CN109593751B - 一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法 - Google Patents

一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,具体步骤为:将海藻酸钠水溶液与琼脂水溶液共混后水浴加热并维持在60±5℃,再在搅拌状态下加入预处理硅藻土及改性活性炭粉末,或者将琼脂水溶液加热至115~120℃灭菌后在搅拌状态下直接加入海藻酸钠水溶液、预处理硅藻土及改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入净水菌剂和净水微藻,混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入氯化钙水溶液固化,最后用去离子水洗净沥干备用。本发明制备方法简单,对设备无特殊要求,可操作性强,具有广阔应用前景的菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,得到的菌藻改性活性炭微胶囊具有成本低,具有脱氮除磷及物理吸附等多重功能。

Description

一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域,尤其是涉及一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法。
背景技术
微胶囊固定化微生物是生物同定化技术刚中的一种方法。它是指将微生物、动植物细胞或酶、蛋白质等生物大分子包封在一层亲水性的半透膜内所形成的珠状微胶囊,使细胞和生物大分子阻隔在微胶囊膜内或膜外,而氧气和其它小分子物质可以自有通过微生物膜进行物质传递,从而达到培养和免疫隔离的目的。而制备良好且可控制的生物微胶囊是进行微生物细胞固定化的前提。
现在比较常用的生物微胶囊体系为海藻酸-钙微胶囊体系或海藻酸钠-壳聚糖微胶囊体系。上述生物微胶囊体系为双组分体系,不能适应多变的环境需要,在使用上存在较大的局限性。
另外,申请公布号CN105296460A的中国专利公开了一种用于废水处理的微生物胶囊,包括胶囊壳体和胶囊壳体内部的微生物复合物,所述微生物复合物包括质量百分含量为80~85%的微生物菌剂、10~12%的微孔淀粉和3~10%的活性炭粉,其制备方法包括步骤一、制备微生物菌剂;步骤二、将微生物菌剂、微孔淀粉和活性炭粉混合均匀,培养得到微生物菌剂-微孔淀粉-活性炭粉的微生物复合物;步骤三、制备微生物胶囊。该微生物胶囊存在以下缺陷:(1)只包埋了微生物菌剂,并不具有脱氮除磷的功效,使用存在较大的局限性;(2)采用两次包埋,制备方法较为复杂。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种制备方法简单,对设备无特殊要求,可操作性强,同时包埋净水菌剂和净水微藻,具有广阔应用前景的菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,得到的菌藻改性活性炭微胶囊具有成本低,具有脱氮除磷及物理吸附等多重功能,能适应多变的环境需要。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,具体步骤为:将海藻酸钠水溶液与琼脂水溶液共混后水浴加热并维持在60±5℃,再在搅拌状态下加入预处理硅藻土及改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入净水菌剂和净水微藻,混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入氯化钙水溶液正固化,最后用去离子水洗净沥干备用;或者将琼脂水溶液加热至115~120℃灭菌后在搅拌状态下直接加入海藻酸钠水溶液、预处理硅藻土及改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入净水菌剂和净水微藻,混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入氯化钙水溶液固化,最后用去离子水洗净沥干备用。本发明中选择琼脂为成型物质,以海藻酸钠为微胶囊壁材物质、以预处理硅藻土为芯材物质采用界面络合法形成微胶囊,再以物理吸附法结合具有良好吸附能力的改性活性炭及净水菌剂和净水微藻而制得一种新型多组分的菌藻改性活性炭微胶囊,从多方面调控微胶囊性能适应多变的实际环境需要,也使化学包埋法、物理吸附及微生物处理相结合,为生物固定化法处理有机废水提供一种新的尝试。本发明制备方法简单,对设备无特殊要求,可操作性强,具有广阔应用前景的菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,得到的菌藻改性活性炭微胶囊具有成本低,具有脱氮除磷及物理吸附等多重功能;若将琼脂水溶液加热至115~120℃灭菌后在搅拌状态下直接加入海藻酸钠水溶液、预处理硅藻土及改性活性炭粉末,可免去水浴60℃加热的麻烦,且不会出现凝固现象。
作为优选,所述海藻酸钠水溶液的质量浓度为2~3%,海藻酸钠水溶液的加入量为100g;所述琼脂水溶液的质量浓度为1.4~2.1%,琼脂水溶液的加入量为 100g;预处理硅藻土的加入量为6~7g;改性活性炭粉末的加入量为1~5g;所述净水菌剂添加量为107~109次方;所述净水微藻的添加量为100~120万个;所述氯化钙水溶液的质量浓度为1~2%。限定各组分的浓度、添加量及固化交联时间,得到的微胶囊处理效果最好,尤其是改性活性炭粉末,其添加量的多少会直接影响成囊性能,因此本发明中需要限定改性活性炭粉末的添加量。
作为优选,所述净水菌剂为戴尔福特菌AZH-15、施氏假单胞菌AH-7、解糖假苍白杆菌NOB-4中的一种或多种;所述净水微藻为小球藻CS-3。戴尔福特菌AZH-15(Delftiatsuruhatensis AZH-15)已于2018年1月12日保藏于中国典型培养物保藏中心,地址:中国、武汉、武汉大学,保藏编号CCTCC NO:M2018025;施氏假单胞菌AH-7(Pseudomonas stutzeriAH-7)已于2018年1月12日保藏于中国典型培养物保藏中心,地址:中国、武汉、武汉大学,保藏编号CCTCC NO:M2018027;解糖假苍白杆菌NOB-4(Pseudochrobactrum saccharolyticumNOB-4)已于2018年1月12日保藏于中国典型培养物保藏中心,地址:中国、武汉、武汉大学,保藏编号CCTCC NO:M2018026;小球藻CS-3(Chlorella sorokiniana strain CS-3)已于2017年8月31日保藏于中国典型培养物保藏中心,地址:中国、武汉、武汉大学,保藏编号CCTCC NO:M2017461。
作为优选,所述海藻酸钠水溶液通过以下方法制得:取干燥烧杯称取海藻酸钠20g,然后加入75mL70%乙醇摇匀形成悬浊液,再快速冲入1000mLddH2O,搅拌均匀置于常温下备用。海藻酸钠可提前一天配置。
作为优选,所述琼脂水溶液通过以下方法制得:取2L锥形瓶称取21g琼脂加入1000mLddH2O,115℃灭菌20min,灭菌完毕取出备用。
作为优选,所述改性活性炭粉末通过以下方法制得:将活性炭粉末置于40%柠檬酸溶液中,活性炭粉末与柠檬酸溶液的质量体积(g/ml)比为1:(1~1.5),在温度25~30℃下振荡至少2h后静置至少24h,过滤、干燥后,在流量为 100~150cm3/min的N2流下进行活化,活化温度为300~500℃,活化时间2~4h,冷却后即得改性活性炭粉末。本发明中对活性炭粉末进行改性,使得活性炭粉末表面具有酸性基团从而具有极性,从而能均匀分散吸附在由极性的海藻酸钠形成的微胶囊内壁上,同时具有更好的物理吸附效果。
作为优选,所述预处理硅藻土通过以下方法制得:将硅藻土加入水中搅拌均匀得矿浆,硅藻土与水的质量比为(3~4):10;调节矿浆pH至8~9后静置沉降至少24h,倾去悬浮液,沉淀物用去离子水洗涤至中性,烘干,加入2.5~3mol/L 的硫酸中,搅拌1~2h,过滤,用去离子水洗涤至中性,真空抽滤,烘干,即得预处理硅藻土。对硅藻土进行预处理(提纯),以除去硅藻土中的杂质,提高其吸附能力,有利于微胶囊的形成及提高吸附效果。
因此,本发明具有如下有益效果:制备方法简单,对设备无特殊要求,同时包埋净水菌剂和净水微藻,可操作性强,具有广阔应用前景,得到的菌藻改性活性炭微胶囊成本低,具有脱氮除磷及物理吸附等多重功能,应用范围广泛。
附图说明
图1是本发明中硝酸盐降解趋势图。
图2是本发明中氨氮降解趋势图。
图3是本发明中总磷降解趋势图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中,若非特指,所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的,下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域常规方法。
正交试验
将海藻酸钠水溶液与琼脂水溶液共混后水浴加热并维持在60±5℃,再在搅拌状态下加入预处理硅藻土及改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入净水菌剂和净水微藻,混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入氯化钙水溶液正固化,最后用去离子水洗净沥干备用。
其中,海藻酸钠水溶液通过以下方法制得:取干燥烧杯称取海藻酸钠20g,然后加入75mL70%乙醇摇匀形成悬浊液,再快速冲入1000mLddH2O,搅拌均匀置于常温下备用。
琼脂水溶液通过以下方法制得:取2L锥形瓶称取21g琼脂加入 1000mLddH2O,115℃灭菌20min,灭菌完毕取出备用;
改性活性炭粉末通过以下方法制得:将活性炭粉末置于40%柠檬酸溶液中,活性炭粉末与柠檬酸溶液的质量体积(g/ml)比为1:1,在温度25℃下振荡至少 2h后静置至少24h,过滤、干燥后,在流量为100cm3/min的N2流下进行活化,活化温度为300℃,活化时间4h,冷却后即得改性活性炭粉末。
预处理硅藻土通过以下方法制得:将硅藻土加入水中搅拌均匀得矿浆,硅藻土与水的质量比为3:10;调节矿浆pH至8后静置沉降至少24h,倾去悬浮液,沉淀物用去离子水洗涤至中性,烘干,加入2.5mol/L的硫酸中,搅拌1h,过滤,用去离子水洗涤至中性,真空抽滤,烘干,即得预处理硅藻土。
采用如表1所示的L16(45)正交表安排试验以获得最优组合,试验方案及结果数据如表2所示,硝酸盐降解趋势、氨氮降解趋势、总磷降解趋势分别如图1、图2、图3所示。
表1因素水平表
Figure RE-GDA0001830746690000041
Figure RE-GDA0001830746690000051
表2试验方案及结果数据表
Figure RE-GDA0001830746690000052
从表2、图1、图2及图3可以看出,对硝酸盐降解的影响中,琼脂、海藻酸钠和预处理硅藻土的贡献大于氯化钙浓度和交联时间;对氨氮降解的影响大小为:海藻酸钠>琼脂;对总磷的降解影响为:海藻酸钠>琼脂;氯化钙浓度对藻细胞生长量的影响最大,因此综合考虑,确定海藻酸钠水溶液的质量浓度为 2~3%,海藻酸钠水溶液的加入量为100g;琼脂水溶液的质量浓度为1.4~2.1%,琼脂水溶液的加入量为100g;预处理硅藻土的加入量为6~7g;改性活性炭粉末的加入量为1~5g;净水菌剂的添加量为107~109次方;净水微藻的添加量为 100~120万个;氯化钙水溶液的质量浓度为1~2%。
实施例1
将100g质量浓度为2%的海藻酸钠水溶液与100g质量浓度为1.4%的琼脂水溶液共混后水浴加热并维持在60±5℃,再在搅拌状态下加入6g预处理硅藻土及1g改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入107次方的净水菌剂(戴尔福特菌AZH-15)和100万个净水微藻(小球藻CS-3),混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入质量浓度为1%的氯化钙水溶液正固化,最后用去离子水洗净沥干备用即可。
其中,所述琼脂水溶液通过以下方法制得:取2L锥形瓶称取21g琼脂加入1000mLddH2O,115℃灭菌20min,灭菌完毕取出备用;
改性活性炭粉末通过以下方法制得:将活性炭粉末置于40%柠檬酸溶液中,活性炭粉末与柠檬酸溶液的质量体积(g/ml)比为1:1,在温度25℃下振荡至少 2h后静置至少24h,过滤、干燥后,在流量为100cm3/min的N2流下进行活化,活化温度为300℃,活化时间4h,冷却;
预处理硅藻土通过以下方法制得:将硅藻土加入水中搅拌均匀得矿浆,硅藻土与水的质量比为3:10;调节矿浆pH至8后静置沉降至少24h,倾去悬浮液,沉淀物用去离子水洗涤至中性,烘干,加入2.5mol/L的硫酸中,搅拌1h,过滤,用去离子水洗涤至中性,真空抽滤,烘干。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于:将琼脂水溶液加热至115℃灭菌后在搅拌状态下直接加入海藻酸钠水溶液、预处理硅藻土及改性活性炭粉末,其余与实施例1完全相同。
实施例3
将100g质量浓度为2.5%的海藻酸钠水溶液与100g质量浓度为1.8%的琼脂水溶液共混后水浴加热并维持在60±5℃,再在搅拌状态下加入6.5g预处理硅藻土及2g改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入108次方的净水菌剂(戴尔福特菌AZH-15与施氏假单胞菌AH-7)和110万个净水微藻(小球藻CS-3),混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入质量浓度为1.5%的氯化钙水溶液正固化,最后用去离子水洗净沥干备用即可。
其中,所述琼脂水溶液通过以下方法制得:取2L锥形瓶称取21g琼脂加入1000mLddH2O,115℃灭菌20min,灭菌完毕取出备用;
改性活性炭粉末通过以下方法制得:将活性炭粉末置于40%柠檬酸溶液中,活性炭粉末与柠檬酸溶液的质量体积(g/ml)比为1:1.2,在温度28℃下振荡至少2h后静置至少24h,过滤、干燥后,在流量为100~150cm3/min的N2流下进行活化,活化温度为400℃,活化时间3h,冷却;
预处理硅藻土通过以下方法制得:将硅藻土加入水中搅拌均匀得矿浆,硅藻土与水的质量比为3.5:10;调节矿浆pH至8.5后静置沉降至少24h,倾去悬浮液,沉淀物用去离子水洗涤至中性,烘干,加入2.8mol/L的硫酸中,搅拌1.5h,过滤,用去离子水洗涤至中性,真空抽滤,烘干。
实施例4
实施例4与实施例3的不同之处在于:将琼脂水溶液加热至118℃灭菌后在搅拌状态下直接加入海藻酸钠水溶液、预处理硅藻土及改性活性炭粉末,其余与实施例3完全相同。
实施例5
将100g质量浓度为3%的海藻酸钠水溶液与100g质量浓度为2.1%的琼脂水溶液共混后水浴加热并维持在60±5℃,再在搅拌状态下加入7g预处理硅藻土及5g改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入109次方的净水菌剂(戴尔福特菌AZH-15、施氏假单胞菌AH-7和解糖假苍白杆菌NOB-4)和120万个净水微藻(小球藻CS-3),混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入质量浓度为2%的氯化钙水溶液正固化,最后用去离子水洗净沥干备用即可。
其中,所述琼脂水溶液通过以下方法制得:取2L锥形瓶称取21g琼脂加入1000mLddH2O,115℃灭菌20min,灭菌完毕取出备用;
改性活性炭粉末通过以下方法制得:将活性炭粉末置于40%柠檬酸溶液中,活性炭粉末与柠檬酸溶液的质量体积(g/ml)比为1:1.5,在温度30℃下振荡至少2h后静置至少24h,过滤、干燥后,在流量为150cm3/min的N2流下进行活化,活化温度为500℃,活化时间2h,冷却;
预处理硅藻土通过以下方法制得:将硅藻土加入水中搅拌均匀得矿浆,硅藻土与水的质量比为4:10;调节矿浆pH至9后静置沉降至少24h,倾去悬浮液,沉淀物用去离子水洗涤至中性,烘干,加入3mol/L的硫酸中,搅拌2h,过滤,用去离子水洗涤至中性,真空抽滤,烘干。
实施例6
实施例6与实施例5的不同之处在于:将琼脂水溶液加热至120℃灭菌后在搅拌状态下直接加入海藻酸钠水溶液、预处理硅藻土及改性活性炭粉末,其余与实施例5完全相同。
本发明制备方法简单,对设备无特殊要求,可操作性强,具有广阔应用前景的菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,得到的菌藻改性活性炭微胶囊具有成本低,具有脱氮除磷及物理吸附等多重功能。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,其特征在于,具体步骤为:将海藻酸钠水溶液与琼脂水溶液共混后水浴加热并维持在60±5℃,再在搅拌状态下加入预处理硅藻土及改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入净水菌剂和净水微藻,混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入氯化钙水溶液正固化,最后用去离子水洗净沥干备用;或者将琼脂水溶液加热至115~120℃灭菌后在搅拌状态下直接加入海藻酸钠水溶液、预处理硅藻土及改性活性炭粉末,冷却至50℃以下后加入净水菌剂和净水微藻,混合均匀后倒入模具,自然成型后浸入氯化钙水溶液固化,最后用去离子水洗净沥干备用;
所述海藻酸钠水溶液的质量浓度为2~3%,海藻酸钠水溶液的加入量为100g;所述琼脂水溶液的质量浓度为1.4~2.1%,琼脂水溶液的加入量为100g;预处理硅藻土的加入量为6~7g;改性活性炭粉末的加入量为1~5g;所述净水菌剂的添加量为107~109个;所述净水微藻的添加量为100~120万个;所述氯化钙水溶液的质量浓度为1~2%;
所述改性活性炭粉末通过以下方法制得:将活性炭粉末置于40%柠檬酸溶液中,活性炭粉末与柠檬酸溶液的质量体积(g/ml)比为1:(1~1.5),在温度25~30℃下振荡至少2h后静置至少24h,过滤、干燥后,在流量为100~150cm3/min的N2流下进行活化,活化温度为300~500℃,活化时间2~4h,冷却后即得改性活性炭粉末。
2.根据权利要求1所述的一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,其特征在于,所述净水菌剂为保藏编号为CCTCC NO:M2018025的戴尔福特菌AZH-15、保藏编号为CCTCC NO:M2018027的施氏假单胞菌AH-7、保藏编号为CCTCC NO:M2018026的解糖假苍白杆菌NOB-4中的一种或多种;所述净水微藻为保藏编号为CCTCC NO:M2017461的小球藻CS-3。
3.根据权利要求1所述的一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,其特征在于,所述海藻酸钠水溶液通过以下方法制得:取干燥烧杯称取海藻酸钠20g,然后加入75mL70%乙醇摇匀形成悬浊液,再快速冲入1000mLddH2O,搅拌均匀置于常温下备用。
4.根据权利要求1所述的一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,其特征在于,所述琼脂水溶液通过以下方法制得:取2L锥形瓶称取21g琼脂加入1000mLddH2O,115℃灭菌20min,灭菌完毕取出备用。
5.根据权利要求1所述的一种菌藻改性活性炭微胶囊制备方法,其特征在于,所述预处理硅藻土通过以下方法制得:将硅藻土加入水中搅拌均匀得矿浆,硅藻土与水的质量比为(3~4):10;调节矿浆pH至8~9后静置沉降至少24h,倾去悬浮液,沉淀物用去离子水洗涤至中性,烘干,加入2.5~3mol/L的硫酸中,搅拌1~2h,过滤,用去离子水洗涤至中性,真空抽滤,烘干,即得预处理硅藻土。
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