同時制備用于重金屬吸附的生物吸附劑和絮凝劑的方法及其產品技術

本發明專利技術公開了一種同時制備用于重金屬吸附的生物吸附劑和絮凝劑的方法及其產品，屬于廢水處理技術。通過硫酸鋁對鐵氧化細菌進行馴化，獲得目的菌株，然后在對其進行擴大培養和離心收集后，獲得大量菌體。將菌體投加于硫酸亞鐵和硫酸鋁體系中，基于細菌的亞鐵氧化作用和生物模板作用，合成納米線級的鐵基重金屬吸附劑和聚硅硫酸鐵鋁絮凝劑。該細菌共同制備方法工藝簡單，綠色，低耗，原料利用效率高，適用于對各類各種廢水進行吸附和絮凝處理。

【技術實現步驟摘要】
同時制備用于重金屬吸附的生物吸附劑和絮凝劑的方法及其產品
本專利技術涉及一種同時制備用于重金屬吸附的生物吸附劑和絮凝劑的方法及其產品，屬于環境工程領域。
技術介紹
伴隨工業化進程的大規模采礦，選礦，冶煉以及后續加工和利用過程，重金屬污染越來越嚴重，其危害性也日益顯現，因而尋求一條合理高效的治理途徑十分迫切。重金屬不同于有機污染物，多數有機污染物都能夠通過自然界的物理、化學或生物學過程分解，使其毒性降低或消除。重金屬則不能夠被降解，反而具有富集性，其可在水體，底泥和生物體內積累，在食物鏈中濃縮，造成巨大的環境和生物危害性。主要的危害性重金屬包括鉛、鎘、汞、砷、鉻、銅、鎳、鋅等。絮凝劑能夠通過電中和、吸附、架橋、交聯等作用，使水中膠體微粒和其他一些有機物質形成絮團而迅速沉降。高效廉價的絮凝劑是水處理中的關鍵物質。絮凝劑可以降低水體濁度和色度，同時其絮凝過程也可以去除水體中的重金屬，有機物和一些其他污染物。基于絮凝劑化學性質可以分為兩大類包括有機絮凝劑和無機絮凝劑。有機絮凝劑兼具用量小和高效的優點，但其價格較高，水體中殘留絮凝劑難以全面清除，所以其潛在的化學毒性并不適用于飲用水處理。無機絮凝劑一般則可以分為鐵鹽系和鋁鹽系，鋁鹽以硫酸鋁、氯化鋁為主，鐵鹽以硫酸鐵、氯化鐵為主。本專利技術以鐵氧化細菌為主體，基于其優異的鐵氧化能力及生物模板作用，同時合成納米線鐵基重金屬吸附材料和絮凝劑聚合硫酸鐵鋁，形成一種綠色、高效的合成工藝。其合成產物納米級鐵基重金屬吸附劑具有吸附容量高，再生性好，制備條件簡單，均一度高等優點，其生產的絮凝劑絮凝比重大，沉降速度快，適宜pH寬等優點。整個細菌合成工藝溫和，無副產物，提高了產品性能，降低了成本，是一種環境有好的先進工藝。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對傳統技術中的不足，提供一種同時制備用于重金屬吸附的生物吸附劑和絮凝劑的方法及其產品。本專利技術的目的是通過以下方式實現的：一種用于重金屬吸附的生物絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：在9K培養基中添加硫酸鋁對氧化亞鐵硫桿菌馴化，獲得具有穩定鐵氧化能力的氧化亞鐵硫桿菌菌株；將菌株加入到硫酸亞鐵和硫酸鋁的溶液體系中合成，過濾收集沉淀，洗滌沉淀，干燥，得到生物吸附劑，濾液與聚合硅酸鈉混合靜置獲得絮凝劑。上述方法中隨馴化過程逐漸提高硫酸鋁濃度直至達到30g/L。上述方法中馴化時初始pH2.0-2.5，溫度25-35℃，搖床轉速100-250rpm。上述方法中硫酸亞鐵和硫酸鋁的質量比例為15/1-15/30，細菌密度1.0-1.5×108個/mL，上述合成過程中，初始pH2.0-2.5，溫度25-36℃，轉速150-250rpm，合成時間為3-5天。收集的沉淀用pH1.5-2.5去離子水洗滌沉淀，自然風干，得到生物吸附劑。上述濾液與2％聚合硅酸鈉按體積比5/1-1/5復配。上述方法中復配后使其混合均勻，調節pH值至1.2-1.8，攪拌10-20min，在50-65℃水浴鍋中反應100-150min，期間均勻振蕩，靜置得到棕紅色絮凝劑。聚合硅酸鈉的制備過程：稱取硅酸鈉，使得二氧化硅SiO2濃度為1.5-2.5％，初始pH為12.5-13.0，然后邊攪拌邊向溶液中緩慢滴加5-10％硫酸，調節聚合硅酸鈉pH至2.0-2.5，在25-35℃環境下靜置60-120min。一種用于重金屬吸附的生物吸附劑，是由上述的方法制備而成的。一種用于重金屬吸附的生物絮凝劑，是由上所述的方法制備而成的。本專利技術的優勢如下：本專利技術提供了一種能夠同時制備用于重金屬吸附的生物吸附劑和絮凝劑的方法，而且得到的納米級鐵基重金屬吸附材料形貌，尺寸，結構具有高度均一性，具有較大的比表面積，重金屬吸附能力強，還具有優異的可再生性。同時其生產過程中的副產物聚合硫酸鐵通過與活性聚硅酸改性可獲得一種優良的聚硅硫酸鋁鐵絮凝劑。整個合成過程綠色，環保，工藝簡單，原料可實現全利用，極大地降低了生產成本。附圖說明：圖1為本專利技術中合成的納米級鐵基重金屬吸附材料SEM圖；圖2本專利技術中合成的納米級鐵基重金屬吸附材料TEM圖；圖3為本專利技術中合成的納米級鐵基重金屬吸附材料EDS圖；圖4為本專利技術中合成的聚硅硫酸鐵鋁絮凝劑；圖5為本專利技術中合成的納米級鐵基重金屬吸附材料對250mg/L鉻和銅的循環吸附性能；圖6為本專利技術中合成的納米級鐵基重金屬吸附材料在不同陰離子和不同濃度下對250mg/LCu(II)的吸附動力學模型。具體實施方式以下實施例或實施方式旨在進一步說明本專利技術，而不是對本專利技術的限定。實施例1：(1)高濃度鋁離子對氧化亞鐵硫桿菌的的馴化：在200mL9K培養基中加入Al2(SO4)3.18H2O，其濃度從初始7.5g依次增加到15g、22.5g、30g，在30g濃度傳代3次，初始pH2.0，溫度30℃，搖床轉速180rpm，最終獲得在高濃度鋁離子存在情況下具有穩定亞鐵氧化能力的氧化亞鐵硫桿菌菌株；(2)氧化亞鐵硫桿菌擴大培養：將步驟(1)馴化得到的氧化亞鐵硫桿菌，通過500搖瓶在添加有30gAl2(SO4)3.18H2O的9K培養基中擴大培養，在其增殖進入代數生長末期(約5天)時通過0.45um濾紙過濾，去除沉淀，獲得濾液，高速冷凍離心機12，000離心收集菌體。(3)將步驟(2)收集的菌體，加入到FeSO4.7H2O與Al2(SO4)3.18H2O比例為15g：30g的200mL純水溶液體系中，使其菌體密度達到1.5×108/mL，合成體系初始pH為2.5，溫度30℃，轉速180rpm，合成時間為4天，過濾收集沉淀，并用pH1.5-2.5去離子水洗滌沉淀，自然風干，對獲得的聚合硫酸鐵鋁濾液保存備用；(4)將0.05g步驟(3)獲得的納米級鐵基重金屬吸附材料加入到20mL1-500mg/L的Cu(II)，Zn(II)，Cd(II)，Pb(II)，As(III)及Cr(VI)的廢液中進行吸附，吸附溫度30℃，初始pH是3-8，轉速是180rpm，吸附時間是180min，處理后的廢液和吸附劑通過3000rpm離心分離；(5)將步驟(4)用3-5mLpH2-3的純水進行循環洗滌20-30min，對其吸附的重金屬離子進行洗脫，使其獲得再生，循環使用四次以上。實施例21、聚合硅酸鈉的制備：稱取4.73g的Na2SiO3·9H2O硅酸鈉溶解于50mL蒸餾水，使得二氧化硅SiO2濃度為2％，此時其初始pH為12.5-13.0，然后邊攪拌邊向溶液中緩慢滴加10％硫酸，調節聚合硅酸鈉pH至2.0，在30℃環境下靜置90min。2、將實施例1鐵基重金屬吸附材料制備過程中步驟(3)所述的聚合硫酸鋁鐵濾液與聚合硅酸鈉按1:1復配，使其混合均勻，調節pH值至1.5，攪拌30min，在60℃水浴鍋中反應120min，期間均勻振蕩60次/分鐘，靜置得到棕紅色聚硅硫酸鐵鋁絮凝劑。3、取100uL，200uL，500uL，800uL，1mL復合絮凝劑加入至100mL，5％高嶺土懸液中，250rpm快速攪拌1min，然后調至75rpm攪拌1min，最后靜置4min，在液面2cm下取樣，在540nm檢測吸光度。結論：0.1/100，0.2/100，0.5/100，0.8/100，1/100比例投加量絮凝率依次達到85.2％，89.3％，92.6％，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種同時制備用于重金屬吸附的生物吸附劑和絮凝劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：在9K培養基中添加硫酸鋁對氧化亞鐵硫桿菌馴化，獲得具有穩定鐵氧化能力的氧化亞鐵硫桿菌菌株；將菌株加入到硫酸亞鐵和硫酸鋁的溶液體系中合成，過濾收集沉淀，洗滌沉淀，干燥，得到生物吸附劑，濾液與聚合硅酸鈉混合靜置獲得絮凝劑。

【技術特征摘要】
1.一種同時制備用于重金屬吸附的生物吸附劑和絮凝劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：在9K培養基中添加硫酸鋁對氧化亞鐵硫桿菌馴化，過濾，去除沉淀，獲得濾液離心收集獲得具有穩定鐵氧化能力的氧化亞鐵硫桿菌菌株；將菌株加入到硫酸亞鐵和硫酸鋁的溶液體系中合成，過濾收集沉淀，洗滌沉淀，干燥，得到生物吸附劑，濾液與聚合硅酸鈉混合靜置獲得絮凝劑。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，隨馴化過程逐漸提高硫酸鋁濃度直至達到30g/L。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，馴化時初始pH2.0-2.5，溫度25-35℃，搖床轉速100-250rpm。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，硫酸亞鐵和硫酸鋁的質量比例為15/1-15/30，細菌密度1.0-1.5×108個/mL。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，合成過程中，初始pH2.0-2.5，溫度25-36℃，轉速150-250rpm，合成時間為3-5天；收...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱建裕，甘敏，劉新星，宋子博，周雙，揭詩琪，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43