[发明专利]一种泡沫状微生物改性吸附剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种微生物改性吸附剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着社会的进步，有色金属工业日益发展使得重金属污染日趋严重。据《2014-2018年中国铅行业发展现状及投资前景展望分析报告》的统计数据显示，我国已成为世界最大的精炼铅生产国和消费国。大量的铅矿开采、冶炼以及在工农业生产中的广泛应用，不可避免地将造成严重的水环境污染，同时加速不可再生资源的耗竭。而铅是一种全身性毒物，对人体健康产生严重危害，对儿童智力发育的影响甚至不可逆。为此，我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定工业污水中总铅的最高排放浓度不得超过1.0mg/L，《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)则规定生活饮用水中铅的检出限值为0.01mg/L。

在处理含铅废水的众多方法中，吸附法因其操作便捷、周期短及后处理简单等优点，被认为是一种充满活力和具有应用前景的有效途径。在实际应用过程中，吸附剂的特性关系到废水处理的整体效果和经济成本，因此目前面临的关键问题是设计并制备低成本、高效率、易分离回收、具有选择性的环境友好型吸附剂，以满足实际应用的需要。

近年来，细菌、真菌、酵母菌等环境微生物由于具有环保性和经济性正被广为研究并用于水体铅污染的治理。Li et al.发现活体和灭活的恶臭假单胞菌对水体中Pb(Ⅱ)的吸附平衡时间分别为120min和30min，最大吸附能力分别为49.48mg/g(pH＝5，15℃)和42.23mg/g (pH＝5，15℃)；Tsekova et al.将未经处理以及分别经PVA和海藻酸钙处理的黑曲霉用于对Pb(Ⅱ)的吸附，发现30min即达吸附平衡，最大吸附能力分别为33.3(pH＝6.5，25℃)、 39.4(pH＝6.5，25℃)和46.8mg/g(pH＝6.5，25℃)；Yu et al.研究发现经胱氨酸改性的酵母菌对Pb(Ⅱ)的吸附20min即可达到吸附平衡，饱和吸附能力为45.87mg/g(pH＝5-6，25℃)。可见，微生物吸附剂对铅的去除有良好的效果。但是到目前为止，粉末状的灭活生物体尺寸小、吸附能力有限、不易固液分离，易引起固定床等反应器较高的液体压降，无法满足实际应用的需要。因此，发展一种简单、绿色的方法制备易于成型且吸附效率高的生物吸附剂是非常有意义的，具有十分广阔的实际应用前景。

发明内容

本发明是为了解决现有微生物作为吸附剂成型困难、吸附效率不理想以及没有吸附选择性的问题，而提供了一种泡沫状微生物改性吸附剂的制备方法及其应用。

一种泡沫状微生物改性吸附剂的制备方法具体是按以下步骤进行的：

将灭活后的微生物菌粉加入到质量分数为2％～20％的NaOH水溶液中，再向其中加入 CS₂，得到混合溶液，将混合溶液在室温条件下连续搅拌10h～30h，反应结束后离心过滤，收集的产物采用去离子水反复冲洗，直至洗至中性，在温度为-60℃～-90℃的条件下冻结后再真空干燥，得到泡沫状生物吸附材料；所述灭活后的微生物菌粉的质量与质量分数为 2％～20％的NaOH水溶液的体积比为1g:(40～80)mL；所述CS₂与质量分数为2％～20％的 NaOH水溶液的体积比为1:(20～40)。

一种泡沫状微生物改性吸附剂用于去除水体中的Pb(Ⅱ)。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比具有明显的优势：1、一步法，工艺简单能耗低；2、经济，原材料来源广泛、廉价易得、可再生，还能实现废菌渣再用；3、规则的立体结构，易于固液分离，形状尺寸可调控，利于实现工程应用；4、吸附速率快，吸附能力高，具有良好的实际应用潜力；5、对Pb(Ⅱ)的选择性吸附能力强，有利于铅的富集回收；6、具有一定普适性，可推广到不同微生物的改性吸附应用。

附图说明

图1为实施例一得到的X-PI3的外观形貌图；

图2为实施例一得到的X-PI3的扫描电镜图；

图3为在室温下X-PI3和X-TPb对Pb(Ⅱ)的吸附能力随时间变化的关系曲线；其中1 为X-PI3、2为X-TPb；

图4为在室温下X-PI3和X-TPb对Pb(Ⅱ)的吸附能力随初始浓度变化的关系曲线；其中1为X-PI3、2为X-TPb；

图5为不同初始浓度条件下共存重金属离子对X-PI3吸附Pb(Ⅱ)能力影响的柱状对比图；其中a为Pb(Ⅱ)、b为Cd(Ⅱ)、c为Ni(Ⅱ)和d为Zn(Ⅱ)；