CZ290884B6 - Způsob výroby biologických sorbentů z odpadu ľivné půdy a mycelia houby Claviceps purpurea - Google Patents

Abstract

elem ·pravy zbytkov ho substr tu a mycelia Claviceps purpurea po ukon en fermentace je zv² it p°irozenou vlastnost t to houby sorbovat zvl t t k a toxick kovy z vod odpadn ch, d ln ch, p° padn oplachov²ch. prava zbytkov ho substr tu a mycelia Claviceps purpurea se t²k nejen rezidua mycel rn ho, ale i zbytku pevn p dy myceliem prorostl i jinak myceliem naru en . Podle °e en se tato ·prava °e chemickou cestou v syst mu m chan²ch reaktor , ze kter²ch ka d² pod l reak n sm si je separov n a lze tento po dopln n zreagovan slo ky znovu pou vat k n sledn v²robn reakci. Takto z skan² produkt - biosorbent - slou k o ist zm n n²ch odpadn ch vod od kationt zvl t t k²ch a toxick²ch kov v syst mu kolon i diskontinu ln nebo kontinu ln ° zen²ch reaktor .\

Description

Způsob výroby biologických sorbentů z odpadu živné půdy a mycelia houby Claviceps purpurea (57) Anotace:

Účelem úpravy zbytkového substrátu a mycelia Claviceps purpurea po ukončení fermentace je zvýšit přirozenou vlastnost této houby sorbovat zvláště těžké a toxické kovy z vod odpadních, důlních, případně oplachových. Úprava zbytkového substrátu a mycelia Claviceps purpurea se týká nejen rezidua mycelámího, ale i zbytku pevné půdy myceliem prorostlé či jinak myceliem narušené. Podle řešení se tato úprava řeší chemickou cestou v systému míchaných reaktorů, ze kterých každý podíl reakční směsi je separován a lze tento po doplnění zreagované složky znovu používat k následné výrobní reakci. Takto získaný produkt - biosorbent - slouží k očistě zmíněných odpadních vod od kationtů zvláště těžkých a toxických kovů v systému kolon či diskontinuálně nebo kontinuálně řízených reaktorů.

Způsob výroby biologických sorbentů z odpadu živné půdy a mycelia houby Claviceps purpurea

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby biologických sorbentů chemickou úpravou odpadu po fermentaci a izolaci mycelia houby Claviceps purpurea za přítomnosti reagenčního média na bázi kyselin nebo zásad. Mycelium a zbytkový substrát je možno použít buď přímo, nebo pro vyšší účinnost tyto upravit kyselými nebo alkalickými postupy na biologické sorbenty, které sorbují kationty stabilních i nestabilních izotopů, zejména těžké kovy. Jedná se například o uran, rtuť, olovo, měď, kadmium, mangan, stříbro, zinek, radium apod.

Dosavadní stav techniky

Chemicky připravené sorpční materiály, všeobecně nazývané ionexy, jsou známy. Obecně se dělí na katexy a anexy a jsou široce využívány analytickou chemií počínaje a separací nežádoucích kationtů nebo aniontů z vodné fáze konče. Jejich příprava je ryze chemická a diametrálně se liší od sorbentů připravených na bázi myceliámí hmoty, ač jsou si v účincích podobné.

Složky po fermentaci Claviceps purpurea jsou mycelium a zbytky obilek z živné půdy, jejichž převážnou složkou jsou polysacharidy. Mycelium Claviceps purpurea rostoucí a produkující na živné půdě-obilkách doplněných zdrojem dusíku a fosforu, je sklerociálního charakteru acytologicky se jedná o řady vzájemně spojených buněk sestávajících z buněčných stěn, membrán a cytoplazmy. Buněčné stěny udělují houbě potřebnou mechanickou pevnost a membrány regulují tok živin do cytoplazmy. Pro bližší pochopení možných schopností vazby kationtů je třeba se zmínit o některých složkách mycelia, a to jak buněčné stěny, tak i cytoplazmy. Z majoritních složek to jsou hexozové polymery, obsažené podle stáří mycelia v množství 40 až 80% hmotnostních, proteiny obsažené v 15 až 30% hmotnosti a proteiny obsažené v buněčné stěně. S funkčními skupinami proteinů je vazba kationtů obecně známa. U přítomných aminokyselin lze očekávat chelatační tendence. Vazbu kovů lze v určité míře rovněž spojovat i s řetězci peptidovými. Vazby s kationty jsou známy s proteiny i aminokyselinami i po denaturaci těchto složek. Předpokládá se, že denaturací mohou vzniknout nová centra pro vazby kovů jiným způsobem tak, že se odhalí některé potenciální ligandové skupiny. Z polysacharidů se jedná především o chitin, který je ve sklerociích mycelia Claviceps purpurea obsažen v podstatě vyšším obsahu oproti jiným vláknitým houbám. U chitinu a případně chitosanu jsou vazby s kationty rovněž známé.

Sorpční vlastnosti odpadu po fermentaci Claviceps purpurea v nativním stavu se pohybují v desítkách Dg, například u zinku, až ve stovkách Dg u kovů jiných, ale nadávají dostatečný předpoklad k přímému použití k čištění průmyslových odpadních vod od kontaminujících složek kationtů. Chemickými úpravami jak kyselou, tak alkalickou cestou, je možno nejen zvyšovat přirozenou schopnost vazby kationtů na mycelium po kultivaci Claviceps purpurea a zbytku živné půdy, ale i upravovat tento materiál na selektivitu k některým kationtům. Hodnocení sorpčních vlastností je dále vyjádřeno v uváděných příkladech distribuční koeficientem Dg pro sledované kationty. Distribuční koeficient je definován jako poměr koncentrací sledované složky ve fázích (CMe) S

Dg =-------(CMe) L

-1 CZ 290884 B6 přičemž (CMe) S = koncentrace sledovaného kovu v pevné fázi mg Me/g.

(CMe) L = koncentrace sledovaného kovu v kapalné fázi mg Me/ml, přičemž se měří zbytková koncentrace kovu v kapalné fázi nad sorbentem po ustavení rovnováhy.

Biologické sorbenty na bázi odpadního mycelia nejsou dosud nikde vyráběny a využívány. Jako 10 určitá analogie mohou být biosorbenty, které by bylo možno připravovat z biomasy řas, které jsou rovněž t.č. vyvíjeny. I tento druh biosorbentu není dosud průmyslově vyráběn.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky, zejména nižší sorpci kationické složky odseparovaným myceliem a nezfermentovaných složek živné půdy, tj. odpadu po ukončení fermentace, odstraňuje způsob výroby biologických sorbentů chemickou úpravou odpadu po fermentaci a izolaci mycelia za přítomnosti reagenčního média na bázi kyselin nebo zásad, podle předmětného vynálezu.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že se jeden díl odpadu živné půdy a mycelia houby Claviceps purpurea nejprve míchá spolu s reagenčním médiem po dobu 30 až 60 minut za teplotu do 70 °C a normálního tlaku v míchaném reaktoru, načež se po nabobtnáni suspenze reagenční médium odfiltruje a získaný sorbent se poté nejméně jednou promyje vodou do neutrální až slabě kyselé reakce. Jako reagenční médium se s výhodou použijí dva až tři díly kyseliny solné od 0,5 do

1,0 mol. Podle dalšího význaku lze jako reagenční médium s výhodou použít tři až pět dílů 20 až

40% louhu sodného. Podle dalšího význaku se po odfiltrování reagenčního média a proprání hmoty sorbentů dvěma až třemi díly vody s následnou filtrací do hmot}· přidají dva až tři díly karboxymetalaěního činidla upraveného přídavkem louhu sodného, načež se po stálém míchání po dobu 30 až 60 minut tekutá fáze odfiltruje a získaný sorbent se znovu promyje vodou.

Konečné promývání získané hmoty sorbentů lze s výhodou provést nejprve vodou okyselenou 20 až 40 % kyseliny octové anebo citrónové a poté vodou. Po promíchání odpadu s reagenčním médiem lze suspenzi s výhodou zahřát na teplotu 70 °C a následně filtrovat a promýt vodou s přídavkem kyseliny octové. Po odfiltrování reagenčního média lze do suspenze vnést dva až tři díly 5 až 10% chloridu sodného, načež se po stálém míchání po dobu 30 až 60 minut suspenze odfiltruje a promyje vodou.

Výhoda způsobu úpravy odpadu po ukončení fermentace spočívá zejména v tom, že takto získané biologické sorbenty jsou z odpadu a řeší tedy jak likvidaci odpadů, tak i následnou úpravou problematiku čištění odpadních vod od kationtů. Předností biosorbentů je jejich nízká cena a možnost jejich likvidace, například i spalováním bez vzniku škodlivých zplodin, jak by tomu tylo například u ionexů.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Do nádoby opatřené míchadlem byl vnesen 1 díl odpadu po ukončení fermentace Claviceps 50 purpurea s 2 až 3 díly 0,5 až 1 mol HC1 a ponechán za stálého míchání bobtnat 30 až 60 minut. Poté byla kyselina odfiltrována a získaná hmota byla promyta vodou a následně šetrně usušena. Výsledný produkt vykázal následující Dg; Cu - 1200, Pb - 300, U - 430.

-2CZ 290884 B6

Příklad 2

Do nádoby opatřené míchadlem byl vnesen 1 díl odpadu po ukončení fermentace se 2 až 3 díly 0,5 až 1 mol HCI a ponechán za stálého míchání bobtnat 30 až 60 minut. Poté byla kyselina odfiltrována a získaná hmota byla proprána 3 díly vody. Po filtraci byly do hmoty vneseny 2 až 3 díly alkalizovaného octanu sodného. Za stálého míchání proběhla následně reakce za 30 až 60 minut. Poté byla tekutá fáze odfiltrována a filtrát by! po doplnění reakcí spotřebovaných komponent použit pro další reakce. Následně bylo provedeno promývání vodou do neutrálního pH. Takto připravený sorbent vykázal následující Dg: Cu - 1800, Pb - 2300, U-2000, Zn - 430.

Příklad 3

Do nádoby opatřené míchadlem byl vnesen 1 díl odpadu po ukončení fermentace a izolace Claviceps purpurea se 2 až 3 díly 0,5 až 1 mol HCI a ponechán za stálého míchání bobtnat 60 minut. Poté byla kyseliny odfiltrována a získaná hmota proprána 2 až 3 díly vody. Po filtraci byly do hmoty vneseny 3 díly alkalizovaného octanu sodného a za stálého míchání proběhla reakce za 30 až 60 minut. Poté byla tekutá fáze odfiltrována a filtrát byl použit pro následující reakce dle příkladu 2. Následovalo vnesení 1 dílu vody a v suspenzi bylo upraveno pH pomocí 2 dílů 40% kyseliny octové n pH 6 až 6,5. Poté byla provedena další promývka 1 dílem vody a takto připravený sorbent vykázal následující Dg: Cu - 1415, Pb - 1196, Zn - 249, U - 1600.

Příklad 4

Do nádoby opatřené míchadlem byl vnesen 1 díl odpadu po ukončení fermentaci a izolaci Claviceps purpurea se 4 díly 30% NaOH po dobu 60 minut. Následovalo zahřátí suspenze za stálého míchání na 70 °C a po vychladnutí na laboratorní teplotu proběhla filtrace. Produkt byl následně promyt vodou a v suspenzi bylo upraveno pH pomocí 30% kyseliny octové na pH 6 až 6,5. Poté následovalo další promytí 1 dílem vody a takto připravený sorbent vykázal následující Dg: Cu - 881, Pb - 1175, Zn - 224, U - 1200.

Příklad 5

Do nádoby opatřené míchadlem byl vnesen 1 díl odpadu po ukončení fermentace a izolace Claviceps purpurea se 2 díly 0,5 ml HCI a ponechán za stálého míchání bobtnat 40 minut. Poté byla kyselina odfiltrována a do suspenze byly vneseny 2 díly 10% NaCl. Reakce probíhala za stálého míchání 60 minut. Po odfiltrování byla suspenze promyta vodou na pH roztoku 6,5 až 7 a takto připravený sorbent vykázal následující Dg: Cu - 2350, Pb - 980, U - 2000, Zn - 590.

Příklad 6

Postup byl shodný jako u příkladu 3 s tím, že po odfiltrování tekuté fáze po karboxymetylaci a po prvním promytí vodou byla provedena úprava pH pomocí 10% HCI na 6 až 6,5. Po promytí 1 dílem vody vykázal takto připravený sorbent následující Dg : Cu - 1260, Pb - 1340, Zn - 312, U-1520.

Těmito postupy je možno upravovat u biologických sorbentů na bázi mycelia Claviceps purpurea a odpadní půdy jak míru záchytů kationtů, tak i parciálně upravovat selektivitu k určitému kationtu.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby biologických sorbentů chemickou úpravou odpadu po fermentaci a izolaci myceli Claviceps purpurea za přítomnosti reagenčního média na bázi kyselin nebo zásad, vyznačující se tím, že se jeden díl odpadu živné půdy a mycelia houby Claviceps purpurea nejprve míchá spolu s reagenčním médiem po dobu 30 až 60 minut za teploty do 70 °C a normálního tlaku v míchaném reaktoru, načež se po nabobtnání suspenze reagenční médium odfiltruje a získaný sorbent se poté nejméně jednou promyje vodou do neutrální až slabě kyselé reakce.
2. 2. Způsob výroby podle nároku 1,vyznačující se tím, že se jako reagenční médium použijí dva až tři díly kyseliny solné od 0,5 do 1,0 mol.
3. 3. Způsob výroby podle nároku 1,vyznačující se tím, že se jako reagenční médium použije tři až pět dílů 20 až 40% louhu sodného.
4. 4. Způsob výroby podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že po odfiltrování reagenčního média a proprání hmoty sorbentů dvěma až třemi díly vody s následnou filtrací se do hmoty přidají dva až tři díly karboxymethylačního činidla upraveného přídavkem louhu sodného, načež se po stálém míchání po dobu 30 až 60 minut tekutá fáze odfiltruje a získaný sorbent se znovu promyje vodou.
5. 5. Způsob výroby podle nároků laž3,vyznačující se tím, že konečné promývání získané hmoty sorbentů se nejprve provádí vodou okyselenou 20 až 40% kyselinou octovou anebo citrónovou a potom vodou.
6. 6. Způsob výroby podle nároků laž3a 5, vyznačující se tím, že po promíchání odpadu s reagenčním médiem se suspenze zahřeje na teplotu 70 °C a následně filtruje a promyje vodou s přídavkem kyseliny octové.
7. 7. Způsob výroby podle nároků laž3a 5, vyznačující se tím, že po odfiltrování reagenčního média se do suspenze vnesou dva až tři díly 5 až 10% chloridu sodného, načež se po stálém míchání po dobu 30 až 60 minut suspenze odfiltruje a promyje vodou.