CN113209944A - 一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂及其制备方法，其步骤为：将凹凸棒土、高岭土、粉煤灰、碳酸氢钠、壳聚糖混匀后研磨至粉末状，加入去离子水拌合成浆体，通过造粒机制备球形颗粒；将制备的球形颗粒置于烘箱中干燥，干燥后的球形颗粒置于马弗炉进行预热、焙烧，自然冷却至常温获得多孔凹凸棒土基载体；将光合菌接种至培养基中恒温培养，获得芽孢培养液，喷雾干燥制备光合菌菌粉；将光合菌菌粉与多孔凹凸棒土基载体混合均匀，置于负压条件下充分拌合，获得凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂。本发明的凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂可用于重金属污染修复，与传统方法相比，本发明效果好、工艺便捷、成本低，且无二次污染。
Description
技术领域
本发明属于环境科学、材料学、微生物学领域交叉的科学技术，涉及一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步和社会的发展，有色金属矿的大量开采和工业三废的持续排放，对生态环境造成了极其严重的破坏，重金属污染问题尤为突出。据统计，我国近20％的耕地面积受到了不同程度的重金属污染，污染区域面积超过2000万公顷，我国每年被重金属污染的粮食总量达1200万吨，直接经济损失约200亿元。2010年福建省紫金山铜矿发生泄漏，导致9100m3污水渗漏到汀江流域，造成了沿江地区水质污染，大量鱼类死亡；2011年陆良化工实业有限公司将5000多吨的重毒化工废料铬渣随意丢放，六价铬含量严重超标，造成了极其严重的影响；2011年浙江海久电池股份有限公司发生铅污染事件，湖州市周边血铅超标人数累计达322人；2012年广西龙江河发生镉污染事件，从污染地河池市一直波及到下游的柳州市，威胁到周围人群的饮水安全。由于重金属污染造成的重特大事件频发，引起了广大科研工作者的广泛关注。
针对重金属污染的修复，国内外科研工作者开展了大量的研究工作。目前，主要方法有物理法、化学法和生物修复法，物理法包括离子交换技术、吸附法、膜分离技术三种技术；化学法主要用于较高浓度的重金属离子废水处理，包括化学浮选法、化学沉淀法及氧化还原法；生物修复方法是目前重金属污染治理领域的热门研究方向，包括植物修复技术和微生物吸附技术。尽管上述方法在重金属污染修复方面有不同程度的效果，但普遍存在成本高、工艺复杂、周期长、二次污染等诸多问题，难以大规模的推广应用。因此，亟需研发修复效果优越、工艺便捷、无二次污染且价格低廉的重金属污染修复新材料和新技术。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是解决重金属污染的修复效果差、工艺复杂、成本高和二次污染等问题，提供一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂，其特征在于，它以凹凸棒土基颗粒为载体，凹凸棒土基颗粒吸附光合菌菌粉，在凹凸棒土基颗粒中，凹凸棒土的含量最高。
优选地，凹凸棒土基颗粒中，还含有高岭土、粉煤灰、碳酸氢钠、壳聚糖凹凸棒土的含量高于其它含量的总和。
为实现上述目的，本发明还提供了上述凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：
所述制备方法包括多孔凹凸棒土基载体的制备步骤：
(1)将凹凸棒土、高岭土、粉煤灰、碳酸氢钠、壳聚糖按照配比混匀后研磨至粉末状，加入去离子水拌合成浆体，通过造粒机制备粒径为1～10mm的球形颗粒；
(2)将制备的球形颗粒置于烘箱中干燥，干燥后的球形颗粒置于马弗炉进行预热，预热温度200±10℃、预热时间10-15分钟，焙烧完成后自然冷却至常温获得多孔凹凸棒土基载体；
所述制备方法包括光合菌菌粉的制备步骤：
将光合菌接种至培养基中，恒温培养24～48小时获得光合菌培养液，向培养液中加入芽孢高效转化剂，获得浓度为107～108个/mL芽孢培养液，喷雾干燥制备粒径1～5μm光合菌菌粉；
所述制备方法包括混合的步骤：
将光合菌菌粉与多孔凹凸棒土基载体混合均匀，置于负压条件下充分拌合，获得凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂。
进一步地，所述去离子水与凹凸棒土的质量比为(10～50)：100；
进一步地，所述高岭土与凹凸棒土的质量比为(5～20)：100；所述粉煤灰与凹凸棒土的质量比为(5～20)：100；所述碳酸氢钠与凹凸棒土的质量比为(1～10)：100；所述壳聚糖与凹凸棒土的质量比为(1～10)：100。
进一步地，所述烘箱中干燥的干燥温度100±10℃、干燥时间12～24小时；
进一步地，所述焙烧的温度1100±20℃、焙烧时间5～10分钟。
进一步地，所述培养基为1000mL去离子水、蛋白胨5～10g、酵母1～3g、牛肉浸取物1～5g；所述芽孢高效转化剂为氯化锰、添加量为1～5g/L。
进一步地，所述喷雾干燥温度为105～110℃、速度为5～20mL/min。
进一步地，所述光合菌菌粉与多孔凹凸棒土基载体的质量比为(1～10)：100。
本发明的凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的使用方法为：将凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂置于含重金属离子的污水中，缓慢搅拌或污水处于流动状态(比如处于循环流动)下，监测污水中重金属离子浓度。本发明的凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的最佳环境使用温度(污水水温)为15～35℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、与传统的物理化学方法、植物方法相比，通过凹凸棒土富集、微生物钝化耦合修复游离态重金属离子污染，修复速度更快、修复效果更好；
2、采用凹凸棒土基载体固定微生物修复重金属污染，凹凸棒土基载体多而密的孔道为固定微生物提供了天然的空间，微生物钝化游离态重金属离子为更稳定的矿物，修复长期稳定性好；
3、以凹凸棒土基载体为中心富集游离态重金属离子，显著提高了修复效率，大大降低了重金属钝化剂的用量；
4、本发明制备方法简单，所以原材料来源广泛，制造成本较低，无二次污染，生态性能好。
附图说明
图1为本发明的实例1中重金属离子浓度与修复时间的关系图。
图2为本发明的实例2中重金属离子浓度与修复时间的关系图。
具体实施方式
本发明提供一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂及其制备方法，步骤如下：
(1)将凹凸棒土、高岭土、粉煤灰、碳酸氢钠、壳聚糖按照一定质量比混匀后研磨至粉末状，高岭土与凹凸棒土的质量比为(5～20)：100，粉煤灰与凹凸棒土的质量比为(5～20)：100，碳酸氢钠与凹凸棒土的质量比为(1～10)：100，壳聚糖与凹凸棒土的质量比为(1～10)：100；加入去离子水拌合成浆体，离子水与凹凸棒土的质量比为(10～50)：100，通过造粒机制备粒径为1～10mm的球形颗粒；
(2)将制备的球形颗粒置于烘箱中干燥，干燥温度100±10℃、干燥时间12～24小时；干燥后的球形颗粒置于马弗炉进行预热、焙烧，预热温度200±10℃、预热时间10-15分钟，焙烧温度1100±20℃、焙烧时间5～10分钟，焙烧完成后自然冷却至常温获得多孔凹凸棒土基载体；
(3)将光合菌接种至培养基中，培养基为1000mL去离子水、蛋白胨5～10g、酵母1～3g、牛肉浸取物1～5g，恒温培养24～48小时获得光合菌培养液，向培养液中加入芽孢高效转化剂氯化锰、添加量为1～5g/L；获得浓度为107～108个/mL芽孢培养液，喷雾干燥制备粒径1～5μm光合菌菌粉，喷雾干燥温度为105～110℃、速度为5～20mL/min；
(4)将光合菌菌粉与多孔凹凸棒土基载体混合均匀，光合菌与多孔凹凸棒土基载体的质量比为(1～10)：100；置于负压条件下充分拌合，拌合时间30～50分钟，获得凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂。
本发明的将凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂，在使用时，置于含重金属离子的污水中，用量为重金属钝化剂与污水的质量比为(1～10):100。
实例1：
一、凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备
(1)将凹凸棒土、高岭土、粉煤灰、碳酸氢钠、壳聚糖按照一定质量比混匀后研磨至粉末状，高岭土与凹凸棒土的质量比为5：100，粉煤灰与凹凸棒土的质量比为5：100，碳酸氢钠与凹凸棒土的质量比为1：100，壳聚糖与凹凸棒土的质量比为1：100；加入去离子水拌合成浆体，去离子水与凹凸棒土的质量比为10：100，通过造粒机制备粒径为1～10mm的球形颗粒；
(2)将制备的球形颗粒置于烘箱中干燥，干燥温度100℃、干燥时间12小时；干燥后的球形颗粒置于马弗炉进行预热，预热温度200℃、预热时间10分钟，焙烧温度1100℃、焙烧时间5分钟，焙烧完成后自然冷却至常温获得多孔凹凸棒土基载体；
(3)将光合菌接种至培养基中，培养基为1000mL去离子水、蛋白胨5g、酵母1g、牛肉浸取物1g，恒温培养24小时获得光合菌培养液，向培养液中加入芽孢高效转化剂氯化锰、添加量为1g/L；获得浓度为107～108个/mL芽孢培养液，喷雾干燥制备粒径1～5μm光合菌菌粉，喷雾干燥温度为105℃、速度为5mL/min；
(4)将光合菌菌粉与多孔凹凸棒土基载体混合均匀，光合菌与多孔凹凸棒土基载体的质量比为1：100；置于负压条件下充分拌合，拌合时间30分钟，获得凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂。
二、含重金属离子的污水修复试验：
配置含重金属离子的污水，重金属污水含28.10mg/L铬、6.43mg/L铜。将本实例制备的凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂置于含重金属离子的污水中，重金属钝化剂与污水的质量比为5:100；缓慢搅拌，环境温度35℃，监测污水中重金属离子浓度。图1为本实例的重金属离子浓度与修复时间的关系。
实例2：
一、凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备
(1)将凹凸棒土、高岭土、粉煤灰、碳酸氢钠、壳聚糖按照一定质量比混匀后研磨至粉末状，高岭土与凹凸棒土的质量比为20：100，粉煤灰与凹凸棒土的质量比为20：100，碳酸氢钠与凹凸棒土的质量比为10：100，壳聚糖与凹凸棒土的质量比为10：100；加入去离子水拌合成浆体，去离子水与凹凸棒土的质量比为30：100，通过造粒机制备粒径为1～10mm的球形颗粒；
(2)将制备的球形颗粒置于烘箱中干燥，干燥温度110℃、干燥时间24小时；干燥后的球形颗粒置于马弗炉进行预热、焙烧，预热温度210℃、预热时间15分钟，焙烧温度1120℃、焙烧时间10分钟，焙烧完成后自然冷却至常温获得多孔凹凸棒土基载体；
(3)将光合菌接种至培养基中，培养基为1000mL去离子水、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g，恒温培养48小时获得光合菌培养液，向培养液中加入芽孢高效转化剂氯化锰、添加量为5g/L；获得浓度为107～108个/mL芽孢培养液，喷雾干燥制备粒径1～5μm光合菌菌粉，喷雾干燥温度为110℃、速度为20mL/min；
(4)将光合菌菌粉与多孔凹凸棒土陶粒混合均匀，光合菌与多孔凹凸棒土基载体的质量比为10：100；置于负压条件下充分拌合，拌合时间50分钟，获得凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂；
二、含重金属离子的污水修复试验：
配置含重金属离子的污水，重金属污水含28.10mg/L铬、6.43mg/L铜。将本实例制备的凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂置于含重金属离子的污水中，重金属钝化剂与污水的质量比为10:100；缓慢搅拌，环境温度35℃，监测污水中重金属离子浓度。图2为本实例的重金属离子浓度与修复时间的关系。
Claims (10)
1.一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂，其特征在于，它以凹凸棒土基颗粒为载体，凹凸棒土基颗粒吸附光合菌菌粉，在凹凸棒土基颗粒中，凹凸棒土的含量最高。
2.如权利要求1所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂，其特征在于，凹凸棒土基颗粒中，还含有高岭土、粉煤灰、碳酸氢钠、壳聚糖凹凸棒土的含量高于其它含量的总和。
3.权利要求1所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于:
所述制备方法包括多孔凹凸棒土基载体的制备步骤：
(1)将凹凸棒土、高岭土、粉煤灰、碳酸氢钠、壳聚糖按照配比混匀后研磨至粉末状，加入去离子水拌合成浆体，通过造粒机制备粒径为1～10mm的球形颗粒；
(2)将制备的球形颗粒置于烘箱中干燥，干燥后的球形颗粒置于马弗炉进行预热，预热温度200±10℃、预热时间10-15分钟，焙烧完成后自然冷却至常温获得多孔凹凸棒土基载体；
所述制备方法包括光合菌菌粉的制备步骤：
将光合菌接种至培养基中，恒温培养24～48小时获得光合菌培养液，向培养液中加入芽孢高效转化剂，获得浓度为107～108个/mL芽孢培养液，喷雾干燥制备粒径1～5μm光合菌菌粉；
所述制备方法包括混合的步骤
将光合菌菌粉与多孔凹凸棒土基载体混合均匀，置于负压条件下充分拌合，获得凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂。
4.根据权利要求2所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述去离子水与凹凸棒土的质量比为(10～50)：100。
5.根据权利要求2所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述高岭土与凹凸棒土的质量比为(5～20)：100；所述粉煤灰与凹凸棒土的质量比为(5～20)：100；所述碳酸氢钠与凹凸棒土的质量比为(1～10)：100；所述壳聚糖与凹凸棒土的质量比为(1～10)：100。
6.根据权利要求2所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述烘箱中干燥的干燥温度100±10℃、干燥时间12～24小时。
7.根据权利要求2所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度1100±20℃、焙烧时间5～10分钟。
8.根据权利要求2所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述培养基为1000mL去离子水、蛋白胨5～10g、酵母1～3g、牛肉浸取物1～5g；所述芽孢高效转化剂为氯化锰、添加量为1～5g/L。
9.根据权利要求1所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥温度为105～110℃、速度为5～20mL/min。
10.根据权利要求2所述的一种凹凸棒土基载体固定微生物的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述光合菌菌粉与多孔凹凸棒土基载体的质量比为(1～10)：100。
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