CN111377547A - 一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法 - Google Patents

一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法。将在培养液中培养3天的里氏木霉菌体，从培养液中过滤，取一定湿重的里氏木霉菌体与一定量的海藻酸钠溶液混合，然后通过针管滴入0.1M CaCl2溶液中并不断晃动，交联1h后过滤得到毫米级凝胶微珠，用去离子水冲洗3次，即制成所述固定化吸附剂，将其置于5mM CaCl2溶液中90℃下加热10min灭活，然后用于对一定浓度的含镉废水进行吸附处理，去除率可以达到95%以上。本发明固定化吸附剂的制备方法工艺简单，费用低廉，使用安全，无二次污染，且易回收利用，具有广阔的应用前景。

Description

一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应 用方法
技术领域
本发明涉及生物材料及环境污染治理技术领域，尤其是涉及一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法。
背景技术
镉的化合物被国际癌症研究中心（IARC）确认为IA级致癌物；被美国毒性物质管理委员会（ATSDR）列为第6位危害人体健康的有毒物质，威胁着人类的生存和发展。镉的用途较为广泛，在核工业中是优良的控制棒材料，在电镀工业中也是常用的电镀材料。此外，镉及其化合物在电池、制造(黄色)颜料、塑料稳定剂、(电视映像管)荧光粉、杀虫剂、杀菌剂、油漆等领域都有广泛的应用。近年来，环保工作者不断寻求更加安全和经济的方法来处理含镉废水，以减少或消除镉在环境中的积累。目前从废水中去除镉的传统技术有沉淀法、凝结法、离子交换法、膜分离技术和固相萃取法。这些方法在处理镉含量低于100mg/L的废水时都存在一定的缺陷，如工艺复杂、成本费用高或产生二次污染等问题。因此，寻求高效低廉的低浓度镉废水吸附剂成为迫切解决的问题。木霉（Trichoderma sp.）属真菌门，隶属于丛梗孢目，生物量大、耐低pH。研究表明，木霉属一般都具有较强的吸附重金属的能力，原因是其细胞壁上富含C=O、—OH等官能团，但木霉直接使用不方便，而且与水溶液分离较困难，不易重复利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法，将其应用于在含镉废水的处理，高效吸附去除废水中的镉离子。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法，其包括以下步骤：
1）将5mL的里氏木霉种子液置于30℃的50mL培养液中，120r/min振荡培养3天；
2）将培养完成的里氏木霉从培养液中过滤，取2.5g（湿重）的里氏木霉菌体与50mL去离子水均质化，然后加入到50mL、4wt.%海藻酸钠溶液中，搅拌混合均匀，并静置脱泡；
3）将脱泡后混合液通过针管滴入0.1M 200mL CaCl2溶液中并不断晃动，交联1h后过滤，得到毫米级凝胶微珠，用去离子水冲洗3次，即制成所述固定化吸附剂，将其置于5mMCaCl2溶液中，灭活后放入4℃冰箱保存，备用；
4）将步骤3）制备的固定化吸附剂过滤出来，用去离子水冲洗3次，用滤纸吸去表面水分，放入含镉废水中进行吸附处理。
步骤1）所述里氏木霉是从中国工业微生物菌种保藏管理中心购得，编号为CICC2626。
步骤1）所述里氏木霉种子液为：使用无菌吸管吸取少量的培养液溶解冻干管中的0.05g菌粉，待完全溶解之后，利用无菌注射器将菌液吸取出来，加入培养液定容至50mL，在30℃下的恒温有氧震荡器中培养，活化24 h后即得种子液。
步骤1）所述培养液的原料组成按重量份计为：葡萄糖10份、(NH4)2SO4 1.4份、KH2PO4 2份、MgSO4·7H2O 0.3份、CaCl2 0.3份、柠檬酸1.55份、Na2HPO4·12H2O 9.05份、蛋白胨1份、1M尿素0.005份、CoCl2·6H2O 0.0074份、ZnSO4·7H2O 0.0028份、MnSO4·H2O 0.0032份、FeSO4·7H2O 0.01份、蒸馏水1000份。
步骤2）中所述海藻酸钠溶液经121℃高压灭菌15min。
步骤3）中所述灭活是在90℃下加热10min。
步骤4）中对含镉废水进行吸附处理的条件为：固定化吸附剂质量（湿重）与含镉废水的体积比为43.8-131.4g/L，废水的pH值优选为6，200r/min振荡吸附4h。
本发明的显著优点在于：
（1）丝状真菌里氏木霉（Trichoderma reesei）是多细胞的真核微生物，红褐肉座菌(Hypocrea jecorina)的无性型，隶属于丛梗孢目（Moniliales）木霉属（Trichoderma），其作为工业菌株用于生产分解不同植物材料的酶类已有多年历史。从经济方面考虑，工业生产中必然会产生大量的工业废弃生物质，利用工业废渣中的生物质——里氏木霉吸附处理含镉金属废水非常环保。
（2）本发明采用海藻酸钠包埋里氏木霉制备固定化吸附剂的方法，一方面里氏木霉均质化后被均匀分散且固定在海藻酸钠凝胶中，显著增大里氏木霉与重金属的接触面积，改善吸附效果，另一方面固定化吸附剂易于从水溶液中分离回收，可以重复用于处理含镉废水。
（3）本发明固定化吸附剂的制备方法工艺简单，费用低廉，使用安全，无二次污染问题。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
1）将5mL的里氏木霉种子液置于30℃的50mL培养液中，120r/min振荡培养3天；里氏木霉种子液为：使用无菌吸管吸取少量的培养液溶解冻干管中的0.05g菌粉，待完全溶解之后，利用无菌注射器将菌液吸取出来，加入培养液定容至50mL，在30℃下的恒温有氧震荡器中培养，活化24 h后即得种子液；所述培养液的原料组成按重量份计为：葡萄糖10份、(NH4)2SO4 1.4份、KH2PO4 2份、MgSO4·7H2O 0.3份、CaCl2 0.3份、柠檬酸1.55份、Na2HPO4·12H2O9.05份、蛋白胨1份、1M尿素0.005份、CoCl2·6H2O 0.0074份、ZnSO4·7H2O 0.0028份、MnSO4·H2O 0.0032份、FeSO4·7H2O 0.01份、蒸馏水1000份；
2）将培养完成的里氏木霉从培养液中过滤，取2.5g（湿重）的里氏木霉菌体与50mL去离子水均质化，然后加入到50mL、4%海藻酸钠溶液中，搅拌混合均匀，并静置脱泡；
3）将脱泡后混合液通过针管滴入0.1M 200mL CaCl2溶液中并不断晃动，交联1h后过滤，得到毫米级凝胶微珠，用去离子水冲洗3次，即制成所述固定化吸附剂，将其置于5mMCaCl2溶液中，90℃下加热10min灭活，然后放入4℃冰箱保存，备用；
4）将步骤3）制备的固定化吸附剂过滤出来，用去离子水冲洗3次，用滤纸吸去多余水分，取6.57g(湿重)放入镉初始浓度为113mg/L的50mL含镉废水中进行吸附处理，吸附条件为pH为6、振荡器转速为200 r/min、吸附时间为4h，吸附去除率达到95.14%。
对比例1
1）将5mL的里氏木霉种子液置于30℃的50mL培养液中，120r/min振荡培养3天；里氏木霉种子液为：使用无菌吸管吸取少量的培养液溶解冻干管中的0.05g菌粉，待完全溶解之后，利用无菌注射器将菌液吸取出来，加入培养液定容至50mL，在30℃下的恒温有氧震荡器中培养，活化24 h后即得种子液；所述培养液的原料组成按重量份计为：葡萄糖10份、(NH4)2SO4 1.4份、KH2PO4 2份、MgSO4·7H2O 0.3份、CaCl2 0.3份、柠檬酸1.55份、Na2HPO4·12H2O9.05份、蛋白胨1份、1M尿素0.005份、CoCl2·6H2O 0.0074份、ZnSO4·7H2O 0.0028份、MnSO4·H2O 0.0032份、FeSO4·7H2O 0.01份、蒸馏水1000份；
2）将培养完成的里氏木霉从培养液中过滤，取2.5g（湿重）的里氏木霉菌体与50mL去离子水均质化，然后加入到50mL、4%海藻酸钠溶液中，搅拌混合均匀，并静置脱泡；
3）将脱泡后混合液通过针管滴入0.1M 200mL CaCl2溶液中并不断晃动，交联1h后过滤，得到毫米级凝胶微珠，用去离子水冲洗3次，即制成所述固定化吸附剂，将其置于5mMCaCl2溶液中，放入4℃冰箱保存，备用；
4）将步骤3）制备的固定化吸附剂过滤出来，用去离子水冲洗3次，用滤纸吸去多余水分，取6.32g(湿重)放入镉初始浓度为113mg/L的50mL含镉废水中进行吸附处理，吸附条件为pH为6、振荡器转速为200 r/min、吸附时间为4h，吸附去除率达到91.49%。
对比例2
1）将5mL的里氏木霉种子液置于30℃的50mL培养液中，120r/min振荡培养3天；里氏木霉种子液为：使用无菌吸管吸取少量的培养液溶解冻干管中的0.05g菌粉，待完全溶解之后，利用无菌注射器将菌液吸取出来，加入培养液定容至50mL，在30℃下的恒温有氧震荡器中培养，活化24 h后即得种子液；所述培养液的原料组成按重量份计为：葡萄糖10份、(NH4)2SO4 1.4份、KH2PO4 2份、MgSO4·7H2O 0.3份、CaCl2 0.3份、柠檬酸1.55份、Na2HPO4·12H2O9.05份、蛋白胨1份、1M尿素0.005份、CoCl2·6H2O 0.0074份、ZnSO4·7H2O 0.0028份、MnSO4·H2O 0.0032份、FeSO4·7H2O 0.01份、蒸馏水1000份；
2）将培养完成的里氏木霉从培养液中过滤，用去离子水洗涤3次，然后用滤纸吸去多余水分，过滤得到里氏木霉菌体；
3）将得到的里氏木霉菌体置于90℃加热10 min灭活，用去离子水冲洗3次，然后用滤纸吸去多余水分，制成里氏木霉菌体吸附剂，放入4℃冰箱保存，备用；
4）将步骤3）制备成的里氏木霉菌体吸附剂取0.47g(湿重)放入镉初始浓度为107mg/L的50mL含镉废水中进行吸附处理，吸附条件为pH为6、振荡器转速为200 r/min、吸附时间为4h，吸附去除率为26.52%。
对比例1为未经灭活的里氏木霉固定化吸附剂，对比例2为未经海藻酸钠包埋固定化的里氏木霉吸附剂。实施例1对含镉废水的吸附去除率高于对比例1，说明灭活有利于吸附，这是由于细胞死亡之后菌体细胞壁往往会破碎，使更多的活性基团暴露在菌体表面。实施例1对含镉废水的吸附去除率更是远远高于对比例2（注：对比例2中0.47g(湿重)里氏木霉菌体吸附剂与实施例1中6.57g(湿重)固定化吸附剂的菌体净含量均为0.15g），这是因为里氏木霉均质化后被均匀分散且固定在海藻酸钠凝胶中，显著增大了其与金属镉离子的接触面积，进而大幅度提高了吸附处理效果，说明本发明的固定化过程非常关键。
实施例2
1）将5mL的里氏木霉种子液置于30℃的50mL培养液中，120r/min振荡培养3天；里氏木霉种子液为：使用无菌吸管吸取少量的培养液溶解冻干管中的0.05g菌粉，待完全溶解之后，利用无菌注射器将菌液吸取出来，加入培养液定容至50mL，在30℃下的恒温有氧震荡器中培养，活化24 h后即得种子液；所述培养液的原料组成按重量份计为：葡萄糖10份、(NH4)2SO4 1.4份、KH2PO4 2份、MgSO4·7H2O 0.3份、CaCl2 0.3份、柠檬酸1.55份、Na2HPO4·12H2O9.05份、蛋白胨1份、1M尿素0.005份、CoCl2·6H2O 0.0074份、ZnSO4·7H2O 0.0028份、MnSO4·H2O 0.0032份、FeSO4·7H2O 0.01份、蒸馏水1000份；
2）将培养完成的里氏木霉从培养液中过滤，取2.5g（湿重）的里氏木霉菌体与50mL去离子水均质化，然后加入到50mL、4%海藻酸钠溶液中，搅拌混合均匀，并静置脱泡；
3）将脱泡后混合液通过针管滴入0.1M 200mL CaCl2溶液中并不断晃动，交联1h后过滤，得到毫米级凝胶微珠，用去离子水冲洗3次，即制成所述固定化吸附剂，将其置于5mMCaCl2溶液中，90℃下加热10min灭活，然后放入4℃冰箱保存，备用；
4）将步骤3）制备的固定化吸附剂过滤出来，用去离子水冲洗3次，用滤纸吸去多余水分，取4.82g(湿重)放入镉初始浓度为51.456mg/L的50mL含镉废水中进行吸附处理，吸附条件为pH为6、振荡器转速为200 r/min、吸附时间为4h，吸附去除率达到97.29%。
实施例3
1）将5mL的里氏木霉种子液置于30℃的50mL培养液中，120r/min振荡培养3天；里氏木霉种子液为：使用无菌吸管吸取少量的培养液溶解冻干管中的0.05g菌粉，待完全溶解之后，利用无菌注射器将菌液吸取出来，加入培养液定容至50mL，在30℃下的恒温有氧震荡器中培养，活化24 h后即得种子液；所述培养液的原料组成按重量份计为：葡萄糖10份、(NH4)2SO4 1.4份、KH2PO4 2份、MgSO4·7H2O 0.3份、CaCl2 0.3份、柠檬酸1.55份、Na2HPO4·12H2O9.05份、蛋白胨1份、1M尿素0.005份、CoCl2·6H2O 0.0074份、ZnSO4·7H2O 0.0028份、MnSO4·H2O 0.0032份、FeSO4·7H2O 0.01份、蒸馏水1000份；
2）将培养完成的里氏木霉从培养液中过滤，取2.5g（湿重）的里氏木霉菌体与50mL去离子水均质化，然后加入到50mL、4%海藻酸钠溶液中，搅拌混合均匀，并静置脱泡；
3）将脱泡后混合液通过针管滴入0.1M 200mL CaCl2溶液中并不断晃动，交联1h后过滤，得到毫米级凝胶微珠，用去离子水冲洗3次，即制成所述固定化吸附剂，将其置于5mMCaCl2溶液中，90℃下加热10min灭活，然后放入4℃冰箱保存，备用；
4）将步骤3）制备的固定化吸附剂过滤出来，用去离子水冲洗3次，用滤纸吸去多余水分，取2.19g(湿重)放入镉初始浓度为111.24mg/L的50mL含镉废水中进行吸附处理，吸附条件为pH为6、振荡器转速为200 r/min、吸附时间为4h，吸附去除率为76.90%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将5mL的里氏木霉种子液置于30℃的50mL培养液中，120r/min振荡培养3天；
2）将培养完成的里氏木霉从培养液中过滤，取湿重2.5g的里氏木霉菌体与50mL去离子水均质化，然后加入到50mL、4wt.%海藻酸钠溶液中，搅拌混合均匀，并静置脱泡；
3）将脱泡后混合液通过针管滴入0.1M 200mL CaCl2溶液中并不断晃动，交联1h后过滤，得到毫米级凝胶微珠，用去离子水冲洗3次，即制成所述固定化吸附剂，将其置于5mM CaCl2溶液中，灭活后放入4℃冰箱保存，备用；
4）将步骤3）制备的固定化吸附剂过滤出来，用去离子水冲洗3次，用滤纸吸去表面水分，放入含镉废水中进行吸附处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法，其特征在于：步骤1）所述里氏木霉种子液为：使用无菌吸管吸取少量的培养液溶解冻干管中的0.05g菌粉，待完全溶解之后，利用无菌注射器将菌液吸取出来，加入培养液定容至50mL，在30℃下的恒温有氧震荡器中培养，活化24 h后即得种子液。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法，其特征在于：所述培养液的原料组成按重量份计为：葡萄糖10份、(NH4)2SO41.4份、KH2PO4 2份、MgSO4·7H2O 0.3份、CaCl2 0.3份、柠檬酸1.55份、Na2HPO4·12H2O 9.05份、蛋白胨1份、1M尿素0.005份、CoCl2·6H2O 0.0074份、ZnSO4·7H2O 0.0028份、MnSO4·H2O0.0032份、FeSO4·7H2O 0.01份、蒸馏水1000份。
4.根据权利要求1所述的一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法，其特征在于：步骤2）中所述海藻酸钠溶液经121℃高压灭菌15min。
5.根据权利要求1所述的一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法，其特征在于：步骤3）中所述灭活是在90℃下加热10min。
6.根据权利要求1所述的一种用于含镉废水处理的里氏木霉固定化吸附剂的制备及应用方法，其特征在于：步骤4）中对含镉废水进行吸附处理的条件为：固定化吸附剂湿重质量与含镉废水的体积比为43.8-131.4g/L，废水的pH值为6，200r/min振荡吸附4h。
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