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一种生物吸附剂的制备方法以及生物吸附剂的应用

阅读:81发布:2021-06-15

专利汇可以提供一种生物吸附剂的制备方法以及生物吸附剂的应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及重金属污染处理技术领域,尤其是提供一种 生物 吸附 剂的制备方法,包括如下步骤:步骤一:在 海 水 培养基中引入 硅 藻源,室温下曝气培养至稳定生长期获得硅藻液;步骤二:对所述硅藻液体进行离心处理,获得硅藻浓缩液;步骤三:干燥所述硅藻浓缩液,获得硅藻干粉。本发明还提供这种生物吸附剂应用于重 金属离子 吸附的处理方法。本发明获得的生物吸附剂用于处理重金属离子,具有高吸附容量、高吸附效率、低成本,可循环多次利用等优越性,其吸附性能大大优于常见的生物吸附剂,具有广阔的应用前景。,下面是一种生物吸附剂的制备方法以及生物吸附剂的应用专利的具体信息内容。

1.一种生物吸附剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:在培养基中引入藻源,环境温度下曝气培养至稳定生长期获得硅藻液;
步骤二:对所述硅藻液体进行离心处理,获得硅藻浓缩液;
步骤三:干燥所述硅藻浓缩液,获得硅藻干粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述海水培养基为在天然海水中加入人工海水营养剂。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述硅藻源为单离的硅藻纲藻种;或在海水培养基中环境温度下曝气培养至稳定生长期获得的混和硅藻藻种。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述硅藻为毛藻、海链藻及菱形藻中至少一种。
5.一种利用生物吸附剂处理重金属离子的方法,其特征在于,包括如下步骤:将硅藻干粉加入重金属离子溶液中,室温下震荡吸附24h以上,使所述硅藻干粉形成硅藻吸附重金属离子并达到饱和,其中,所述重金属离子溶液的pH值为3~6。
6.根据权利要求5所述处理重金属离子的方法,其特征在于,所述硅藻为角毛藻、海链藻及菱形藻中至少一种。
7.根据权利要求5所述处理重金属离子的方法,其特征在于,所述硅藻干粉的质量与所述重金属离子的质量之比大于4。
8.根据权利要求5所述处理重金属离子的方法,其特征在于,还包括解析附步骤:将吸附有重金属离子的硅藻离心分离,干燥后获得重金属-硅藻干粉;将所述重金属-硅藻干粉加入至盐酸中,室温下震荡24~48h;其中,所述重金属-硅藻干粉与盐酸的质量体积比为
1~5g:1L。
9.根据权利要求5所述处理重金属离子的方法,其特征在于,所述重金属离子溶液中
2+ 2+ 2+
含有Pb 、Cu 或Cd 至少一种。

说明书全文

一种生物吸附剂的制备方法以及生物吸附剂的应用

技术领域

[0001] 本发明涉及重金属污染治理方法领域,尤其是一种天然生物吸附剂及使用该生物吸附剂处理重金属离子的应用。

背景技术

[0002] 我国重金属污染问题严重,亟需高性能、低成本的重金属离子(Pb2+、Cu2+及Cd2+等)吸附材料。海洋藻表面具有大量的微孔结构,且含有丰富的藻多糖、蛋白类等物质,十分利于重金属离子的吸附。且海洋硅藻具有生长速度快、生长周期短、生物质含量高等特点,对培养条件的耐受范围也较广。人们希望利用海洋资源获得一种性能优异的生物吸附剂,处理重金属离子的污染问题。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种高效的天然生物吸附剂,及利用其对重金属离子2+ 2+ 2+
(Pb 、Cu 及Cd )进行处理的方法,获得高效的重金属离子去除性能。
[0004] 这种生物吸附剂的制备方法,包括如下步骤:
[0005] 步骤一:在培养基中引入硅藻源,环境温度下曝气培养至稳定生长期获得硅藻液;
[0006] 步骤二:对所述硅藻液体进行离心处理,获得硅藻浓缩液;
[0007] 步骤三:干燥所述硅藻浓缩液,获得硅藻干粉。
[0008] 进一步地,所述海水培养基为在天然海水中加入人工海水营养剂。
[0009] 进一步地,所述硅藻源为单离的硅藻纲藻种;或在海水培养基中环境温度下曝气培养至稳定生长期获得的混和硅藻藻种。
[0010] 进一步地,所述硅藻为毛藻、海链藻及菱形藻中至少一种。
[0011] 本发明还提供利用这种生物吸附剂处理重金属离子的方法,包括如下步骤:采用所述硅藻干粉加入重金属离子溶液中,室温下震荡吸附24h以上,使所述硅藻干粉吸附重金属离子并达到饱和,其中,所述重金属离子溶液的pH值为3~6。
[0012] 优选地,所述硅藻为角毛藻、海链藻及菱形藻中至少一种。
[0013] 优选地,所述硅藻干粉的质量与所述重金属离子的质量之比大于4[0014] 优选地,还包括解析附步骤:将吸附有重金属离子的硅藻离心分离,干燥后获得重金属-硅藻干粉;将所述重金属-硅藻干粉加入至盐酸中,室温下震荡24~48h;其中,所述重金属-硅藻干粉与盐酸的质量体积比为1~5g:1L。
[0015] 优选地,所述重金属离子溶液中含有Pb2+、Cu2+或Cd2+至少一种。
[0016] 有益效果:本发明中所使用的海洋硅藻作为海洋主要的初级生产,具有资源丰富、分布广泛的特点,是近海的优势类群。本发明所获得的硅藻干粉来处理重金属离子2+ 2+ 2+
(Pb 、Cu 及Cd ),可以获得较高的吸附容量,高吸附效率,并且低成本,可循环多次利用,其吸附性能大大优于常见的生物吸附剂,具有广阔的应用前景。

具体实施方式

[0017] 本发明利用丰富的海洋资源,从中培养出硅藻作为生物吸附剂,用于吸附处理重金属离子。下面结合实例对本发明做进一步描述。
[0018] 实施例1
[0019] 一种生物吸附剂的制备方法,包括如下步骤:
[0020] 步骤一:在海水培养基中引入硅藻源,环境温度下曝气培养至稳定生长期获得硅藻液。
[0021] (1)培养基。本实施例从深圳湾沿海水域采集海水,首先以经过砂滤的天然海水作为培养溶剂,各营养盐按照人工海水营养剂(又称为f/2培养基,具体组分参见表1~表3)添加入天然海水中制成海水培养基。
[0022] (2)获得硅藻源。本实施例是以f/2培养液,在环境温度下(20~30℃)培养至稳定生长期获得的优势硅藻混合种为藻种来源。然后将获得的硅藻源引入至海水培养基中,环境温度下曝气培养至稳定生长期后获得硅藻液。其中,本领域技术人员熟知,稳定生长期是指细胞的分裂与衰亡到达一相对稳定的时间,可通过细胞密度曲线来表征。即每日监控硅藻的细胞密度,并用天数对细胞密度值作图,当观察到细胞密度随培养天数趋于恒定或变化不明显,可判断为硅藻的生长培养进行稳定生长期。
[0023] 表1.f/2培养基配方
[0024]试剂 母液 添加量
NaNO3 0.075g
NaH2PO4·H2O 5g/L 1.0ml
Na2SiO3·9H2O 30.0g/L 1.0ml
微量金属溶液(Trace Metal Solution) 见表2 1.0ml
维他命溶液(Vitamin Solution) 见表3 0.5ml
过滤海水(定容至) 1.0L
[0025] 表2.微量金属溶液(Trace Metal Solution)组分
[0026]试剂 母液 添加量
FeCl3·6H2O 6g
Na2EDTA·2H2O 4.36g
CuSO4·5H2O 9.8g/L 1.0ml
Na2MoO4·2H2O 6.3g/L 1.0ml
ZnSO4·7H2O 22.0g/L 1.0ml
CoCl2·6H2O 10.0g/L 1.0ml
MnCl2·4H2O 180.0g/L 1.0ml
蒸馏水(定容至) 1.0L
[0027] 表3.维他命溶液(Vitamin Solution)组分
[0028]
[0029] 步骤二:所述步骤一获得的硅藻液进行离心处理,获得硅藻浓缩液。
[0030] 步骤三:烘箱干燥所述硅藻浓缩液后获得硅藻干粉。将该硅藻干粉过200目筛子,得到均匀硅藻干粉。由于该硅藻的来源是硅藻混合种,因此该硅藻干粉是硅藻的混合品种2 3
干粉。经检测,该硅藻干粉的BET比表面积达5.18m/g,孔容为0.034cm/g。
[0031] 下面,介绍这种方法获得的硅藻干粉在处理重金属离子方面的应用。2+ 2+ 2+
[0032] 本实施例中采用重金属离子Pb 、Cu 、Cd 为吸附对象,展示本实施例的生物吸附剂的吸附性能。
[0033] 首先,本实施例的重金属离子溶液分别为:2+ 2+ 2+
[0034] 实验组1:初始浓度为500ppm Pb 、Cu 、Cd 的水溶液;以及,2+ 2+ 2+
[0035] 实验组2:初始浓度为110ppm的Pb 、Cu 、Cd 的水溶液。
[0036] 调节所述重金属水溶液的pH范围均为5~6。2+ 2+ 2+
[0037] 然后,将通过上述方法获得硅藻干粉分别加入至Pb 、Cu 、Cd 的水溶液中,置于摇床中室温(25℃)下震荡吸附24~48h进行吸附反应。直至使所述硅藻干粉形成硅藻吸附重金属离子并达到饱和。其中,所述硅藻干粉与所述重金属离子溶液的质量体积比(又称为固液比)为1g/L;控制摇床转速为180rpm。2+ 2+ 2+
[0038] 在吸附反应过程中,分别在Pb 、Cu 、Cd 的水溶液中取少量溶液经过0.45微米2+ 2+ 2+
滤膜,然后使用电感耦合等离子仪(ICP)分别检测滤液中Pb 、Cu 、Cd 重金属离子浓度。
2+ 2+ 2+
[0039] 吸附结果如表1所示,吸附反应时间为24h时,硅藻对Pb 、Cu 及Cd 的均有较佳的吸附效果。
[0040] 表4硅藻干粉对不同初始浓度、不同种类的重金属离子水溶液的吸附结果[0041]2+ 2+ 2+
[0042] 从表1可知,本实施例获得的硅藻干粉对Pb 、Cu 、Cd 三种重金属离子均有较好的吸附性能。尤其对于初始浓度不高于110ppm的重金属离子水溶液的吸附效率达到90%以上,说明硅藻干粉对该浓度范围的重金属离子具有非常高效的吸附效果。2+ 2+ 2+
[0043] 本实施例所获得的生物吸附剂,对初始浓度500ppm的Pb 、Cu 及Cd 的吸附容量分别达360mg/g、280mg/g、210mg/g,明显优于其他藻类吸附剂的吸附效果(褐藻类分别为280mg/g、105mg/g、130mg/g;绿藻类类分别为300mg/g、110mg/g、90mg/g;红藻类分别为200mg/g、40mg/g、85mg/g)。
[0044] 实施例2
[0045] 按不同固液比(0.5g/L~10g/L)将实施例1中所获得硅藻干粉分别加入初始浓2+ 2+
度为500ppm的Pb 、Cu 水溶液中,参照实施例1的方法置于摇床反应。一段时间后,取少
2+ 2+
量溶液过0.45微米滤膜,使用电感耦合等离子仪(ICP)分别检测滤液中Pb 、Cu 重金属离子浓度。
[0046] 表5不同固液比反应条件下天然硅藻干粉对重金属离子的去除率表(%)[0047]
[0048] 从表2中可以看出,当固液比为0.5g/L时,硅藻干粉对Pb2+、Cu2+表现出明显的吸附能力,随着固液比的增大吸附性能不断增大。结合实施例1的表4可知,硅藻干粉对不同重金属离子均有不同的吸附容量,对于重金属离子的初始浓度值(mg/L)低于硅藻干粉最大吸附容量值(mg/g)的情况而言,固液比为0.5~1g/L的硅藻液就能将所述重金属离子体系中的重金属离子几乎吸附完全。而对于高浓度(如大于500ppm)的重金属离子体系,其重金属离子的初始浓度值(mg/L)高于硅藻干粉的最大吸附容量值(mg/g),优选硅藻干粉的固液比与重金属离子初始浓度之比(或硅藻干粉的质量与所述重金属离子的质量之比)2+ 2+
大于4,对Pb 的吸附便能获得吸附效率达到90%,硅藻干粉的质量与Cu 离子的质量之比大于6,也能获得吸附效率达到90%以上的良好结果。
[0049] 实施例3
[0050] 本实施例是在实施例1所获得的硅藻干粉基础上吸附重金属离子达到饱和后,分析其解吸附后的性能。
[0051] 在初始pH范围为5~6、初始浓度分别为500ppm的重金属离子Pb2+、Cu2+的水溶液中,分别按照固液比1g/L加入硅藻干粉,置于摇床中室温下震荡吸附48h。其他步骤可参见实施例1所示。
[0052] 48h后待硅藻吸附重金属离子达到饱和,吸附反应完成。然后室温下对混有硅藻2+ 2+
的Pb 、Cu 的水溶液进行离心处理(温度25℃,时间10min,转速4000rpm)。收集饱和吸附后的硅藻,冷冻干燥,再常温干燥获得重金属-硅藻干粉,保存备用。
[0053] 对所述重金属-硅藻干粉进行解吸附处理,解吸附剂为盐酸。将所述重金属-硅藻干粉按一定的固液比投入至为0.1mol/L的盐酸中,室温下震荡24h,控制摇床转速为180rpm。反应后取少量溶液过0.45微米滤膜,使用电感耦合等离子仪(ICP)分别检测滤液
2+ 2+
中Pb 、Cu 重金属离子浓度。
[0054] 表6不同固液比条件下盐酸对重金属-硅藻干粉的解吸附结果
[0055]
[0056] 从表6中可以看出,盐酸对吸附有重金属的硅藻干粉有很好的解吸附效果。
[0057] 实施例4
[0058] 本实施例与实施例1不同的在于,采用的硅藻源为单离的硅藻纲藻种,分别为:角毛藻、海链藻及菱形藻。按照实施例1的生物吸附剂的制备方法分别获得角毛藻、海链藻及菱形藻干粉。
[0059] 以固液比1g/L将三种硅藻干粉分别加入初始浓度为1000ppm的Pb2+、Cu2+水溶液中,置于摇床反应。一段时间后,取少量溶液过0.45微米滤膜,使用电感耦合等离子仪(ICP)分别检测滤液中Pb2+、Cu2+重金属离子浓度。其余步骤参见实施例1所示。
[0060] 参见表7所示,单离种的硅藻干粉对Pb2+、Cu2+亦具有良好的吸附效果。其中,菱形藻及海链藻对Pb2+的吸附性能优于已报道的藻类吸附剂的最大吸附容量(褐藻类:280mg/g;绿藻类:300mg/g;红藻类:200mg/g);菱形藻、海链藻及角毛藻对Cu2+的吸附性能均优于已报道的藻类吸附剂的最大吸附容量(褐藻类:105mg/g;绿藻类:110mg/g;红藻类:40mg/g)。
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