一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備與應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料制備及環(huán)境保護【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備與應(yīng)用方法。本發(fā)明方法具體方案為:首先,將一定量的殼聚糖溶于乙酸溶液中,加入海藻酸鈉,完全溶解后加入釀酒酵母,攪拌均勻;其次,將定量的二價鐵鹽和三價鐵鹽溶解后分散到上述溶液中;最后,將混合液通過注射器滴入堿液中,形成磁性殼聚糖固定化微生物顆粒。這是一種吸附性能優(yōu)異的生物固定化材料。本發(fā)明制備方法簡單、易于操作。通過本發(fā)明方法制備的生物吸附材料可用于放射性廢水的處理。
【專利說明】一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備與應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備及環(huán)境保護【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備與應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]殼聚糖是甲殼素的脫乙?;a(chǎn)物,是除纖維素外世界含量第二大豐富的天然聚合物。殼聚糖分子中存在大量的氨基和羥基,這些活性基團可以很好的絡(luò)合金屬離子以及放射性核素。殼聚糖具有來源廣泛、生物相容性好、無毒無害、抗菌性、易生物降解、二次污染小等優(yōu)點,是一種良好的吸附劑。[0003]盡管殼聚糖吸附重金屬離子以及放射性核素已有許多研究報道,但在工業(yè)應(yīng)用方面還存在一定弊端:比如,在酸性溶液中,殼聚糖分子中的-NH2容易被質(zhì)子化而溶于水,從而影響了其吸附性能且不利于吸附劑的回收。殼聚糖主要是以片狀和粉末狀形式存在的,很難快速有效的從水體中分離。同時殼聚糖弱的機械強度和化學(xué)抵抗力也限制了殼聚糖的廣泛應(yīng)用。將磁性分離技術(shù)應(yīng)用得到殼聚糖吸附中,制備磁性殼聚糖復(fù)合材料,可有效解決殼聚糖難分離、弱的機械強度和弱的化學(xué)抵抗力的問題。同時采用固定化技術(shù),將釀酒酵母包埋在磁性顆粒中,可以大大的增加材料的吸附性能,提高處理效率。磁性化生物固定顆粒作為吸附劑具有固液接觸好、傳質(zhì)速率高、吸附容量大等優(yōu)點,近年來受到廣泛關(guān)注。
[0004]殼聚糖本身不具有磁性,將殼聚糖與磁性物質(zhì)(Fe3O4)有機結(jié)合,可以實現(xiàn)對材料的磁性化,進而采用磁分離技術(shù)達到快速分離的目的。同時,釀酒酵母的加入,增強了材料的吸附性能。而磁性材料的加入,增加殼聚糖生物固定化顆粒的機械穩(wěn)定性。此外,磁性殼聚糖生物固定化顆粒后續(xù)處理簡單,使得其在放射性廢水處理行業(yè)中更具應(yīng)用前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)不足,本發(fā)明提供了一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備與應(yīng)用方法。
[0006]一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,其具體步驟如下:
[0007](I)將殼聚糖溶于乙酸溶液中,制成殼聚糖乙酸溶液,然后加入海藻酸鈉,待完全溶解后加入釀酒酵母,攪拌均勻;
[0008](2)將三價鐵鹽和二價鐵鹽按照一定比例溶于步驟(1)所得溶液中,攪拌使其混合均勻;
[0009](3)將步驟(2)所得混合溶液滴入到NaOH溶液中,磁力攪拌Ih~2h,固化2h~
2.5h,成形的顆粒用去離子水反復(fù)清洗,直至洗液呈中性,得到磁性殼聚糖生物固定化顆粒,將該顆粒干燥備用。
[0010]步驟⑴中所述乙酸溶液中乙酸的質(zhì)量分數(shù)為2%~3%。
[0011]所述步驟(1)中所加入的海藻酸鈉與殼聚糖的質(zhì)量比為(I~1.5):2。
[0012]所述步驟⑴中所加入的釀酒酵母與殼聚糖質(zhì)量比為(5~10):1。[0013]所述步驟⑵中所加入的三價鐵鹽與二價鐵鹽的摩爾比為2:1。
[0014]步驟(2)中所述三價鐵鹽為Fe2 (SO4) 3.9H20,所述二價鐵鹽為FeSO4.7H20。
[0015]步驟(3)中所述NaOH溶液中NaOH的質(zhì)量分數(shù)為10%~20%。
[0016]一種應(yīng)用磁性殼聚糖生物固定化顆粒處理放射性廢水的方法,其具體方案如下:將含Sr2+廢水溶液放入容器中,加入通過上述方法制備得到的磁性殼聚糖生物固定化顆粒,攪拌或振蕩20h~24h。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018]本發(fā)明的磁性殼聚糖生物固定化顆粒制備方法簡單,整個反應(yīng)過程在溫和條件下即可完成,所用原料價廉易得,對外界環(huán)境條件無特殊要求,占用空間小;相對于殼聚糖,磁性殼聚糖生物固定化顆粒機械強度高,吸附容量大,并且磁分離技術(shù)可以達到快速分離的目的;相對于放射性核素的現(xiàn)有處理技術(shù),本發(fā)明所制備材料成本較低,且不存在二次污染?!緦@綀D】
【附圖說明】
[0019]圖1a和圖1b分別為不同比例尺下本發(fā)明磁性殼聚糖生物固定化顆粒的SEM電鏡照片,圖1c為本發(fā)明磁性殼聚糖生物固定化顆粒的EDAX圖;
[0020]圖2為吸附時間對本發(fā)明磁性殼聚糖生物固定化顆粒吸附Sr2+的影響曲線;
[0021]圖3為不同初始pH值下本發(fā)明磁性殼聚糖生物固定化顆粒吸附容量的變化曲線。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提供了一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備與應(yīng)用方法,下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0023]實施例1
[0024]一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,按照如下步驟進行:
[0025](I)將2g殼聚糖溶于IOOmL質(zhì)量分數(shù)為2%的乙酸溶液中,加入Ig海藻酸鈉,待完全溶解后,加入20g釀酒酵母,攪拌均勻;
[0026](2)將三價鐵鹽(Fe2 (SO4) 3.9H20)和二價鐵鹽(FeSO4.7H20)按照摩爾比2:1溶于步驟(1)所得溶液中,攪拌0.5h使其混合均勻;
[0027](3)將步驟⑵所得溶液用注射器緩緩滴入到質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液中,磁力攪拌lh,固化2h,形成的顆粒用去離子水反復(fù)清洗,一直到洗液成中性為止,得到磁性殼聚糖生物固定化顆粒,將磁性殼聚糖生物固定化顆粒干燥備用。
[0028]實施例2
[0029]一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,按照如下步驟進行:
[0030](I)將4g殼聚糖溶于IOOmL質(zhì)量分數(shù)為3%的乙酸溶液中,加入Ig海藻酸鈉,待完全溶解后,加入20g釀酒酵母,攪拌均勻;
[0031](2)將三價鐵鹽(Fe2(SO4)3.9H20)和二價鐵鹽(FeSO4.7H20)按照摩爾比2:1溶于步驟(1)所得溶液中,攪拌0.5h使其混合均勻,靜置Ih ;
[0032](3)將步驟⑵所得溶液用注射器緩緩滴入到質(zhì)量分數(shù)為20%的NaOH溶液中,磁力攪拌2h,固化2h,形成的顆粒用去離子水反復(fù)清洗,一直到洗液成中性為止,得到磁性殼聚糖生物固定化顆粒,將磁性殼聚糖生物固定化顆粒干燥備用。
[0033]將所得樣品進行SEM-EDAX分析,結(jié)果如圖1所示。由圖1可看出,制備的磁性殼聚糖生物固定化顆粒的直徑為1_,釀酒酵母包埋在在顆粒的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)中,EDAX圖譜中Fe特征峰的存在,從而證明了合成了 Fe3O4,顆粒為磁性的。
[0034]實施例3
[0035]一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,按照如下步驟進行:
[0036](I)將2g殼聚糖溶于IOOmL質(zhì)量分數(shù)為2%的乙酸溶液中,加入Ig海藻酸鈉,待完全溶解后,加入IOg釀酒酵母,攪拌均勻;
[0037](2)將三價鐵鹽(Fe2 (SO4) 3.9H20)和二價鐵鹽(FeSO4.7H20)按照摩爾比2:1溶于步驟(1)所得溶液中,攪拌0.5h使其混合均勻,靜置Ih ;
[0038](3)將步驟⑵所得溶液用注射器緩緩滴入到質(zhì)量分數(shù)為20%的NaOH溶液中,磁力攪拌lh,固化2h,形成的顆粒用去離子水反復(fù)清洗,一直到洗液成中性為止,得到磁性殼聚糖生物固定化顆粒,將 磁性殼聚糖生物固定化顆粒干燥備用。
[0039]實施例4
[0040]磁性殼聚糖生物固定化顆粒用于Sr2+的吸附去除研究。
[0041]將實施例1所制備的磁性殼聚糖生物固定化顆粒用于Sr2+的吸附去除研究,其實驗步驟如下:
[0042](I)配制初始濃度為10mg/L的Sr2+溶液,以容積為20mL的試劑瓶為反應(yīng)器,每個反應(yīng)器中加入15mL Sr2+水溶液及30mg所制備的磁性殼聚糖生物固定化顆粒,將反應(yīng)器密封后置于臺式恒溫振蕩培養(yǎng)箱中反應(yīng)。振蕩箱溫度設(shè)為25°C,轉(zhuǎn)速設(shè)為150rpm。
[0043](2)于不同時間取樣,將樣品用0.22 μ m的微孔濾膜過濾后,采用原子吸收法分析剩余Sr2+的濃度。
[0044](3)配制初始濃度為10mg/L的Sr2+溶液,調(diào)節(jié)其初始pH值分別為3、4、6、8、10,以容積為20mL的試劑瓶為反應(yīng)器,每個反應(yīng)器中加入15mL Sr2+水溶液及30mg所制備的磁性殼聚糖生物固定化顆粒,將反應(yīng)器密封后置于臺式恒溫振蕩培養(yǎng)箱中反應(yīng)。振蕩箱溫度設(shè)為25°C,轉(zhuǎn)速設(shè)為150rpm,反應(yīng)4h,反應(yīng)達平衡,測定溶液中剩余Sr2+濃度。
[0045]圖2給出了磁性殼聚糖生物固定化顆粒吸附對Sr2+的吸附容量隨時間的變化曲線。從圖中可以看出,吸附容量隨著時間增加而增加;在前Ih內(nèi),磁性殼聚糖生物固定化顆粒吸附速度很快,吸附容量達到飽和吸附容量80%左右;吸附時間為4h時,吸附過程基本達到平衡。通過對吸附數(shù)據(jù)進行動力學(xué)擬合,可用擬二級動力學(xué)方程描述該吸附過程。
[0046]圖3給出了不同初始pH值下磁性殼聚糖生物固定化顆粒對Sr2+的吸附容量的變化圖??梢钥闯?,在PH值為3~10時,磁性殼聚糖生物固定化顆粒的吸附容量隨著體系pH值的增加而增加并逐漸趨于平穩(wěn)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,其特征在于,具體步驟如下: (1)將殼聚糖溶于乙酸溶液中,制成殼聚糖乙酸溶液,然后加入海藻酸鈉,待完全溶解后加入釀酒酵母,攪拌均勻; (2)將三價鐵鹽和二價鐵鹽按照一定比例溶于步驟(1)所得溶液中,攪拌使其混合均勻; (3)將步驟(2)所得混合溶液滴入到NaOH溶液中,磁力攪拌Ih~2h,固化2h~2.5h,成形的顆粒用去離子水反復(fù)清洗,直至洗液呈中性,得到磁性殼聚糖生物固定化顆粒,將該顆粒干燥備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,其特征在于:步驟(1)中所述乙酸溶液中乙酸的質(zhì)量分數(shù)為2%~3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,其特征在于:所述步驟(1)中所加入的海藻酸鈉與殼聚糖的質(zhì)量比為(I~1.5):2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,其特征在于:所述步驟⑴中所加入的釀酒酵母與殼聚糖質(zhì)量比為(5~10):1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,其特征在于:所述步驟(2)中所加入的三價鐵鹽與二價鐵鹽的摩爾比為2:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,其特征在于:步驟(2)中所述三價鐵鹽為Fe2(SO4)3.9H20,所述二價鐵鹽為FeSO4.7H20。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性殼聚糖生物固定化顆粒的制備方法,其特征在于:步驟(3)中所述NaOH溶液中NaOH的質(zhì)量分數(shù)為10%~20%。
8.一種應(yīng)用磁性殼聚糖生物固定化顆粒處理放射性廢水的方法,其特征在于,具體方案如下:將含Sr2+廢水溶液放入容器中,加入通過權(quán)利要求1-7任意一項權(quán)利要求所述的制備方法制備得到的磁性殼聚糖生物固定化顆粒,攪拌或振蕩20h~24h。
【文檔編號】C12N11/04GK103937779SQ201410201288
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】王建龍, 祝葉華 申請人:清華大學(xué)