[发明专利]一种磺化改性生物絮凝剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物絮凝剂领域，具体而言，涉及一种磺化改性生物絮凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

重金属废水是一类对环境污染最严重和人类危害最大的工业废水之一。大多数金属离子及其化合物易于被水中悬浮颗粒所吸附而沉淀于水底的沉积层中，长期污染水体。某些重金属及其化合物能在鱼类及其他水生生物体内以及农作物组织内富集、累积并参与生物圈循环。治理重金属污染废水的方法包括物理的、化学的和生物的等各种方法。例如,化学沉淀法、电解法、离子交换法、膜分离技术、活性炭吸附技术等。这些技术在一定程度上取得了较好的处理效果，但同时存在着处理成本高、产生二次污染以及对低于100mg/L重金属废水处理效果差。

生物吸附法高效廉价,适用于原位处理，无二次污染,选择性好,对痕量重金属处理效果较好，其应用受到广泛关注。所谓生物吸附法，就是利用某些生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固-液两相分离去除水溶液中金属离子的方法。

制备廉价、高效、无毒生物絮凝剂是应用生物吸附法处理重金属废水的重要研究内容。研究表明，生物絮凝剂产生菌的最适合碳源主要为葡萄糖。秸秆类纤维素是由葡萄糖单体构成的，因此，可为生物絮凝剂碳源选择提供新的思路。已有较多专利及非专利文献报道了利用秸秆资源发酵制取生物絮凝剂的方法。但是，现有方法制得的生物絮凝剂的性能还有待进一步提升。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种磺化改性生物絮凝剂的制备方法，通过对生物絮凝剂进行磺化改性，使生物絮凝剂具备丰富的磺酸基，从而提升生物絮凝剂吸附重金属离子的能力。

本发明的第二目的在于提供一种所述的制备方法制得的磺化改性生物絮凝剂，该生物絮凝剂吸附重金属离子的能力大幅提升。

本发明的第三目的在于提供所述的磺化改性生物絮凝剂在重金属废水处理中的应用，特别是重金属废水中的重金属离子浓度小于100mg/L。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种磺化改性生物絮凝剂的制备方法，将生物絮凝剂进行磺化反应，得到磺化改性生物絮凝剂。

现有的生物絮凝剂一般通过菌类发酵提取制得，得到的生物絮凝剂适用于原位处理，无二次污染,选择性好,对痕量重金属处理效果较好，其应用受到广泛关注。但是现有的生物絮凝剂吸附重金属的能力欠佳，而本领域技术人员一般通过改变菌体的种类或者其发酵条件、提取条件等来获得性能更优越的生物絮凝剂。

本发明人对发酵制取的生物絮凝剂进一步做磺化改性，发现，生物絮凝剂通过磺化改性能具备丰富的磺酸基，从而提升生物絮凝剂吸附重金属离子的能力，效果显著。

由于生物絮凝剂成分较为复杂，发明人经大量实验摸索，得到磺化反应的相关条件。

若相对于絮凝剂，氯磺酸添加太多，氯磺酸有残留，后续制成的产品不仅絮凝效果不佳，并且对人体和环境有害；若相对于絮凝剂，氯磺酸添加太少，制得的磺化改性絮凝剂效果不佳。

进一步地，所述磺化反应选用的磺化试剂为氯磺酸；所述氯磺酸与所述生物絮凝剂的质量比例优选为10:1.2-4，更优选为10:2-4。

进一步地，所述磺化反应选用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；

所述生物絮凝剂与所述N,N-二甲基甲酰胺的质量比例优选为1:80-120。

进一步地，所述磺化反应的条件为反应温度40～65℃，反应时间2-5h；优选为反应温度50～60℃，反应时间2-3h。

通过上述条件进行磺化反应，使生物絮凝剂混合体系具有丰富的磺酸基，进而改性后的生物絮凝剂具有更好的吸附重金属离子的能力。

磺化反应完成后，减压蒸馏去除溶剂，得到磺化改性生物絮凝剂。

进一步地，所述生物絮凝剂通过以下方法制备：

以农作物秸秆作为原料，制成含水量为50～80％、pH为2～7的发酵基质，接种产絮菌；

依次进行好氧发酵和厌氧发酵；

得到的发酵产物采用碱液浸提，得到浸提液；

所述浸提液过滤后干燥，得到所述生物絮凝剂。

其中，农作物秸秆可选用小麦、水稻、玉米等农作物秸秆，农作物秸秆作为原料制成发酵基质，需要将农作物秸秆进行粉碎处理，一般来说越细越好，一般粉碎后的粒径为200目以上。