[发明专利]一种功能化微生物吸附剂的制备及其吸附低浓度铀的方法有效
申请号: | 201410234834.9 | 申请日: | 2014-05-30 |
公开(公告)号: | CN103977769A | 公开(公告)日: | 2014-08-13 |
发明(设计)人: | 丁德馨;胡南;辛馨;李乐;李广悦;王永东;彭国文 | 申请(专利权)人: | 南华大学 |
主分类号: | B01J20/22 | 分类号: | B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62 |
代理公司: | 湖南省国防科技工业局专利中心 43102 | 代理人: | 冯青 |
地址: | 421001 湖南省衡阳市常胜*** | 国省代码: | 湖南;43 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 功能 微生物 吸附剂 制备 及其 吸附 浓度 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种功能化微生物吸附剂的制备及其吸附低浓度铀的方法,具体涉及一种采用乙二胺对黑曲霉进行改性制备功能化微生物吸附剂的方法以及利用该吸附剂处理低浓度含铀废水的方法。
背景技术
铀采冶、铀浓缩、铀产品加工等过程都会所产生的大量含铀工业废水,随着核军工和核电的快速发展,对铀资源的需求不断增加,必然产生更多的含铀工业废水。这类含铀工业废水具有废水量大、铀浓度低、半衰期长等特点,如果不对这些含铀工业废水进行适当的处理,它们会随着地表径流和地下渗流迁移扩散到生物圈,最终经过食物链的转移危害到周边居民的安全。因此,研究高效、廉价的含铀工业废水的修复方法对水资源保护、人类健康以及铀采冶、铀浓缩、铀产品加工等过程的可持续发展具有重要意义。
目前处理这类含铀工业废水大多采用物理和化学的方法,这些方法的基本原理是将废水中的铀截流、沉淀、分离和浓缩,以达到去除废水中铀的目的。尽管这些方法在实验研究中都取得了较好的效果,但是在实际应用中存在许多不足之处, 如产生的泥浆量较大,工艺流程冗长, 后续处理烦琐,还需对二次废物进行再处理,操作复杂,费用昂贵,厂矿难以实行。
生物吸附法是近年发展起来的一种新方法,可定义为发生在细胞壁及细胞内部的一系列独立过程,包括物理和化学吸附、静电反应、离子交换、络合作用、螯合作用及微量沉淀。微生物细胞壁表面的多种能吸附铀离子的官能团,例如:羧基、羟基、磷酸根等在生物吸附中具有重要作用。生物吸附法因具有成本低、去除速率快、效果好、操作简单等优点,越来越受到国内外含铀废水处理研究人员的青睐。高效、廉价生物吸附剂的制备是进行生物吸附法处理含铀废水的基础。目前,用来制备生物吸附剂的微生物主要有黑曲霉、绳状青霉、枯草芽孢杆菌、链霉菌、硫杆菌属、褐藻、小球藻、鱼腥草、啤酒酵母菌、假丝酵母等。然而单独采用这些微生物作为生物吸附剂处理含铀工业废水时存在吸附容量不大、吸附速度不高、机械强度弱、循环利用效率低等缺陷。利用化学方法对微生物进行改性制备新型生物吸附剂,可以提高吸附容量和吸附速度、增加机械强度、改善循环利用效率,因而成为新的研究热点。公开号为CN102965312A的专利利用戊二醛作为交联剂,将聚烯丙基胺盐酸盐(PAA/HCl)接枝到植物内生菌Pseudomonas sp.LK9菌体表面上,使其表面带有大量的氨基,从而提高其对重金属吸附效果,但此专利技术并未涉及对含铀废水的处理方法及效果。因此,利用化学方法对微生物进行改性制备功能化微生物吸附剂用于处理含铀工业废水仍是亟需解决的重要技术问题。
发明内容
本发明提供了一种吸附容量大、吸附速度快、机械强度大、循环利用效率高、成本低的功能化微生物吸附剂的制备及其吸附低浓度铀的方法。
这种功能化微生物吸附剂的制备过程为:先让二氯亚砜与黑曲霉表面的羧基、羟基反应形成酰氯;然后让乙二胺与酰氯反应,生成对铀具有吸附功能的胺基和酰基,得到功能化微生物吸附剂。再利用这种功能化微生物吸附剂吸附低浓度铀。具体方案如下:
本发明提供了一种利用乙二胺对黑曲霉进行改性制备功能化微生物吸附剂的方法及其吸附低浓度铀的方法,包括下述步骤:
(1)二氯亚砜与黑曲霉表面的羧基、羟基反应。先将干燥的黑曲霉粉末悬浮于N,N-二甲基甲酰胺(DMF),然后开始加热并搅拌,并向悬浮液中逐滴加入二氯亚砜(SOCl2);待反应完全后,将反应混合物倒入冰水中生成沉淀;生成的沉淀经过滤后,依次用蒸馏水、3%氢氧化铵洗去氯化黑曲霉上残留的亚硫酸,直至上清液的pH呈中性。
(2)干燥。对步骤(1)得到的产物进行抽滤,再在50℃下真空干燥24 h,将所得产物研磨成粉末,保存。
(3)乙二胺与酰氯反应。取步骤(2)得到的带有酰氯的黑曲霉粉末,使其与乙二胺反应,使黑曲霉表面携有胺基、酰基官能团。
(4)干燥。将步骤(3)得到的产物,在25℃下真空干燥24 h,得到改性黑曲霉生物吸附剂,即功能化微生物吸附剂。
(5)吸附。采用制备的功能化微生物吸附剂,对低浓度铀废水中的铀进行吸附,具体为向含铀废水中投加一定比例的吸附剂,在一定温度和pH范围内,震荡吸附一定时间,然后用微量测铀仪测量吸附后废水中铀的浓度,计算其吸附量及吸附率。
(6)采用解吸剂对吸附铀后的功能化微生物吸附剂进行解吸;再采用解吸后的功能化微生物吸附剂吸附低浓度铀并再对其进行解吸;经过5个吸附-解吸循环后,其吸附率仍保持在96.4%以上,解析率保持在96.75%以上。
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