一种以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法技术

一种以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法，涉及分子印迹、生物质材料和水处理应用技术领域。首先利用戊二醛溶液交联固定富磷生物质的胶原蛋白，然后再利用柠檬酸洗脱富磷生物质中与胶原蛋白相结合的XO4

A method for preparing selective adsorbents from phosphorus rich biomass

A method for preparing selective adsorbents with phosphorus rich biomass, which involves molecular imprinting, biomass materials and water treatment applications. First, glutaraldehyde solution was used to crosslink and immobilizing phosphorus rich biomass collagen, then citric acid was used to remove XO4 from the rich phosphorus biomass.

【技术实现步骤摘要】
一种以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法
本专利技术涉及分子印迹、生物质材料和水处理应用
，具体是涉及一种以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法。
技术介绍
目前随着越来越多的城镇污水处理厂出水升级提标到一级A，其出水中总磷应≤0.5mg/L。为达到此排放标准，在生物脱氮除磷工艺后要增加化学除磷。但是化学法除磷需要投加大量的除磷剂，使得其除磷的成本大量增加，并且因为除磷剂的投加会生产生大量的污泥，增加了污泥处理成本；另外，投加的除磷剂也不能重复利用。中国是世界上水产品产量最大的国家，近几年全国水产品总产量一直在4500万吨左右，其中水产养殖量占总产量的58％。水产加工过程中产生的下脚料大部分作为饲料鱼粉的原料或废料丢弃，既污染了环境，又造成了经济上的损失。鱼鳞作为下脚料中主要的组成成分之一，具有来源广泛，成本低廉的特点。本专利技术提供一种以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法，首次采用戊二醛和柠檬酸处理富磷生物质(如鱼类鳞片、动物骨头等)以制备可作为污水处理的选择性吸附材料，而且制备的吸附材料可反复循环使用，成本低廉。
技术实现思路
针对目前存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种工艺简单、成本低、适合工业化规模生产的以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法，首先利用戊二醛溶液交联固定富磷生物质的胶原蛋白，然后再利用柠檬酸洗脱富磷生物质中与胶原蛋白相结合的XO4n-构型分子，以此制得针对XO4n-分子构型的选择性吸附材料。作为本专利技术的优选技术方案，制备步骤如下：①、取清洗干净的富磷生物质放入容器中，然后取适量戊二醛溶液加入其中，戊二醛溶液的加入量至少是以完全浸没富磷生物质为准；②、室温下浸泡，然后弃去上清液，用水清洗固体；③、向固体中加入柠檬酸，再加入适量水，室温下搅拌浸泡；④、弃去上清液，水洗残渣，烘干即得选择性吸附材料。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述富磷生物质选自鱼类鳞片，需冲洗鱼类鳞片至无血水。作为本专利技术的另一种优选技术方案，所述富磷生物质选自动物骨头，首先将其粉碎，然后冲洗动物骨头粉末至无血水。作为本专利技术的进一步优选技术方案，制备方法中，步骤①中戊二醛溶液的体积百分比为5％-15％。步骤②中浸泡时间和步骤③中搅拌浸泡时间均为5-15小时。步骤③中固体与柠檬酸的质量比为1：0.8-1.2。步骤④中烘干温度为70-80℃。本专利技术使用固体废弃物富磷生物质和常规戊二醛溶液作为反应原料，仅需固定和酸洗两步反应成功获得磷酸根和硫酸根的选择性吸附材料。电镜等表征证实，该法制备的磷酸根和硫酸根选择性吸附材料，具有选择性结合磷酸根和硫酸根特性。本专利技术的制备方法采用鱼鳞等富磷生物废弃物为原料，制备的选择性吸附材料可反复循环使用，不仅成本低廉，且技术路线极其简单，可有效去除生活城镇污水处理厂二沉池出水和富营养化湖泊中的磷酸根，以及酸性矿山废水中硫酸根等。与现有技术相比，本专利技术还具有以下优点：1.本专利技术实现了以废弃的富磷生物质(包括但不限于鱼鳞、骨头等)作为原料，可快速得到磷酸盐等XO4n-分子构型的选择性吸附材料，为富磷生物质废弃物提供了一种新的途径。2.本专利技术工艺简单，步骤少、操作简便、整个制备体系容易构建、条件易控、成本低廉、产物组成易控、适合于大规模工业生产。3.本专利技术是采用富磷生物质和戊二醛、柠檬酸作为反应物，在制备过程中产生的副产物少，对环境污染小，是一种环保型合成工艺。4.本专利技术制备的产物，是XO4n-结构构型的选择性吸附材料，对XO4n-离子具有较好的选择性吸附。本身对环境友好，可以应用在城市生活污水二沉池出水PO43-的提标升级改造、富营养化湖泊的除PO43-和酸性矿山废水除SO42-等方面，有较为广阔的应用前景。附图说明以下结合实施例和附图对本专利技术的以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法作出进一步的详述。图1是对比实施例1中直接用柠檬酸处理鱼鳞过程的照片。图2是实施例1中利用戊二醛-柠檬酸处理鱼鳞过程的照片以及与对比实施例2中先用柠檬酸处理再用戊二醛固定方法相对比的照片。图3是3组实验(未经处理、先用戊二醛固定再用柠檬酸处理、先用柠檬酸处理再用戊二醛固定)的对比微观电镜照片。图4是3组实验(未经处理、先用戊二醛固定再用柠檬酸处理、直接用柠檬酸处理)的对比Ca、P分布电镜照片。图5是实施例1制备的选择性吸附材料针对K2HPO4吸附前后的P分布电镜照片。图6是实施例1制备的选择性吸附材料针对Na2SO4吸附前后的S分布电镜照片。图7是实施例1制备的选择性吸附材料针对P、S、Cl和Br吸附前、吸附后的SEM扫描元素含量图。具体实施方式对比实施例1利用柠檬酸对鱼鳞直接进行浸泡处理。图1是对比实施例中直接用柠檬酸处理鱼鳞过程的照片，图1A为未经过处理的鱼鳞(作为对照)，图1B为柠檬酸直接处理鱼鳞后的照片，图1C为取图1B中上清液并放置于另一烧杯中的照片。在鱼鳞中直接加入柠檬酸浸泡，发现固体渐溶，但仍然处于沉淀状态(图1B所示)，此时倒出上清液至另一烧杯中，发现上清液很快变成胶冻状(图1C所示)。对比实施例2首先利用柠檬酸对鱼鳞进行浸泡，然后利用戊二醛溶液进行胶原蛋白固化。实施例1依次利用戊二醛和柠檬酸处理鱼鳞制备选择性吸附材料，方法如下：①、取鱼类鳞片(需冲洗至无血水)放入容器中，然后取适量10％体积百分比的戊二醛溶液加入其中，戊二醛溶液的加入量至少是以完全浸没富磷生物质为准；②、室温下浸泡10小时，然后弃去上清液，用水清洗固体；③、向固体中按照固体与柠檬酸的质量比为1：1加入柠檬酸，再加入适量水，室温下搅拌浸泡10小时；④、弃去上清液，水洗残渣，75℃烘干即得选择性吸附材料。图2是实施例1中利用戊二醛-柠檬酸处理鱼鳞过程的照片以及与对比实施例2中先用柠檬酸处理再用戊二醛固定方法相对比的照片。将戊二醛加入至鱼鳞中，以把胶原蛋白直接交联固定在鱼鳞内侧的片状板状上(图2A所示)；继续往A烧杯中再加入柠檬酸浸泡沉淀物(图2B所示)；由图2A、2B烧杯可见鱼鳞固体都未见明显溶解，鱼鳞形态一致。图2C表示直接用柠檬酸处理鱼鳞后，弃去上清液后，再用戊二醛处理鱼鳞(固定胶原蛋白)，可以发现图2C与图2A、2B烧杯中沉淀的鱼鳞形态以及上清液溶液均明显不同。针对上述几种方法处理鱼鳞，现使用电镜表征相关微观结构形态，见图3所示。图3是3组实验(未经处理、先用戊二醛固定再用柠檬酸处理、先用柠檬酸处理再用戊二醛固定)的对比微观电镜照片。图3A为鱼鳞未经戊二醛和柠檬酸处理的微观电镜图片；图3B为经戊二醛-柠檬酸先后处理的微观电镜图片，图3C为先用柠檬酸处理再用戊二醛固定的微观电镜图片。比较图3B和3C可见，图3B中鱼鳞比图3C中多出了又大又厚的褶皱波纹状物(胶原蛋白)，图3C显示用柠檬酸酸洗再戊二醛固定后，胶原蛋白未能固定到鱼鳞上。图4是3组实验(未经处理、先用戊二醛固定再用柠檬酸处理、直接用柠檬酸处理)的对比Ca、P分布电镜照片。如图4A、4D分别为鱼鳞本身即未经过(戊二醛和柠檬酸)处理过的Ca、P分布电镜照片，图4B、4E分布为经过戊二醛固定蛋白后再用柠檬酸洗脱后的Ca、P分布图片，图4C、4F分别为鱼鳞直接用柠檬酸酸洗处理后的Ca、P图片。相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法，其特征在于，首先利用戊二醛溶液交联固定富磷生物质的胶原蛋白，然后再利用柠檬酸洗脱富磷生物质中与胶原蛋白相结合的XO4

【技术特征摘要】
1.一种以富磷生物质制备选择性吸附材料的方法，其特征在于，首先利用戊二醛溶液交联固定富磷生物质的胶原蛋白，然后再利用柠檬酸洗脱富磷生物质中与胶原蛋白相结合的XO4n-构型分子，以此制得针对XO4n-分子构型的选择性吸附材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：①、取清洗干净的富磷生物质放入容器中，然后取适量戊二醛溶液加入其中，戊二醛溶液的加入量至少是以完全浸没富磷生物质为准；②、室温下浸泡，然后弃去上清液，用水清洗固体；③、向固体中加入柠檬酸，再加入适量水，室温下搅拌浸泡；④、弃去上清液，水洗残渣，烘干即得选择性吸附材料。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶劲松，沈寿国，韩成良，卫新来，俞志敏，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34