CN111715190A - 一种中药板蓝根渣水处理剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中药板蓝根渣水处理剂及其制备方法和应用，属于水处理剂技术领域，能够有效解决现有废水和中药药渣急需处理的问题，所述中药板蓝根渣水处理剂是将经过水煎后的板蓝根依次经过NaOH改性和白腐真菌发酵处理后制备得到。具体步骤是：首先对中药板蓝根渣进行脱色处理；然后在脱色后的板蓝根渣中加入NaOH进行化学改性；再将化学改性后的板蓝根渣与碳原、水混合，冷却、灭菌后加入白腐真菌接种，进行发酵；最后将发酵产物滤出固体之后，将固体干燥，得到水处理剂，其有益效果在于：本发明以板蓝根药渣为原料通过化学和生物双处理法制备生物吸附剂，将板蓝根废渣这一中草药废弃物用于废水的治理，能够有效提高资源的利用率，减少环境污染。
Description
技术领域
本发明属于水处理剂技术领域，具体涉及一种中药板蓝根渣水处理剂及其制备方法和应用。
背景技术
在我国，污水、废水排放量每天约为1×108m3之多，全国目前已有82％的江河湖泊受到不同程度的污染，有2％的城市饮用水源受到严重污染，农村有70％的饮用水不符合卫生标准，每年由于水污染造成的经济损失高达377亿元，水污染的处理显然已经是一个非常严峻的问题。
目前处理染料废水的方法主要有3种：物化法、化学法和生化法。其中吸附法是目前处理染料废水最成熟的物化处理方法之一，其能有效去除水中非离子难降解化合物，具有吸附速率快、去除效果好、设备投资少、操作简便等优点，受到人们的广泛关注。常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、氧化硅、离子交换树脂、粉煤灰及高分子吸附剂等。
与此同时，随着近几年中医药的发展及市场对中药产品研发力度的加大，我国中药渣的产量和排放量也急剧上升。中药药渣一般由生产单位运出厂区，采取堆放、填埋、焚烧处理，其中堆放为主要形式，而药渣中水分含量较大，还余留一定的营养成分，极易腐烂霉变，并且随意堆放药渣不仅严重污染环境，还会造成资源的巨大浪费。中药材品种多样，其中用于预防和治疗流行性感冒的板蓝根在我国各地均有种植，作用明显，用量大，堪称中成药之最，因而板蓝根药渣的处理和再利用也是社会面临的重要问题。
因此，结合我国现有染料废水和中药药渣急需处理的现状，制作一种以板蓝根药渣作为原料制备染料废水处理的生物吸附剂，对于解决染料废水和中药渣处理、减少环境污染方面具有重要意义。
发明内容
本发明以板蓝根药渣为原料通过化学/生物双处理法制备生物吸附剂，解决了直接采用板蓝根废渣做吸附剂存在着去除率低的问题，将板蓝根废渣这一中草药废弃物用于废水的治理，能够有效提高资源的利用率，减少环境污染。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种中药板蓝根渣水处理剂，是将经过水煎后的板蓝根依次经过化学处理和生物处理双处理法制备得到。
所述化学处理是指用NaOH对中药板蓝根渣进行改性；所述生物处理是指通过白腐真菌的发酵处理。
所述中药板蓝根渣水处理剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：中药板蓝根的脱色处理，首先将中药板蓝根渣烘干粉碎，过60目筛，然后放入烧杯中，以1:5(w/v)的比例加入甲醇，在磁力搅拌器上以转速为500r/min搅拌，每12h换一次甲醇，直至药渣呈白色，65℃下烘干至恒重，存储备用；
步骤S2：在脱色后的板蓝根渣中加入NaOH进行化学改性，在板蓝根渣中以10:1(w/v)的比例加入1mol/L NaOH溶液，在恒温振荡器中以120r/min的速率震荡4h，然后过滤，固体残渣用去离子水反复冲洗至PH为6.90～7.10，在60℃的烤箱中下烘干，直至恒重；
步骤S3：将化学改性后的板蓝根渣与碳源、水混合，然后冷却、灭菌后加入白腐真菌接种，进行发酵；
步骤S4：将发酵产物滤出固体之后，将固体干燥，得到水处理剂。
所述步骤S3中的碳源选自马铃薯淀粉、玉米芯或者玉米秸秆中的一种或者几种的混合物。
所述步骤S3中的甘草渣与碳源的重量比范围是3:1～2:3。
所述步骤S3中的灭菌采用灭菌锅对混合物进行灭菌，温度为121℃，时间至少为20min。
所述步骤S3中的白腐真菌接种量为10％。
所述步骤S3中的发酵温度是20～40℃，发酵时间是3～11天。
所述步骤S3中，还需要加入硫酸铵，硫酸铵的重量是水的重量的0.05～0.5％。
上述水处理剂在吸附水中杂质中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明以板蓝根药渣为原料通过化学/生物双处理法制备生物吸附剂，解决了直接采用板蓝根废渣做吸附剂存在去除率低的问题；
2)本发明通过将板蓝根废渣这一中草药废弃物用于废水的治理，能够有效提高资源的利用率，减少环境污染。
附图说明
图1是本发明实施例1中的吸附率比较图。
附图说明：SARI为经H2SO3改性后的吸附剂、SHRI为经NaOH改性后的吸附剂、HARI为经HCL改性后的吸附剂、CARI为经柠檬酸改性后的吸附剂、SCRI为经NaCO3改性后的吸附剂。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实验材料：
白腐真菌(White-rot fungi)：购于中科院微生物研究所微生物保藏中心；
板蓝根：购于张掖市诚泰中药种植厂；
辅料：马铃薯淀粉、玉米芯、玉米秸秆，取自张掖市周边农场。
本发明中使用的实验仪器见表1：
表1本发明使用的实验仪器
本发明中使用的实验试剂见表2：
表2本发明使用的实验试剂
本发明中所述的百分比在无特别说明的情况下是指重量百分比。
以下实施例中，所采用的吸附表征试验方法如下：
将制得的生物吸附剂置于65℃烘箱中烘干得水处理剂。准确称取0.05g水处理剂于试管中，再加入次甲基蓝溶液(13.3mg/L，20.0mg/L，33.3mg/L)各5mL，室温下恒温震荡吸附5min，于3000r/min下离心5min，取上清液，用比色法测经过处理的废水在665nm处的吸光值A，由吸附前后吸光值之差计算吸附率，同时做空白试验，计算公式如下：
吸附率(％)＝(A-A1)/A×100％
其中：A－模拟废水的初始吸光值；
A1－吸附后模拟废水的吸光值。
本发明制备所述中药板蓝根渣水处理剂时，需要提前做如下准备工作：
1)菌种扩大培养
PDA培养基：准确称取200g去皮马铃薯，切成小块，加500mL蒸馏水，加热将马铃薯煮烂(约20～30min，能被玻璃棒戳破即可)，然后用4层纱布过滤，得滤液，滤液中再加入20g葡萄糖，溶解，稍冷却后再用蒸馏水补充至1000mL，pH自然(既培养基配制好后不用酸碱调pH值)，分装于250mL锥形瓶中，包扎好后于121℃下灭菌20min。
用接种环挑取斜面保存的白腐真菌一环于新鲜的PDA液体培养基中，摇匀，置于32℃、120r/min、无光照的恒温震荡培养箱中培养3d，再转接一次，方法同上，制得含有大量白腐真菌菌球的培养液，备用。
2)板蓝根药渣的制备
将购买到的板蓝根切成1cm左右的小段，在水中煎3次，每次30min后捞出晾干，该过程为模拟中药渣的生产过程。
实施例1利用板蓝根药渣经不同化学改性制备吸附剂
1)中药板蓝根渣的脱色处理：首先将中药板蓝根渣烘干粉碎，过60目筛，然后将其放入烧杯中，以1:5(w/v)的比例加入甲醇，在磁力搅拌器上以转速为500r/min搅拌，每12h换一次甲醇，直至药渣呈白色，65℃下烘干至恒重，存储备用。
2)化学改性：取5份脱色后的板蓝根渣各10mg，分别加入100ml的1mol/L HCl、1mol/L NaOH、1mol/L NaCO3、1mol/L H2SO3、0.6mol/L柠檬酸，在恒温振荡器中以120r/min的速率分别震荡4h(HCl、NaOH、NaCO3)、24h(H2SO3)、30min(柠檬酸)，然后过滤，固体残渣用去离子水反复冲洗至PH约为7，在60℃的烤箱中下烘干，直至恒重，得到经不同化学改性后的板蓝根渣吸附剂。
结论：不同条件下的吸附剂的吸附率如图1所示，从图1中可明显看出，采用经NaOH改性后的吸附剂在40min后吸附率均保持在80％以上，进而表明经NaOH改性后吸附剂的吸附效率明显优于经H2SO3、HCl、柠檬酸和NaCO3改性后吸附剂的吸附效率。
实施例2利用板蓝根药渣经不同板蓝根与马铃薯淀粉重量比制备吸附剂
1)中药板蓝根渣的脱色处理：首先将中药板蓝根渣烘干粉碎，过60目筛，然后将其放入烧杯中，以1:5(w/v)的比例加入甲醇，在磁力搅拌器上以转速为500r/min搅拌，每12h换一次甲醇，直至药渣呈白色，65℃下烘干至恒重，存储备用。
2)生物发酵：将发酵底物100g与水30g、0.1g硫酸铵混合，其中，发酵底物是由板蓝根药渣和马铃薯淀粉分别按照重量比3:1、3:2、2:1、1:1、2:3混合而成，在121℃的灭菌锅中灭菌20min，冷却，作为培养基。
再在已灭菌的培养基中接种白腐真菌菌液，接种量为10％，在32℃下发酵10d，发酵结束后，将固体物滤出，再置于65℃的恒温烘箱中烘干，得到吸附剂。
结论：不同条件下，当板蓝根/马铃薯(RIR/P)添加比例为2/3得到的吸附剂的吸附率最大。
实施例3利用板蓝根药渣经不同发酵时间制备吸附剂
1)中药板蓝根渣的脱色处理：首先将中药板蓝根渣烘干粉碎，过60目筛，然后将其放入烧杯中，以1:5(w/v)的比例加入甲醇，在磁力搅拌器上以转速为500r/min搅拌，每12h换一次甲醇，直至药渣呈白色，65℃下烘干至恒重，存储备用。
2)生物发酵：将发酵底物100g与水30g混合、0.1g硫酸铵，其中，发酵底物是由甘草药渣和马铃薯淀粉按照重量比3:1混合而成，在121℃的灭菌锅中灭菌20min，冷却，作为培养基。
再在已灭菌的培养基中接种白腐真菌菌液，接种量为15％，在32℃下分别发酵3、5、7、9、11d，发酵结束后，将固体物滤出，再置于70℃的恒温烘箱中烘干、粉碎之后，得到吸附剂。
结论：不同条件下，当发酵时间为5天时，得到的吸附剂的吸附率最大。
实施例4采用马铃薯淀粉作为碳源制备吸附剂
1)中药板蓝根渣的脱色处理：首先将中药板蓝根渣烘干粉碎，过60目筛，然后将其放入烧杯中，以1:5(w/v)的比例加入甲醇，在磁力搅拌器上以转速为500r/min搅拌，每12h换一次甲醇，直至药渣呈白色，65℃下烘干至恒重，存储备用。
2)化学改性：在脱色后的板蓝根渣中以10:1(w/v)的比例加入1mol/L NaOH溶液，在恒温振荡器中以120r/min的速率震荡4h，然后过滤，固体残渣用去离子水反复冲洗至PH约为7，在60℃的烤箱中下烘干，直至恒重，得到经NaOH改性后的板蓝根渣。
3)生物发酵：将发酵底物100g与水30g、0.1g硫酸铵混合，其中，发酵底物是由化学改性后的板蓝根药渣和马铃薯淀粉分别按照重量比3:1混合而成，在121℃的灭菌锅中灭菌20min，冷却，作为培养基。
再在已灭菌的培养基中接种白腐真菌菌液，接种量为15％，在32℃下发酵5d，发酵结束后，将固体物滤出，再置于65℃的恒温烘箱中烘干之后，得到生物吸附剂。
结论：采用马铃薯淀粉作为碳源制备的生物吸附剂的吸附能力达31.0mg/g。
实施例5采用玉米芯作为碳源制备吸附剂
1)中药板蓝根渣的脱色处理：首先将中药板蓝根渣烘干粉碎，过60目筛，然后将其放入烧杯中，以1:5(w/v)的比例加入甲醇，在磁力搅拌器上以转速为500r/min搅拌，每12h换一次甲醇，直至药渣呈白色，65℃下烘干至恒重，存储备用。
2)化学改性：在脱色后的板蓝根渣中以10:1(w/v)的比例加入1mol/L NaOH溶液，在恒温振荡器中以120r/min的速率震荡4h，然后过滤，固体残渣用去离子水反复冲洗至PH约为7，在60℃的烤箱中下烘干，直至恒重，得到经NaOH改性后的板蓝根渣。
3)生物发酵：将发酵底物100g与水30g、0.1g硫酸铵混合，其中，发酵底物是由板蓝根药渣和经过粉碎后的玉米芯按照重量比3:1混合而成，在121℃的灭菌锅中灭菌20min，冷却，作为培养基。
再在已灭菌的培养基中接种白腐真菌菌液，接种量为15％，在32℃下发酵5d，发酵结束后，将固体物滤出，再置于65℃的恒温烘箱中烘干，得到吸附剂。
结论：采用玉米芯作为碳源制备的生物吸附剂的吸附能力与采用马铃薯淀粉作为碳源制备的生物吸附剂的吸附能力基本相同。
实施例8采用玉米秸秆作为碳源制备吸附剂
1)中药板蓝根渣的脱色处理：首先将中药板蓝根渣烘干粉碎，过60目筛，然后将其放入烧杯中，以1:5(w/v)的比例加入甲醇，在磁力搅拌器上以转速为500r/min搅拌，每12h换一次甲醇，直至药渣呈白色，65℃下烘干至恒重，存储备用。
2)化学改性：在脱色后的板蓝根渣中以10:1(w/v)的比例加入1mol/L NaOH溶液，在恒温振荡器中以120r/min的速率震荡4h，然后过滤，固体残渣用去离子水反复冲洗至PH约为7，在60℃的烤箱中下烘干，直至恒重，得到经NaOH改性后的板蓝根渣。
3)生物发酵：将发酵底物100g与水30g、0.1g硫酸铵混合，其中，发酵底物是由板蓝根药渣和经过粉碎后的玉米秸秆按照重量比3:1混合而成，于121℃的灭菌锅中灭菌20min，冷却，作为培养基。
再在已灭菌的培养基中接种白腐真菌菌液，接种量为15％，在32℃下发酵5d，发酵结束后，将固体物滤出，再置于65℃的恒温烘箱中烘干，得到吸附剂。
结论：采用玉米秸秆作为碳源制备的生物吸附剂的吸附能力与采用马铃薯淀粉作为碳源制备的生物吸附剂的吸附能力基本相同。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种中药板蓝根渣水处理剂，其特征在于：是将经过水煎后的板蓝根依次经过化学处理和生物处理双处理法制备得到。
2.根据权利要求1所述的一种中药板蓝根渣水处理剂，其特征在于：所述化学处理是指用NaOH对中药板蓝根渣进行改性；所述生物处理是指通过白腐真菌的发酵处理。
3.根据权利要求1所述的一种中药板蓝根渣水处理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：中药板蓝根的脱色处理；
步骤S2：在脱色后的板蓝根渣中加入NaOH进行化学改性；
步骤S3：将化学改性后的板蓝根渣与碳源、水混合，然后冷却、灭菌后加入白腐真菌接种，进行发酵；
步骤S4：将发酵产物滤出固体之后，将固体干燥，得到水处理剂。
4.根据权利要求3所述的一种中药板蓝根渣水处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1为：首先将中药板蓝根渣烘干粉碎，过60目筛，然后放入烧杯中，以1:5(w/v)的比例加入甲醇，在磁力搅拌器上以转速为500r/min搅拌，每12h换一次甲醇，直至药渣呈白色，65℃下烘干至恒重，存储备用。
5.根据权利要求3所述的一种中药板蓝根渣水处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S2为：在板蓝根渣中以10:1(w/v)的比例加入1mol/L NaOH溶液，在恒温振荡器中以120r/min的速率震荡4h，然后过滤，固体残渣用去离子水反复冲洗至PH为6.90～7.10，在60℃的烤箱中下烘干，直至恒重。
6.根据权利要求3所述的一种中药板蓝根渣水处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的碳源选自马铃薯淀粉、玉米芯或者玉米秸秆中的一种或者几种的混合物。
7.根据权利要求3所述的一种中药板蓝根渣水处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的甘草渣与碳源的重量比范围是3:1～2:3。
8.根据权利要求3所述的一种中药板蓝根渣水处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的灭菌采用灭菌锅对混合物进行灭菌，温度为121℃，时间至少为20min，所述发酵温度为20～40℃，发酵时间为3～11天。
9.根据权利要求3所述的一种中药板蓝根渣水处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，还需要加入硫酸铵，硫酸铵的重量是水的重量的0.05～0.5％。
10.根据权利要求1-2任一项权利要求所述的一种中药板蓝根渣水处理剂在水处理中吸附水中杂质的应用。
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| CN101564680A (zh) * | 2009-05-27 | 2009-10-28 | 成都信息工程学院 | 中药渣固态发酵制备复合型生物吸附剂的方法 |
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