～0.6MPa的压力下微爆破处理3～5s，出料得到微爆破鞭毛藻，将得到的微爆破鞭毛藻和浓度为105cfu/mL的黄孢原毛平革菌菌悬液按质量比为5:1混合，得到培养底物；将培养底物装入陶瓷罐中，将陶瓷罐放入温度为40～50℃，空气相对湿度为60～70%的温室中，自然静置培养5～7天，培养结束后，取出培养产物过滤，分离得到滤渣，将滤渣冷冻干燥后即得生物质金属吸附剂。所述的水果为苹果、橙子、百香果、猕猴桃或葡萄中的任意一种。
实例1
收集腐烂的水果放入发酵罐中，密封罐口在35℃下密封发酵7天，发酵结束后取出发酵产物，并放入球磨罐中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，研磨处理20min得到发酵细料；将发酵细料和水按质量比为1:20混合后用磁力搅拌机以200r/min的转速搅拌混合20min得到混合浆料，将得到的混合浆料注入培养室中尺寸为2m×2m×1m的培养池中；待混合浆料注入完成后，按投加量为1.0kg/m3向混合浆料中投入鞭毛藻，并调节培养室中温度为28℃，控制光照强度为6000Lx，静置培养15天，直至鞭毛藻表面长满粘泥；用筛网打捞出培养后的鞭毛藻，并将其放入爆破装置中，在0.5MPa的压力下微爆破处理3s，出料得到微爆破鞭毛藻，将得到的微爆破鞭毛藻和浓度为105cfu/mL的黄孢原毛平革菌菌悬液按质量比为5:1混合，得到培养底物；将培养底物装入陶瓷罐中，将陶瓷罐放入温度为40℃，空气相对湿度为60%的温室中，自然静置培养5天，培养结束后，取出培养产物过滤，分离得到滤渣，将滤渣冷冻干燥后即得生物质金属吸附剂。所述的水果为苹果、橙子、百香果、猕猴桃或葡萄中的任意一种。
实例2
收集腐烂的水果放入发酵罐中，密封罐口在40℃下密封发酵8天，发酵结束后取出发酵产物，并放入球磨罐中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，研磨处理25min得到发酵细料；将发酵细料和水按质量比为1:20混合后用磁力搅拌机以250r/min的转速搅拌混合25min得到混合浆料，将得到的混合浆料注入培养室中尺寸为2m×2m×1m的培养池中；待混合浆料注入完成后，按投加量为1.3kg/m3向混合浆料中投入鞭毛藻，并调节培养室中温度为30℃，控制光照强度为6500Lx，静置培养18天，直至鞭毛藻表面长满粘泥；用筛网打捞出培养后的鞭毛藻，并将其放入爆破装置中，在0.5MPa的压力下微爆破处理4s，出料得到微爆破鞭毛藻，将得到的微爆破鞭毛藻和浓度为105cfu/mL的黄孢原毛平革菌菌悬液按质量比为5:1混合，得到培养底物；将培养底物装入陶瓷罐中，将陶瓷罐放入温度为45℃，空气相对湿度为65%的温室中，自然静置培养6天，培养结束后，取出培养产物过滤，分离得到滤渣，将滤渣冷冻干燥后即得生物质金属吸附剂。所述的水果为苹果、橙子、百香果、猕猴桃或葡萄中的任意一种。
实例3
收集腐烂的水果放入发酵罐中，密封罐口在45℃下密封发酵10天，发酵结束后取出发酵产物，并放入球磨罐中，按球料质量比为20:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，研磨处理30min得到发酵细料；将发酵细料和水按质量比为1:20混合后用磁力搅拌机以300r/min的转速搅拌混合30min得到混合浆料，将得到的混合浆料注入培养室中尺寸为2m×2m×1m的培养池中；待混合浆料注入完成后，按投加量为1.5kg/m3向混合浆料中投入鞭毛藻，并调节培养室中温度为32℃，控制光照强度为7000Lx，静置培养20天，直至鞭毛藻表面长满粘泥；用筛网打捞出培养后的鞭毛藻，并将其放入爆破装置中，在0.6MPa的压力下微爆破处理5s，出料得到微爆破鞭毛藻，将得到的微爆破鞭毛藻和浓度为105cfu/mL的黄孢原毛平革菌菌悬液按质量比为5:1混合，得到培养底物；将培养底物装入陶瓷罐中，将陶瓷罐放入温度为50℃，空气相对湿度为70%的温室中，自然静置培养7天，培养结束后，取出培养产物过滤，分离得到滤渣，将滤渣冷冻干燥后即得生物质金属吸附剂。所述的水果为苹果、橙子、百香果、猕猴桃或葡萄中的任意一种。
对照例
以江苏省某公司生产的柚子皮金属离子吸附剂作为对照例
分别对本发明和对照例中的吸附剂进行吸附容量测定；
将上述实施例所得吸附剂与对照例的吸附剂按相应使用量分别投加至重金属废水中，投加结束，搅拌40min并静置后，分离得上清液即为处理后的重金属废水，然后检测处理后的重金属废水中的重金属离子含量，具体检测结果如表1所示：
表1
由上表中检测数据可知，本发明制得的生物质金属吸附剂具有较大的吸附容量，吸附效果极佳，具有广阔的应用前景。
Claims (7)
1.一种生物质金属吸附剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）收集腐烂的水果放入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后取出发酵产物，研磨处理得到发酵细料；
（2）将上述发酵细料和水混合后得到混合浆料，将得到的混合浆料注入培养室中的培养池中；
（3）待上述混合浆料注入完成后，向混合浆料中投入鞭毛藻，并调节培养室中温度，控制光照强度，静置培养，直至鞭毛藻表面长满粘泥；
（4）用筛网打捞出培养后的鞭毛藻，并将其放入爆破装置中，微爆破处理，得到微爆破鞭毛藻，将得到的微爆破鞭毛藻和黄孢原毛平革菌菌悬液混合，得到培养底物；
（5）将上述培养底物装入陶瓷罐中，将陶瓷罐放入温室中，自然静置培养5～7天，培养结束后，取出培养产物过滤，分离得到滤渣，将滤渣冷冻干燥后即得生物质金属吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种生物质金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的水果为苹果、橙子、百香果、猕猴桃或葡萄中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种生物质金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的密封发酵的温度为35～45℃，密封发酵的时间为7～10天。
4.根据权利要求1所述的一种生物质金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的发酵细料和水的质量比为1:20，培养池的尺寸为2m×2m×1m。
5.根据权利要求1所述的一种生物质金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的鞭毛藻的投加量为1.0～1.5kg/m3，调节培养室中温度为28～32℃，控制光照强度为6000～7000Lx，静置培养时间为15～20天。
6.根据权利要求1所述的一种生物质金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的微爆破处理的压力为0.5～0.6MPa，微爆破处理的时间为3～5s，微爆破鞭毛藻和黄孢原毛平革菌菌悬液的质量比为5:1，黄孢原毛平革菌菌悬液的浓度为105cfu/mL。
7.根据权利要求1所述的一种生物质金属吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的温室的温度为40～50℃，空气相对湿度为60～70%。
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