[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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，壳聚糖为固定化载体，适于处理低浓度(≤100mg/L)的含有镍、钴、锌、镉、铜和铅等重金属的废水。

背景技术

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，但这些方法在处理低浓度(≤100mg/L)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。

发明内容

本发明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1.5～3mm。所述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％，为低浓度≤100mg/L重金属废水提供一种新型环保有效的水处理剂。

本发明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。

本发明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24～72h后，采用气流粉碎方式制成粒径为0.3～80μm的干海带粉，待用；

所述冷冻干燥的温度为-56～-40℃，真空度1～20Pa；

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pH值为8.5～9.2的包埋处理液；

所述焦磷酸钠的用量为每100ml去离子水中添加1～4g；

所述草酸钾的用量为每100ml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100ml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15～40min制得包埋体；

所述干海带粉的用量为每100ml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-56～-40℃条件下冷冻干燥10～20h后制得粒径为1.5～3mm的生物吸附剂。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。