[发明专利]一种γ-聚谷氨酸与火绵胶成膜吸附水中铜离子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种γ-聚谷氨酸与火绵胶成膜吸附水中重金属铜离子的方法。

技术背景

我国是一个水资源相对短缺和污染比较严重的国家。在这样的环境条件下，节约用水、治理污水便成为我国势在必行的重要决策。重金属离子对环境污染及较难去除越来越引起重视，含铜废水多源自金属表面处理，金属冶炼、加工等行业。最常见处理方法是硫化钠沉淀法，缺点是碱消耗量大以及引入S^2-造成二次污染；目前，污水处理的一般方法是絮凝技术，这是一种处理效率高、经济又简便的物化处理技术。其中聚丙烯酰胺（简称PAM）及其衍生物是有机高分子絮凝剂的典型代表，虽然PAM本身并没有毒性，但聚合单体丙烯酰胺不仅具有强烈的神经毒性，而且是强致癌物质，所以很多国家已经禁止或限量使用此类絮凝剂。因此，一种具有生物相容性、无毒副作用、性能优良，并能被微生物降解的天然高分子材料γ-聚谷氨酸便在众多絮凝剂中脱颖而出。

γ-聚谷氨酸（Poly γ-glutamic acid 简称γ-PGA）是由芽孢杆菌属（Bacillus）的菌株生物合成的阴离子型多聚高分子氨基酸，本身在自然界能降解对人类和环境无毒无害；它是由D-型谷氨酸或L-型谷氨酸通过γ-酰胺键连接而成的。γ-PGA的结构中具有-COO^-反应活性基团能吸附和富集水体中的污染物和重金属, 对水体起到净化作用,但其自身具有水溶性, 若将其直接投入污水处理中，将会随水流失，并且可破坏其阴离子特性，从而很难保持其对金属离子的吸附性能。γ-PGA 具有很好的成膜性, 火棉胶即胶棉即硝酸纤维素、乙醇和乙醚组成, 液体呈透明胶状，γ-PGA通过交联剂与火棉胶成膜，用膜处理污废水中得重金属铜离子，达到各种用水标准。

发明内容

本发明克服现有问题，获得高产γ－PGA 的蜡状芽孢杆菌所产的γ－PGA与火棉胶成膜，以火绵胶作为聚谷氨酸的载体，交联后的膜对重金属铜离子吸附性能的影响，最后通过响应面分析法得到各影响因子间的函数关系，并获得在此条件下的最大吸附量，从而优化聚谷氨酸吸附剂吸附铜离子的吸附条件的一种γ-聚谷氨酸与火绵胶成膜吸附水中铜离子的方法。

实现上述目的，本发明采用如下技术：一种γ-聚谷氨酸与火绵胶成膜吸附水中铜离子的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）在制备火绵胶膜的同时加入聚谷氨酸，以浓度为0.05—0.15%的戊二醛溶液作为交联剂，在38—50℃的条件下交联1.5—2.5h将聚谷氨酸与火绵胶相结合形成膜；（2）将步骤（1）中得到的膜放入初始浓度为90—110mg/L的铜离子溶液进行吸附，且吸附温度为40—52℃，吸附时间为60—75min，pH为4—5.5； (3) 将步骤（2）中已使用的γ-聚谷氨酸与火绵胶膜用0.3—0.7mol/L的HCl溶液在16—24℃、150—210r/min的振荡器中反应40—50min对其进行解析，将脱附后的该膜取出，用去离子水洗净，置于常温下自然晾干,再循环使用。

通过采用上述方案，本发明提供一种成本低，可重复运用，效果好的新型的一种γ-聚谷氨酸与火绵胶成膜吸附水中铜离子的方法。

  本发明的进一步设置是：步骤（1）中交联剂戊二醛溶液的浓度为0.1%，交联温度在44℃的条件下交联2h；步骤（2）中铜离子溶液初始浓度为100mg/L，吸附温度为46℃，吸附时间为67min，pH为4.8；步骤(3)中用0.5mol/L的HCl溶液在20℃、180r/min的振荡器中反应45min对其进行解析，将脱附后的该膜取出，用去离子水洗净，置于常温下自然晾干2h,再循环使用。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为谷氨酸标准曲线图；

图2为聚谷氨酸吸附铜离子标准曲线图；

图3为铜离子初始浓度对吸附量的影响图；

图4为吸附温度对吸附量的影响图；

图5为溶液的pH对吸附量的影响图；

图6为吸附时间对吸附量的影响图；

图7为Y=f(X1,X2)响应面图；

图8为Y=f(X1,X3)响应面图；

图9为Y=f(X2,X3)响应面图。

具体实施方式