CN112934191A - 一种染料吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于染料废水处理技术领域，具体公开了一种染料吸附剂及其制备方法与应用。染料吸附剂的制备方法如下：将干燥至恒重的毕赤酵母菌渣与CTAB溶液按一定比例混合均匀后，进行化学改性处理，获得改性毕赤酵母，将其作为吸附剂用于处理染料废水。将所述改性毕赤酵母加入到染料废水，搅拌，进行染料吸附。本发明的改性毕赤酵母对染料废水具有高效吸附脱色效果，染料脱色率可达95％以上。本发明利用工业废弃物酵母菌渣经过表面活性剂CTAB改性后，具有优异的染料吸附性能，用于印染行业的染料废水吸附脱色，方法简单，成本低廉，效益好，实现“以废治废”的目的，而且酵母菌对环境无毒无害，易降解，避免二次污染，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于染料废水处理技术领域，具体涉及一种染料吸附剂及其制备方法与应用。
背景技术
随着每年染料的大量生产以及在造纸、纺织、皮革、食品、化妆品等工业中的大量使用，产生了大量的染料废水。染料废水具有色度高、化学需氧量(COD)高、毒性大、难处理等特点。大部分染料毒性大，目前已有许多证据表明一些常用的的染料及其降解产物对水生生物具有致突变、致崎性、致癌性的“三致”作用，给人类的生存与健康也带来很大威胁。从水溶液中去除染料受到越来越多的关注，国家也建立了许多严格的标准来控制染料排放的浓度。染料废水中染料的处理是染料废水治理的关键。然而，染料一般具有复杂的芳香结构，从而使得染料具有非常高的化学稳定性、光稳定性，这就导致染料对环境条件(例如加热、静置、光降解和生物降解等)具有较强的抗性，传统的废水处理方法往往无法取得令人满意的效果。吸附法因不会引入新的污染物、能耗低而倍受关注。然而，目前使用的生物吸附剂的制备方法的原料组成及工艺均比较复杂，用于处理染料废水的工艺复杂且条件要求高。
毕赤酵母是发酵工业中的重要副产物，废弃毕赤酵母的资源丰富。同时，与其他微生物相比，毕赤酵母已经有成熟的大规模高密度生产的发酵工艺(>130g/L)，且生产成本低廉。毕赤酵母细胞壁富含甘露糖、葡聚糖、几丁质等组分，含有大量-OH、-COOH、-NH2、C＝O、C-N、P＝O、-SH、S＝O等官能团，这些官能团赋予了酵母细胞一定的生物吸附性能，使其作为生物吸附剂成为可能。因此，利用废弃或廉价毕赤酵母开发高效低成本染料吸附剂，是提高其附加值的资源化、经济化途径，扩大其应用范围，同时避免了二次污染。具有重大的现实意义和应用价值。然而，仅仅利用未经处理的毕赤酵母直接处理染料废水，其吸附效率非常低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种染料吸附剂的制备方法。通过采用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对毕赤酵母细胞进行改性，制备得到的吸附剂大大提高了染料废水的处理效率。
本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的染料吸附剂。
本发明在一目地在于提供上述染料吸附剂在染料废水处理中的应用。
一种染料吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将干燥的毕赤酵母菌渣与CTAB溶液混合均匀后，温浴处理得改性毕赤酵母；
(2)将所得改性毕赤酵母菌，洗涤后干燥至恒重，粉碎后制得染料吸附剂。
步骤(1)所述的毕赤酵母菌渣在使用前优选为在40～60℃下干燥12～24h至恒重。
步骤(1)所述CTAB溶液的浓度为10～50mmol/L；所述毕赤酵母菌渣与CTAB溶液的质量体积比为1：5～15，优选为1：10。
步骤(1)所述温浴处理为在25～35℃下处理16～30h。
步骤(2)所述洗涤优选为使用水进行清洗；所述干燥优选为在50～70℃下干燥12～24h。
一种染料吸附剂，通过上述方法制备得到。
所述染料吸附剂在染料废水处理中的应用。
一种染料废水的处理方法，具体包括如下步骤：
将染料吸附剂在搅拌状态下加入含染料的废水中，所述染料吸附剂的用量与废水的比为1～5g/L；在常温下，pH＝2-10进行吸附反应；反应完成后固液分离，分离出废酵母渣，得到处理出水。
所述染料生物吸附剂与废水的比优选为1g/L。所述废水中染料的浓度优选为100-350mg/L。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明利用工业废弃物——毕赤酵母菌渣为原材料，经过表面活性剂CTAB在一定条件步骤进行改性，制得具有优异的染料吸附性能的染料吸附剂，较大提高了其对染料废水中的染料的去除率。对染料废水中染料的平均去除率高达95％以上，最大吸附量可以达到将近250mg/g，而未经改性的毕赤酵母对染料几乎无吸附效果。优异的吸附性能使本发明制得的染料吸附剂可用于印染行业的染料废水吸附脱色。
本发明的染料废水处理方法通过采用本发明的制备方法制得的染料吸附剂，处理方法简单，不需调节反应温度，在室温下进行即可。不需严格调节pH，在酸性到碱性的pH范围内(pH＝2-10)均有较好的吸附脱色效果。本发明的制备方法制得的染料吸附剂成本低廉，效益好，用于处理染料废水，实现“以废治废”的目的，而且酵母菌对环境无毒无害，易降解，避免二次污染，具有重要应用价值。
附图说明
图1为毕赤酵母改性前后对四种染料进行脱色的对比图；
图2为CTAB浓度对改性毕赤酵母吸附染料行为的影响图；
图3为本发明的染料吸附剂对不同浓度的四种染料的吸附率的曲线图；
图4为本发明的染料吸附剂在不同pH下对四种染料的吸附率柱状图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明所述常温为20～32℃。毕赤酵母菌渣购买于Invitrogon。
实施例1
一种染料吸附剂的制备方法具体包括如下步骤：将毕赤酵母菌渣在60℃干燥12h至恒重；将干燥的毕赤酵母菌渣与10-50mmol/L CTAB溶液按质量体积比1:10的比例混合均匀后，于30℃温浴处理24h后，得改性毕赤酵母；离心回收改性毕赤酵母菌，用蒸馏水洗涤2次，洗去表面活性剂CTAB，在60℃干燥12h至恒重，粉碎，制得染料生物吸附剂用于处理染料废水。
取1g染料生物吸附剂，边搅拌边加入到1L浓度为150mg/L的活性黑染料的废水中，在常温下，pH2-10进行吸附3-16h，最大吸附率可达98.4％。采用离心或沉淀分离方法进行固液分离，分离出废酵母渣，得到处理出水。
实施例2
取1g染料生物吸附剂，边搅拌边加入到1L浓度为250mg/L的活性红染料的废水中，在常温下，pH2-10进行吸附反应1-16h，最大吸附率可达97.8％。采用离心或沉淀分离方法进行固液分离，分离出废酵母渣，得到处理出水。
所述染料生物吸附剂的制备方法同实施例1。
实施例3
取1g染料生物吸附剂，边搅拌边加入到1L浓度为50mg/L的活性橙染料的废水中，在常温下，pH2-8进行吸附反应1-16h，最大吸附率可达99.4％。采用离心或沉淀分离方法进行固液分离，分离出废酵母渣，得到处理出水。
所述染料生物吸附剂的制备方法同实施例1。
实施例4
取1g染料生物吸附剂，边搅拌边加入到1L浓度为200mg/L的活性绿染料的废水中，在常温下，pH2-10进行吸附反应1-16h，最大吸附率可达99.6％。采用离心或沉淀分离方法进行固液分离，分离出废酵母渣，得到处理出水。
所述染料生物吸附剂的制备方法同实施例1。
效果表征：
(1)将实施例1～4中CTAB溶液的浓度设定为0、5、10、50、100和150mmol/L，制得不同改性的毕赤酵母吸附剂，在pH为7.0下吸附。脱色率如图2所示。
(2)将实施例1～4中CTAB溶液的浓度设定为50mmol/L，制得改性的毕赤酵母吸附剂，然后在pH＝7.0的条件下对不同浓度的废水进行吸附。脱色率如图3所示。
(3)将实施例1～4中CTAB溶液的浓度设定为50mmol/L，制得改性的毕赤酵母吸附剂，然后分别在pH＝2、3、4、5、6、7、8、9和10的条件下对废水进行吸附。脱色率如图4所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书做出的组合和改进，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种染料吸附剂的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：
(1)将干燥的毕赤酵母菌渣与CTAB溶液混合均匀后，温浴处理得改性毕赤酵母；
(2)将所得改性毕赤酵母菌，洗涤后干燥至恒重，粉碎后制得染料吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述毕赤酵母菌渣与CTAB溶液的质量体积比为1：5～15。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述CTAB溶液的浓度为10～50mmol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述温浴处理为在25～35℃下处理16～30h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述洗涤优选为使用水进行清洗；所述干燥为在50～70℃下干燥12～24h。
6.一种染料吸附剂，通过权利要求1～5任一项所述方法制备得到。
7.根据权利要求6所述染料吸附剂在染料废水处理中的应用。
8.一种染料废水的处理方法，其特征在于具体包括如下步骤：
将权利要求6所述染料吸附剂在搅拌状态下加入含染料的废水中，所述染料吸附剂的用量与废水的比为1～5g/L；在常温下，pH＝2-10进行吸附反应；反应完成后固液分离，分离出废酵母渣，得到处理出水。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述染料生物吸附剂与废水的比为1g/L。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述废水中染料的浓度为100-350mg/L。
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