CN113979547A - 一种ctac改性毕赤酵母吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用CTAC改性毕赤酵母吸附剂去除重金属的方法。其中，重金属吸附剂的制备方法包括如下步骤：将毕赤酵母菌渣与CTAC溶液混合均匀后，于室温进行化学改性处理，获得改性毕赤酵母，将其作为吸附剂用于处理重金属废水。本发明的改性毕赤酵母对重金属废水具有高效吸附去除效果，例如对铅离子或铜离子的吸附率可达90％以上，吸附量分别可达455mg/g和55.8mg/g。本发明利用酵母菌渣经过表面活性剂CTAC改性后，具有优异的重金属吸附性能，用于工业重金属废水处理，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
本发明属于重金属废水处理技术领域，具体涉及一种CTAC改性毕赤酵母吸附剂及其制备方法与应用。
背景技术
随着工业的快速发展,各行各业(如冶金、电镀、采矿工业等)的含金属废物越来越多地排放到环境中，给环境带来严重污染，使重金属污染成为当今最严重的环境问题之一。重金属不可降解，即使在低浓度(1.0–10mg/L)下仍具有毒性，甚至剧毒，在生物体内容易蓄积，甚至能通过食物链富集而进入人体，给人类的健康和生存带来很大威胁。因此，去除重金属离子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重金属排放的浓度。
目前用于去除重金属离子的常规方法主要是化学沉淀法、离子交换法、电解法、膜分离技术和吸附法等。其中，吸附法因不会引入新的污染物、能耗低而倍受关注。然而，大多数的生物吸附剂因制造成本高、制备工艺复杂、难以大规模应用而限制其在重金属处理中的应用。中国发明专利201810687800.3提出的一种用于去除水体中重金属离子的生物吸附剂的制备方法，以及中国发明专利200710175870.2提出一种采用壳聚糖包埋海带粉的重金属生物吸附剂及其制备方法，两者所用的生物吸附剂的制备工艺繁琐，制造成本高，且制备得到的生物吸附剂对重金属离子的吸附效率并不高。中国专利201410751391.0提出一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂及其制备和应用方法，以硫酸铝改性后的丝状真菌去除重金属离子，但该法使用硫酸铝作为改性剂，无疑引入了新的重金属离子，对环境并不友好，制备得到的生物吸附剂对重金属离子的去除率也仅达到40-70％。中国专利201410487854.7提出一种生物吸附剂、固定床反应器及重金属污水的处理方法，以及中国发明专利201611201367.5提出一种重金属生物吸附剂及其制备方法，以改性后的双孢菇或植物废弃物处理铅离子等重金属离子，但两者对铅离子等重金属离子的吸附量较低，对铅离子的吸附量仅为60-70mg/g生物吸附剂。因此，寻求对环境友好、廉价易得、对重金属离子的吸附效率高的生物吸附剂具有重要意义。
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。因此，利用废弃或廉价毕赤酵母开发高效低成本重金属吸附剂，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重金属废水，其吸附效率非常低。因此，本发明提出一种利用毕赤酵母作为载体，通过表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对其进行改性而制备高效、低成本的重金属生物吸附剂，并用于废水中重金属去除的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用CTAC改性毕赤酵母吸附剂去除重金属的方法，通过采用表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对毕赤酵母细胞进行改性，制备出可高效吸附重金属的新型毕赤酵母菌吸附材料，以及使用改性毕赤酵母吸附去除重金属，该方法可以高效、低成本去除废水中重金属离子，同时实现毕赤酵母废菌渣的资源化利用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现的：
一种CTAC改性毕赤酵母吸附剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)将毕赤酵母菌渣与CTAC溶液混合均匀，所得混合液于室温静置；
(2)将步骤(1)混合液过滤，回收改性后的毕赤酵母菌，洗涤后去除多余水分，制得CTAC改性毕赤酵母吸附剂。
步骤(1)所述毕赤酵母菌与CTAC溶液的质量体积比为1g：5～20mL，优选为1g：8～15mL，更优选为1g:10mL(所述毕赤酵母菌渣重量为湿重)。所述CTAC溶液浓度为2-20mg/L，优选为5～15mg/L，更优选为10mg/L。
步骤(1)所述静置优选为静置12-24h。
一种CTAC改性毕赤酵母吸附剂，通过上述方法制备得到。
所述CTAC改性毕赤酵母吸附剂在处理重金属废水中的应用。
一种利用所述CTAC改性毕赤酵母吸附剂处理重金属废水的方法，具体包括如下步骤：
将CTAC改性毕赤酵母加入到含重金属的废水中，在酸性下进行吸附反应，再进行固液分离，分离出废酵母渣，得到处理出水。
所述CTAC改性毕赤酵母与含重金属废水的用量为：0.5～4g/L废水，优选为1g/L废水(所述改性毕赤酵母菌渣重量为湿重)；废水中重金属的质量优选为10～1000mg/L，优选为30～500mg/L；所述酸性优选为pH＝2～7，更优选为pH＝2～4。所述吸附反应的时间优选为2～5h。
优选的，所述吸附过程在常温下进行。
优选的，所述重金属离子为铅离子、铜离子或镍离子，所述重金属离子是以可溶性盐的形式存在。
本发明的有益效果：毕赤酵母菌渣是发酵产业的废弃物，本发明的制备方法制得的改性毕赤酵母重金属吸附剂制备方法简单，成本低廉，效益好，用于处理重金属废水，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。采用本发明的改性毕赤酵母重金属吸附剂去除废水中的重金属，操作方法简单，在常温下即对重金属离子铅离子或铜离子具有优良的吸附性能，不需调节反应温度，在室温下短时间内即可进行废水中重金属的吸附去除。通过采用本发明的制备方法制得的改性毕赤酵母重金属吸附剂和本发明的重金属废水处理方法，对铅离子、铜离子和镍离子有显著处理效果，适当的条件下吸附量分别达455mg/g、55.8mg/g、54mg/g。因此综合考虑吸附剂原料成本、制备成本、处理成本和对重金属离子的吸附性能，改性毕赤酵母重金属吸附剂具有较大的潜在应用价值，可用于冶金工业、电镀工业、采矿工业等排放的重金属废水的处理。
附图说明
图1为实施例1中改性毕赤酵母重金属吸附剂浓度对吸附铅离子行为的影响；
图2为实施例1中改性毕赤酵母重金属吸附剂在不同pH下吸附铅离子行为的影响；
图3为铅离子浓度对实施例1中改性毕赤酵母重金属吸附剂吸附铅离子行为的影响。
具体实施方式
下面结合实施例，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、室温和未指明的温度为20～35℃。
实施例1
回收毕赤酵母菌泥，按照毕赤酵母菌：CTAC溶液＝1g:10mL的比例混合均匀，其中CTAC溶液浓度为10mg/L，所述毕赤酵母菌渣重量为湿重，混合液于室温处理12-24h；离心回收上述毕赤酵母菌，用蒸馏水洗涤2次，洗去表面活性剂CTAC；倒置离心管，去除多余水分，制得CTAC改性毕赤酵母吸附剂用于处理含铅废水。
取1g上述CTAC改性毕赤酵母，边搅拌边加入到pH 2.0-4.0、初始铅浓度为0.5g/L的1L硝酸铅溶液中，在常温下，进行吸附反应2-5h。此条件下，CTAC改性毕赤酵母对硝酸铅的吸附率可达91％，吸附量可达455mg/g。而未经CTAC改性的毕赤酵母湿菌体，对铅离子几乎没有吸附效果。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
回收毕赤酵母菌泥，按照毕赤酵母菌：CTAC溶液＝1g:10mL的比例混合均匀，其中CTAC溶液浓度为10mg/L，所述毕赤酵母菌渣重量为湿重，混合液于室温处理12-24h；离心回收上述毕赤酵母菌，用蒸馏水洗涤2次，洗去表面活性剂CTAC；倒置离心管，去除多余水分，制得CTAC改性毕赤酵母吸附剂用于处理含铜废水。
取1g上述CTAC改性毕赤酵母，边搅拌边加入到pH 2.0-4.0、初始铜离子浓度为60mg/L的1L硫酸铜溶液中，在常温下，进行吸附反应2-5h。此条件下，CTAC改性毕赤酵母对硫酸铜的吸附率可达93％，吸附量可达55.8mg/g。而未经CTAC改性的毕赤酵母湿菌体，对铜离子几乎没有吸附效果。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3
回收毕赤酵母菌泥，按照毕赤酵母菌：CTAC溶液＝1g:10mL的比例混合均匀，其中CTAC溶液浓度为10mg/L，所述毕赤酵母菌渣重量为湿重，混合液于室温处理12-24h；离心回收上述毕赤酵母菌，用蒸馏水洗涤2次，洗去表面活性剂CTAC；倒置离心管，去除多余水分，制得CTAC改性毕赤酵母吸附剂用于处理含镍废水。
取1g上述CTAC改性毕赤酵母，边搅拌边加入到pH 2.0-4.0、初始镍离子浓度为60mg/L的1L硫酸镍溶液中，在常温下，进行吸附反应2-5h。此条件下，CTAC改性毕赤酵母对硫酸镍的吸附率可达90％，吸附量可达54mg/g。而未经CTAC改性的毕赤酵母湿菌体，对镍离子几乎没有吸附效果。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。
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CTAC改性毕赤酵母吸附剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将毕赤酵母菌渣与CTAC溶液混合均匀，所得混合液于室温静置；
(2)将步骤(1)混合液过滤，回收改性后的毕赤酵母菌，洗涤后去除多余水分，制得CTAC改性毕赤酵母吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述毕赤酵母菌与CTAC溶液的质量体积比为1g：5～20mL；所述CTAC溶液浓度为2-20mg/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述毕赤酵母菌与CTAC溶液的质量体积比为1g：8～15mL；所述CTAC溶液浓度为5～15mg/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述毕赤酵母菌与CTAC溶液的质量体积比为1g:10mL；所述CTAC溶液浓度为10mg/L。
5.一种CTAC改性毕赤酵母吸附剂，其特征在于通过权利要求1～4任一项所述方法制备得到。
6.根据权利要求5所述CTAC改性毕赤酵母吸附剂在处理重金属废水中的应用。
7.一种利用权利要求5所述CTAC改性毕赤酵母吸附剂处理重金属废水的方法，其特征在于具体包括如下步骤：
将CTAC改性毕赤酵母加入到含重金属的废水中，在酸性下进行吸附反应，再进行固液分离，分离出废酵母渣，得到处理出水。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述酸性为pH＝2～7。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述CTAC改性毕赤酵母与含重金属废水的用量为0.5～4g/L废水；废水中重金属的质量为10～1000mg/L。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述重金属离子为铅离子、铜离子或镍离子。
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2021
- 2021-10-11 CN CN202111180839.4A patent/CN113979547A/zh active Pending
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