專利名稱：一種磁性生物吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性生物吸附劑，還涉及一種磁性生物吸附劑的制備方法。
背景技術(shù)：
環(huán)境中重金屬的危害已越來(lái)越為人類所重視，其中鉛是一種嚴(yán)重的環(huán)境毒和神經(jīng)毒， 對(duì)人體的神經(jīng)、血液、消化、泌尿、生殖、內(nèi)分泌、免疫等系統(tǒng)均有毒害作用， 一旦中 毒將會(huì)對(duì)人體全身各個(gè)系統(tǒng)造成不同程度的毒害，尤其影響嬰幼兒、兒童的智力發(fā)育及 學(xué)習(xí)記憶等腦功能。因此，對(duì)環(huán)境中鉛的處理，不僅關(guān)系到少年兒童的健康成長(zhǎng)，還影 響到中國(guó)下一代的智力水平、人口素質(zhì)和國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)競(jìng)爭(zhēng)力。
含鉛廢水主要來(lái)自電池生產(chǎn)廠、電鍍廠和冶煉廠。對(duì)于含鉛廢水的治理，傳統(tǒng) 的方法有化學(xué)吸附法、離子交換法、反滲透、氧化還原、溶劑萃取、膜分離及電沉積 法等，但傳統(tǒng)方法都或多或少存在著處理效率不高、處理效果不好(不能使金屬濃度降到 排放標(biāo)準(zhǔn)以下)等缺陷，常需將多種方法聯(lián)合使用才能達(dá)到比較好的效果。
生物吸附技術(shù)是環(huán)境領(lǐng)域近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的處理工業(yè)污染廢水的新技術(shù)， 它以各種生物體(自然界的生物體或其死亡體)吸附廢水中的重金屬離子。與傳統(tǒng)方 法相比，生物方法具有吸附容量大、選擇性強(qiáng)、效率高、能耗低、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)上可 行等優(yōu)點(diǎn)，能有效地處理和凈化含低濃度重金屬離子的廢水。然而，現(xiàn)有報(bào)道的生物 吸附劑多為游離態(tài)微生物，由于其作用時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)效率低、固液分離困難等問(wèn)題， 又使其應(yīng)用受到了很大的限制。固定化微生物技術(shù)是20世紀(jì)80年代興起的一種新 型生物技術(shù)，其利用生物或化學(xué)的多聚體材料將微生物包埋起來(lái)不僅可以大幅度提 高參加反應(yīng)的微生物濃度，使微生物不易流失和污染，而且作用時(shí)間較長(zhǎng)，抗毒和 耐受力明顯加強(qiáng)，固液分離容易，二次污染少，因而顯示出良好的應(yīng)用前景。如何 將固定化微生物技術(shù)應(yīng)用到含鉛廢水處理中，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的一個(gè)新 課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種吸附效率高、選擇性好、 處理工藝簡(jiǎn)單、成本低、并能有效去除廢水中鉛金屬的磁性生物吸附劑，還提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便的磁性生物吸附劑的制備方法。
本發(fā)明結(jié)合磁性納米粒子的優(yōu)勢(shì)與黃孢原毛平革菌(尸力a/7ej"oc/ a"ec/uTso卬on'"/z7， 購(gòu)自中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC)，保藏號(hào)為AF96007)吸附重金屬的特征，提供了 一種磁性生物吸附劑，其特征在于所述磁性生物吸附劑是以海藻酸鈣為載體，并包埋有 黃孢原毛平革菌菌粉和磁性納米粒子，所述黃孢原毛平革菌菌粉、磁性納米粒子和海藻 酸鈣的質(zhì)量比為1 : (0.5 1.25) : (8 10)。
上述黃孢原毛平革菌菌粉為過(guò)120-200目篩后的菌粉。
上述磁性生物吸附劑為微球狀，其粒徑為3cm 5cm。
本發(fā)明還提供了一種磁性生物吸附劑的制備方法，其特征在于所述方法是將磁性納 米粒子與黃孢原毛平革菌菌粉混合物加入到質(zhì)量濃度為1%~2%的海藻酸鈉溶液中，溶液 中混合物的添加量為0.125~0.225g/mL，攪拌均勻后，再通過(guò)固定化過(guò)程制備得到磁性生 物吸附劑。
所述磁性納米粒子與黃孢原毛平革菌菌粉混合物按下述方法配制得到 將培養(yǎng)4~6天(培養(yǎng)溫度30~37°C)后的黃孢原毛平革菌菌球冷凍干燥，再粉碎成 120-200目的菌粉，將菌粉和磁性納米粒子按質(zhì)量比1 : (0.5~1.25)混和均勻。 所述固定化過(guò)程是通過(guò)以下步驟實(shí)施
取1~2體積已經(jīng)添加有磁性納米粒子與黃孢原毛平革菌菌粉混合物的海藻酸鈉溶 液，將其逐滴轉(zhuǎn)入10體積的濃度為0.2mol/L 0.3mol/L的CaCl2溶液中，于室溫下靜置 18~24小時(shí)，再用無(wú)菌水及琥珀酸鈉緩沖液洗滌，完成固定化過(guò)程。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)結(jié)合磁性納米粒子與黃孢原毛平革菌各自 的優(yōu)勢(shì)，以科學(xué)合理的原料配比及簡(jiǎn)單可行、低成本的操作工藝制備出高效去除廢水中 鉛金屬的固定化磁性生物吸附劑，該生物吸附劑包埋的黃孢原毛平革菌菌粉能夠有效的 吸附廢水中的重金屬(尤其是鉛)，而包埋的磁性納米粒子是一種新型功能高分子材料， 可通過(guò)共聚、表面改性等化學(xué)反應(yīng)在磁性微粒表面引入多種反應(yīng)性功能基，如羥基、羧 基、氨基等，且具有磁性，對(duì)金屬離子也具有吸附作用，因此磁性納米粒子可起到輔助 吸附的效果。由上可見(jiàn)，本發(fā)明的磁性生物吸附劑提高了生物體對(duì)有毒物質(zhì)的承受能力， 穩(wěn)定性好；提高了污染物的處理負(fù)荷和處理效率；處理工藝進(jìn)一步簡(jiǎn)化，污染投資費(fèi)用 和運(yùn)行費(fèi)用得以節(jié)省，在處理含重金屬?gòu)U水方面有著廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的磁性生 物吸附劑還拓寬了廢水處理領(lǐng)域中生物吸附劑的選擇范圍，充分利用了微生物資源， 使工業(yè)廢水中重金屬的去除率達(dá)到一個(gè)較高的水平。


圖1為四種不同吸附劑對(duì)工業(yè)廢水中鉛的處理效果對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用的黃孢原毛平革菌(i^flweractoe/ec/^m^oWi/m),購(gòu)自中國(guó)典型培養(yǎng)物 保藏中心(CCTCC)，保藏號(hào)為AF96007，菌種轉(zhuǎn)接保藏在土豆蔗糖斜面培養(yǎng)基上。 實(shí)施例l:
1、 黃孢原毛平革菌菌粉的制備
將購(gòu)得的黃孢原毛平革菌(CCTCCAF96007)從保藏的斜面培養(yǎng)基上刮取，并接種 至土豆葡萄糖培養(yǎng)基，每500mL錐形瓶中裝液體培養(yǎng)基200mL，培養(yǎng)溫度30 37'C，于 150-180rpm轉(zhuǎn)速下振蕩培養(yǎng)5天后，將菌球?yàn)V出，用去離子水反復(fù)洗滌，收集菌球冷凍 干燥后，研磨粉碎過(guò)180目篩，得到菌粉。所述土豆葡萄糖培養(yǎng)基組成為土豆40 g， 葡萄糖4g，水200mL。
2、 磁性納米粒子的制備
(1) 配制0.4mol/L的鹽酸50mL，取38mL于燒杯中，充氮?dú)?0min;稱取8.5g的 FeCly6H20和3g的FeCl2'4H20，溶于充過(guò)氮?dú)獾?.4 mol/L的鹽酸中；
(2) 配制0.7mol/L的氨水375mL，配制前充氮?dú)?0min;強(qiáng)烈機(jī)械攪拌下，將 上述FeCl3、 FeCl2和鹽酸的混合液倒入氨水中，生成Fe304膠狀沉淀3.48 g;機(jī)械攪 拌30min,自然沉降并伴隨磁力分離(24小時(shí))，去掉上清液；
(3) 將Fe304用超純水洗滌3次，自然沉降伴隨磁力分離(24小時(shí))，然后分散于 150mL的超純水中(23.2 mg/mL );
(4) 取上述分散后得到的Fe304懸浮液20mL，加入到200mL的正丙醇中，超聲 20min;機(jī)械攪拌，依次加入聚乙二醇(PEG) 5.36 g (1.34mrno1，分子量4000)、 20mL 超純水、10mL氨水；室溫?cái)嚢?4h;
(5) 離心分離在8000rpm的轉(zhuǎn)速下，離心5 min;分別用乙醇、水超聲清洗2次； 分離，冷凍干燥，制得磁性納米粒子。
3、 磁性納米粒子與黃孢原毛平革菌菌粉的固定化
將上述步驟1中制備的黃孢原毛平革菌菌粉和步驟2中制備的磁性納米粒子混合均 勻，黃孢原毛平革菌菌粉與磁性納米粒子的質(zhì)量比為1 : 0.5，將5g磁性納米粒子與黃孢 原毛平革菌菌粉混合物，加入到40mL質(zhì)量濃度為2Q/。的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻；用 注射器將其逐滴轉(zhuǎn)入200 mL 0.2 mol/L的CaCl2溶液中，于室溫下放置18小時(shí)，再用無(wú)菌水及0.05mol/L琥珀酸鈉緩沖液(pH4.5)洗滌多次，完成固定化過(guò)程，制得均勻規(guī)則 的球狀磁性生物吸附劑。
將上述制備得到的磁性生物吸附劑按45g的量加入到lm3含PP+濃度為100 mg/L的 工業(yè)廢水中，調(diào)節(jié)廢水的pH值到4.5(利用實(shí)驗(yàn)室的模擬廢水預(yù)先確定)，常溫下(30 。C )， 轉(zhuǎn)速為150rpm進(jìn)行振蕩吸附。待接觸24小時(shí)后，直接過(guò)濾，分離水及吸附劑，測(cè)定溶 液中的未被吸附的鉛離子濃度，對(duì)100 mg/L含鉛廢水的Pl^+去除率為99.92%。
實(shí)施例2:
1、 黃孢原毛平革菌菌粉的制備同實(shí)施例l。
2、 磁性納米粒子的制備同實(shí)施例2。
3、 磁性納米粒子與黃孢原毛平革菌菌粉的固定化
將上述步驟1中制備的黃孢原毛平革菌菌粉和步驟2中制備的磁性納米粒子混合均 勻，黃孢原毛平革菌菌粉與磁性納米粒子的質(zhì)量比為1 : 1.25，將9g磁性納米粒子與黃 孢原毛平革菌菌粉混合物，加入到40mL質(zhì)量濃度為2。/。的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻； 用注射器將其逐滴轉(zhuǎn)入200mL 0.2 mol/L的CaCl2溶液中，于室溫下放置24小時(shí)，再用 無(wú)菌水及0.05mol/L琥珀酸鈉緩沖液(pH4.5)洗滌多次，干燥，完成固定化過(guò)程，制得 均勻規(guī)則的球狀磁性生物吸附劑。
將上述制備得到的磁性生物吸附劑按48g的量加入到lm3含Pl^+濃度為100 mg/L的 工業(yè)廢水中，調(diào)節(jié)廢水的pH值到5.5，常溫下G(TC)，轉(zhuǎn)速為150rpm進(jìn)行振蕩吸附。 待接觸24小時(shí)后，直接過(guò)濾，分離水及吸附劑，測(cè)定溶液中的未被吸附的鉛離子濃度， 對(duì)100 mg/L含鉛廢水的Pp+去除率為99.95%。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)分別用游離態(tài)黃孢原毛平革菌、固定化黃孢原毛平革菌、固定化磁性納 米粒子和本發(fā)明的固定化磁性生物吸附劑去處理一組鉛含量相同的工業(yè)廢水，共進(jìn)行五 組不同濃度的含鉛廢水試驗(yàn)，處理效果對(duì)比如圖1所示。從圖1可以清楚的看到本發(fā)明 對(duì)含鉛廢水的處理效果，與傳統(tǒng)的游離態(tài)生物吸附劑、固定化生物吸附劑及固定化磁性 納米顆粒的處理效果相比，本發(fā)明的吸附容量更大，處理的鉛濃度范圍更廣，有著獨(dú)特 的吸附優(yōu)勢(shì)，且其吸附工藝可以設(shè)置為自動(dòng)化流程。
權(quán)利要求
1、一種磁性生物吸附劑，其特征在于所述磁性生物吸附劑是以海藻酸鈣為載體，并包埋有黃孢原毛平革菌菌粉和磁性納米粒子，所述黃孢原毛平革菌菌粉、磁性納米粒子和海藻酸鈣的質(zhì)量比為1∶(0.5～1.25)∶(8～10)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性生物吸附劑，其特征在于所述黃孢原毛平革菌菌粉為 過(guò)120~200目篩后的菌粉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性生物吸附劑，其特征在于所述生物吸附劑為微球狀， 其粒徑為3cm 5cm。
4、 一種磁性生物吸附劑的制備方法，其特征在于所述方法是將磁性納米粒子與黃孢 原毛平革菌菌粉混合物加入到質(zhì)量濃度為1%~2%的海藻酸鈉溶液中，溶液中混合物的添 加量為0.125~0.225g/mL，攪拌均勻，再通過(guò)固定化過(guò)程制備得到磁性生物吸附劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述磁性納米粒子與黃孢原毛平革 菌菌粉混合物按下述方法配制得到將培養(yǎng)4~6天后的黃孢原毛平革菌(P力a/7eroc/ aete c/ 2Tsosporii//H)菌球冷凍干燥， 再粉碎成120-200目的菌粉，將菌粉和磁性納米粒子按質(zhì)量比1 : (0.5~1.25)混和均勻。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于所述固定化過(guò)程是通過(guò)以下步 驟實(shí)施取1~2體積已經(jīng)添加有磁性納米粒子與黃孢原毛平革菌菌粉混合物的海藻酸鈉溶 液，將其逐滴轉(zhuǎn)入10體積的濃度為0.2mol/L~0.3mol/L的CaCl2溶液中，于室溫下靜置 18~24小時(shí)，再用無(wú)菌水及琥珀酸鈉緩沖液洗滌，完成固定化過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁性生物吸附劑，該吸附劑是以海藻酸鈣為載體，并包埋有黃孢原毛平革菌菌粉和磁性納米粒子，其中黃孢原毛平革菌菌粉、磁性納米粒子和海藻酸鈣的質(zhì)量比為1∶(0.5～1.25)∶(8～10)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種磁性生物吸附劑的制備方法，該方法是將磁性納米粒子與黃孢原毛平革菌菌粉混合物加入到質(zhì)量濃度為1％～2％的海藻酸鈉溶液中，溶液中混合物的添加量為0.125～0.225g/mL，攪拌均勻，再通過(guò)固定化過(guò)程制備得到磁性生物吸附劑。本發(fā)明的磁性生物吸附劑具有吸附效率高、選擇性好、成本低、制備工藝和處理工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并能有效應(yīng)用于工業(yè)廢水中鉛金屬的處理。
文檔編號(hào)B01J20/22GK101314123SQ20081003180
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者馮沖凌, 煒 曾, 曾光明, 霜 胡, 蘇峰峰, 黃丹蓮 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)