淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜的制备方法以及市政污水处理厂的尾水中磷酸盐的去除方法技术

本发明专利技术涉及淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜的制备方法和市政污水处理厂的尾水中磷酸盐的净化方法。本发明专利技术以亚10nm氧化铁淀粉样纤维复合吸附材料，天然硅藻土为担载层，通过真空抽滤的方法制备出的复合淀粉样纤维膜。含磷污染水温度控制在5℃～55℃，pH控制在3～10范围内，P(Ⅴ)＝2‑50mg/L；以0.1‑5L/h流速顺流通过上述复合膜，当受磷离子污染，水中含有大量的NO

【技术实现步骤摘要】
淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜的制备方法以及市政污水处理厂的尾水中磷酸盐的去除方法
本专利技术涉及一种淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜的制备方法以及市政污水处理厂的尾水中磷酸盐的去除方法。
技术介绍
目前，由磷酸盐造成的水体污染是一项与人类健康和生态环境息息相关的重要环境问题。农业生产中含磷农药的不合理使用和日常生活中含磷洗涤剂的大量使用是含磷废水的重要来源。磷酸盐水体污染容易导致水体富营养化，严重影响渔业的发展，更严重的会导致生态平衡的打破，食物链的破坏，最终导致人类生存环境受到严重威胁。开发对水中磷酸盐的深度净化技术对实现生态环境的安全控制具有重要意义。磷酸盐废水的处理方法主要包括化学沉淀法、生物法、吸附法等。化学沉淀法操作简单，处理效率高，但处理成本较高昂且容易产生二次污染。生物法对反应要求较苛刻，更适合处理中低浓度的含磷酸盐废水。吸附法是利用多孔且具有较大比表面积的吸附剂来去除废水中磷酸盐，具有处理效果稳定，工艺简单，操作方便的特点。因此，开发理想的吸附剂是目前磷酸盐废水治理的重点研究内容。下述非专利文献1中介绍氧化铁及其复合物对磷的去除，其以复合材料吸收剂为主要的研究对象，将淀粉样纤维氧化铁复合在离子交换树脂载体上，并未具体研究进行吸附重金属性能的情况，不能完全胜任磷酸盐废水的处理。近来研究表明纳米氧化铁(Fe2O3)对无机磷表现出极强的作用力，且吸附速率快，具有高效除磷的优势。但纳米粒子易团聚，往往会导致活性不高。例如，下述非专利文献2介绍了，主要为淀粉样纤维氧化铁除磷膜的制备与应用，然而其采用了活性炭为载体，纳米粒子在应用过程中也不易实现分离，若纳米氧化铁被人体长期吸收则会产生不良影响，因而纳米氧化铁在应用过程中的分离困难及潜在的毒副作用也是限制其应用的一个瓶颈。下述非专利文献3中，也利用活性炭为载体，活性炭作为一种多功能、环境友好、来源广泛、低成本的吸附剂，在水处理领域中应用广泛。然而，活性炭对水中磷酸盐的吸附能力却比较差。因此，目前尚无比较合适的能高效利用纳米氧化铁(Fe2O3)进行磷酸盐废水治理的方案。非专利文献1：.JamyangTenzin,RatanaHirunpunth,AnchitthaSatjarak&SaranyaPeerakietkhajorn[J].BulletinofEnvironmentalContaminationandToxicology,2020(3):46-61非专利文献2：I.Ocsoy,E.Dogru,andS.Usta,"Anewgenerationofflowerlikehorseradishperoxidesasananobiocatalystforsuperiorenzymaticactivity,"EnzymeMicrobTechnol,vol.75-76,pp.25-9,Jul-Aug2015.非专利文献3：.ZHANGYing,ZHANGCheng,TANBeilin,etal.Adsorptionofphosphatefromwatertothreekindsofsurfacemodifiedactivatedcarbons[J].ChineseJournalofEnvironmentalEngineering,2018,12(5):1346-1354.
技术实现思路
近年来，功能蛋白材料在环境保护领域得到发展与应用，其中最具代表性的如牛血清蛋白，溶菌酶蛋白等，其能够通过简单热处理形成纤维状超长柔性结构，一般称其为淀粉样纤维结构，其表面多氨基组分能够与多种离子形成强相互作用。本专利技术的专利技术人发现，其具有与铁形成稳定配位能力，其双硫结构易于形成荷电界面进而促进亚10nm活性氧化铁形成，进而促进对水中磷酸盐离子的净化能力和容量，然而仍然难以解决氧化铁-蛋白复合体团聚问题。为了同时解决氧化铁-蛋白复合体团聚问题，专利技术人尝试了采用天然硅藻土为担载层，结果效果理想。实验发现铁-蛋白复合体-天然硅藻土的组合具有显著优势，即其均匀大孔结构有助于蛋白纤维的沉积和功能膜材料研制，更重要的是蛋白纤维与大孔结构的有机融合，有助于实现对有机污染物的阻隔和对纳米粒子保护作用，进而升除磷效率，及对纳米粒子的深度净化和吸附。本专利技术的目的在于提供一种采用基于淀粉样纤维功能膜，其能够高选择性的去除市政污水处理厂的尾水中磷酸盐离子的方法，且不够尾水中共存有机物影响，本专利技术中用于磷酸盐去除的复合材料是以淀粉样纤维氧化铁为无机功能吸附剂，天然硅藻土为担载层，制备淀粉样纤维氧化铁复合膜以用于市政污水处理厂的尾水中磷酸盐离子去除。具体而言，本专利技术提供一种淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜的制备方法，其包括以下步骤：S1工序，称取功能性蛋白溶解到水中，控制质量分数为5％-25％，调节溶液pH＝2.0-4.0并置于80-100℃水浴反应5-10h，得到蛋白纤维溶液；S2工序，称取氧化铁置于上述蛋白纤维溶液中，控制Fe％的质量分数为2％-4％，调节该混合液pH至3.5-5.5，搅拌使得混合均匀，得到混悬液B。S3工序，将硅藻土粉体至于水中，控制硅藻土粉体质量分数为5％-20％，充分搅拌混合，记作混悬液A，将混悬液A与混悬液B充分混合，以混悬液A：混悬液B体积比计量，控制为1:1-3:1，混合均匀后抽滤成淀粉样纤维氧化铁复合膜，该膜厚度：2～5mm，密度：0.0642-0.2446g/mm3，即可获得淀粉样纤维氧化铁复合膜。作为功能性蛋白优选的实施方式中为牛血清蛋白或溶菌酶蛋白。本专利技术还提供一种市政污水处理厂的尾水中磷酸盐的去除方法，其利用权利要求1的制备方法制备的淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜作为磷酸盐处理剂，包括将含磷污废水温度控制在5℃～55℃，pH控制在3～10内，含磷浓度控制在2～50mg/L，按照每100mm2的面积的所述淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜，将含磷污废水以0.05～2.5L/h流速顺流通过的方式进行处理。本专利技术可以用于各种含磷污水处理，优选的实施方式中，所述含磷污废水的重金属浓度为3～50mg/L，含有SO42-、Cl-、NO3-作为竞争性离子，SO42-、Cl-、NO3-、NO3-的总浓度，以摩尔浓度计，是磷酸盐浓度的0～300倍。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1.淀粉样纤维荷电表面易于原位形成亚10nm氧化铁，具有极高稳定性，制备方法简单，具有规模制备的前景，制备的纳米氧化铁材料对市政污水处理厂的尾水中磷酸盐表现出极高活性与选择性。2.不同与常规乳球蛋白纤维，以牛血清蛋白、溶菌酶蛋白为纤维前驱体，其富含二硫键结构赋予高正电特性，能够通过静电场作用对磷酸盐离子起到强化扩散和预富集作用，进而协同高活性纳米氧化铁对磷酸盐的高效选择性快速吸附行为。3.载体硅藻土特有的大孔结构，有助于蛋白纤维的固定化，而其与蛋白纤维耦合，能够有效阻隔有机物，保障嵌入纳米氧化铁粒子稳定性，从而提高复合模除磷性能。4.在水中常规竞争性阴离子硫酸根、氯离子、硝酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：/nS1工序，称取功能性蛋白溶解到水中，控制质量分数为5％-25％，调节溶液pH＝2.0-4.0并置于80-100℃水浴反应5-10h，得到蛋白纤维溶液；/nS2工序，称取氧化铁置于上述蛋白纤维溶液中，控制Fe％的质量分数为2％-4％，调节该混合液pH至3.5-5.5，搅拌使得混合均匀，得到混悬液B；/nS3工序，将硅藻土粉体至于水中，控制硅藻土粉体质量分数为5％-20％，充分搅拌混合，记作混悬液A，将混悬液A与混悬液B充分混合，以混悬液A：混悬液B体积比计量，控制为1:1-3:1，混合均匀后抽滤成淀粉样纤维氧化铁复合膜，该膜厚度：2～5mm，密度：0.0642-0.2446g/mm

【技术特征摘要】
1.一种淀粉样蛋白纤维氧化铁复合膜的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1工序，称取功能性蛋白溶解到水中，控制质量分数为5％-25％，调节溶液pH＝2.0-4.0并置于80-100℃水浴反应5-10h，得到蛋白纤维溶液；
S2工序，称取氧化铁置于上述蛋白纤维溶液中，控制Fe％的质量分数为2％-4％，调节该混合液pH至3.5-5.5，搅拌使得混合均匀，得到混悬液B；
S3工序，将硅藻土粉体至于水中，控制硅藻土粉体质量分数为5％-20％，充分搅拌混合，记作混悬液A，将混悬液A与混悬液B充分混合，以混悬液A：混悬液B体积比计量，控制为1:1-3:1，混合均匀后抽滤成淀粉样纤维氧化铁复合膜，该膜厚度：2～5mm，密度：0.0642-0.2446g/mm3，即可获得淀粉样纤维氧化铁复合膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能性蛋白为牛血清蛋白或溶菌酶蛋白。


3.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁玉婷，张庆瑞，齐世兴，闫晓冰，赵晖，孙奇娜，黄海明，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13