一种采用壳聚糖包埋海带粉的重金属生物吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种采用壳聚糖包埋海带粉的重金属生物吸附剂及其制备方法，所述生物吸附剂包括有８５～９４．５重量份的海带粉、５～１３重量份的脱乙酰度８６．９％的壳聚糖和余量的杂质，该杂质为壳聚糖与包埋处理液中焦磷酸钠和草酸钾形成的凝胶物质，所述生物吸附剂的粒径为１．５～３ｍｍ。该方法通过对新鲜的海带进行真空干燥、气流粉碎后与壳聚糖胶液进行包埋获得吸附重金属的生物吸附剂。本发明专利技术的生物吸附剂能够对浓度≤１００ｍｇ／Ｌ的含有镍、钴、锌、镉、铜和铅的重金属废水进行处理，吸附率达到５０～９９％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种壳聚糖包埋海带粉制备重金属生物吸附剂的方法。该生物吸附剂 以海带为生物吸附材料，売聚糖为固定化载体，适于处理低浓度(《100呵/"的含有镍、钴、锌、镉、铜和铅等重金属的废水。技术背景随着经济的快速发展，人们对环境也越来越重视，如何消除重金属的危害并有效 地回收废水中的贵重金属是当今环境保护工作中面临的一个非常突出的问题，传统的 重金属的处理方法主要有化学沉淀法、电解法、离子交换法、膜处理法及其混合处理方法等，伹这些方法在处理低浓度(SlOOmg/丄)重金属废水时存在工艺复杂，操作 繁琐，运行费用高，产生二次污染等缺陷，迫切需要一种简单有效的处理重金属废水 的技术。生物吸附技术由于原材料来源丰富，成本低，吸附设备简单，易操作等优点成为 环境工程领域的一大研究热点。在众多重金属生物吸附材料中，藻类被证明吸附效果最好，尤其是藻类当中的褐 藻，其吸附性能与一些合成的离子交换树脂相媲美，而且用酸或盐解吸被吸附的重金 属离子，可以使得吸附剂重复利用并较为容易地回收贵重金属，且解吸效果比较好， 解吸不会严重影响藻的吸附能力，藻可循环利用。海带属于褐藻中海带属的一种，研 究表明其吸附性能较好，在我国沿海省市均有养殖，产量丰富且价格低廉。充分地开 展海带吸附材料的研究，发展海藻生物吸附技术并应用于环境领域，具有十分广阔的 应用前景。海藻作为生物吸附剂，其柔软、易腐烂等缺点给吸附操作带来很大不便，目前已 经成为限制海藻吸附金属离子实际应用的主要因素，因此需要将海藻进行化学改性和 固定化等处理手段来提高海藻的机械性能和化学稳定性。包埋法是一种简单的细胞固 定化方法，该方法操作简单，可以将细胞锁在特定的高分子网络结构中。这种结构紧 密到足以防止细胞渗漏，可以允许底物渗透和产物扩散，对细胞活性影响较小，制作的固定化细胞的强度较高，是目前研究最广泛的方法。载体的选择是细胞固定化包埋 技术的关键，壳聚糖是一种天然的高分子材料，有很好的生物相容性，对生物无毒， 传质性能好，且不会产生二次污染。 专利技术 内 容本专利技术的目的之一是提供一种吸附重金属的生物吸附剂，所述生物吸附剂包括有 85~94.5重量份的海带粉、5 13重量份的脱乙酰度86.9。/。的壳聚糖和余量的杂 质，所述生物吸附剂的粒径为1.5 3附/n。所述生物吸附剂能够对浓度^100附g/丄的 含有镍、钴、锌、镉、铜和铅的重金属废水进行处理，吸附率达到50 99%,为低 浓度《100mg/丄重金属废水提供一种新型环保有效的水处理剂。本专利技术的另一目的是提出一种制备壳聚糖包埋海带粉的重金属生物吸附剂的方 法，该制备方法对新鲜的海带进行真空干燥、气流粉碎后与壳聚糖胶液进行包埋获得 吸附重金属的生物吸附剂。制备所需设备简单，操作过程容易控制。本专利技术制备吸附重金属的生物吸附剂的方法有下列制备步骤第一步海带粉的加工将新鲜海带冷冻干燥24 72/ 后，采用气流粉碎方式制成粒径为0.3 80/zm的干海带粉，待用；所述冷冻干燥的温度为—56 —40°C，真空度1 20尸"；第二步包埋处理液将焦磷酸钠和草酸钾放入去离子水中，经搅拌均匀制得/ H值为8.5~9.2的包 埋处理液；所述焦磷酸钠的用量为每100m/去离子水中添加1 4g ; 所述草酸钾的用量为每100附/去离子水中添加3 8g ; 第三步制壳聚糖胶液将80 200目、脱乙酰度86,9%的壳聚糖溶于乙酸中制得壳聚糖胶液； 所述壳聚糖的用量为每100m/乙酸中加入2 4g，乙酸浓度为1%; 第四步包埋体将第一步制得的干海带粉与第三步制得的壳聚糖胶液混合均匀，然后釆用超声波 细胞粉碎机粉碎15 40min制得包埋体；所述干海带粉的用量为每100m/壳聚糖胶液中添加0.5 3g ; 第五步包埋制生物吸附剂将第四步制得的包埋体添加至第二步制得的包埋处理液中，固化50 250rnin 后，经过滤获得初级生物吸附剂；然后用去离子水冲洗1 5次，在一56 一40°C 条件下冷冻干燥10 20A后制得粒径为1,5 3mm的生物吸附剂。具体实施方式下面将结合实施例^f本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的采用壳聚糖包埋海带粉的吸附重金属的生物吸附剂，所述生物吸附剂包 括有85 94.5重量份的海带粉、5~ 13重量份的脱乙酰度86.9%的壳聚糖和余量 的杂质(壳聚糖与包埋处理液中焦磷酸钠和草酸钾形成的凝胶物质)，所述生物吸附 剂的粒径为1.5 3ww。本专利技术是一种采用壳聚糖包埋海带粉的重金属生物吸附剂的制备方法，具体操作 步骤如下第一步海带粉的加工将新鲜海带冷冻干燥24 72/2后，采用气流粉碎方式制成粒径为0.3 80;/m的 干海带粉，待用；所述冷冻干燥的温度为一56~ — 40°C,真空度l 20户a; 第二步包埋处理液将焦磷酸钠和草酸钾放入去离子水中，经搅拌均匀制得/^/值为8.5 9.2的包 埋处理液；所述焦磷酸钠的用量为每100m/去离子水中添加l~4g ; 所述草酸钾的用量为每100m/去离子水中添加3~8g ; 第三步制壳聚糖胶液将80~200目、脱乙酰度86.9%的売聚糖溶于乙酸中制得壳聚糖胶液； 所述壳聚糖的用量为每100m/乙酸中加入2 4g，乙酸浓度为1%; 第四步包埋体将第一步制得的干海带粉与第三步制得的壳聚糖胶液混合均匀，然后采用超声波 细胞粉碎机粉碎15 40 min制得包埋体；所述干海带粉的用量为每100m/壳聚糖胶液中添加0.5 3g ;第五步包埋制生物吸附剂将第四步制得的包埋体添加至第二步制得的包埋处理液中，固化50 250min 后，经过滤获得初级生物吸附剂；然后用去离子水冲洗1 5次，在一56 一40°C 条件下冷冻干燥10 20/i后制得粒径为1,5 3/nm的生物吸附剂。在此步骤中，壳聚糖会与包埋处理液中的焦磷酸钠和草酸钾形成一凝胶物质(微 量杂质)，该凝胶物质可以是钠、钾的配合物，用于实现将海带粉包埋在凝胶物质中。在本专利技术中，采用的生物吸附材料海带在我国沿海省市均有养殖，产量丰富，价 格低廉，其吸附性能很好，作为一种环保型重金属生物吸附材料，具有十分广阔的应 用前景。在第一步骤中新鲜海带的粉碎方法为气流粉碎，该粉碎方法粉碎粒径比较均 勾，90%以上的颗粒可达到30//m左右，有利于吸附剂的成型且可以提高吸附剂的吸附性能。在本专利技术中，采用的壳聚糖是一种天然的高分子材料，有很jj 的生物相容性，对 生物无毒，传质性能好，且不会产生二次污染，制得的吸附剂机械强度高，是一种有 前途的吸附剂的载体材料。在本专利技术中，第四步骤的包埋处理采用的是固定化方法的包埋方式，该包埋方式 操作简单，对海带细胞活性影响较小。在本专利技术中，第一步骤中对新鲜海带的干燥方法为真空冷冻干燥，该方法在低温 (—56 —40°C)低压(1~20&)下进行，水分直接由固态升华，干燥后吸附剂 内部组织结构和外观形态保持原状，不存在表面硬化问题，且内部形成多孔的海绵状， 有利于吸附。经本专利技术制备方法得到的生物吸附剂球体呈规则的小圆球状，具有粒径小且均 匀，比表面积大，吸附效果好，对温度、^i/值适用范围宽等特点，适于低浓度 SlOOmg/丄含有镍、钴、锌、镉、铜和铅等重金属废水的处理。吸附后的吸附剂可用 一般的化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用壳聚糖包埋海带粉的吸附重金属的生物吸附剂，其特征在于：所述生物吸附剂包括有８５～９４．５重量份的海带粉、５～１３重量份的脱乙酰度８６．９％的壳聚糖和余量的杂质，所述生物吸附剂的粒径为１．５～３ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范文宏，许志珍，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]