一種生物復(fù)合膜材料的應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠高效去除水中砷的生物復(fù)合材料的應(yīng)用方法。適用于工業(yè)廢水砷的深度凈化，以及飲用水、地下水、湖泊、河流等水體中砷的脫除。
【背景技術(shù)】
[0002]水體砷污染是世界范圍內(nèi)廣泛存在的一個問題，長期飲用砷超標(biāo)的地下水，容易罹患飲水型地方性砷中毒(簡稱“地砷病”)，嚴(yán)重者可導(dǎo)致肺癌、皮膚癌等癌癥。世界衛(wèi)生組織和中國都規(guī)定砷在飲用水中的含量不得超過10yg/L。我國砷污染非常嚴(yán)重，據(jù)2013年《科學(xué)》一項(xiàng)研究成果顯示，我國有近2000萬人生活在砷污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，水體砷超標(biāo)的地區(qū)總面積達(dá)到58萬平方公里。砷污染飲用水危害近2000萬中國人。
[0003]目前主要的除砷技術(shù)包括吸附法、沉淀-絮凝法、膜分離法和離子交換法等。其中采用吸附方法被認(rèn)為是從水中除去砷的有效的方法，如鐵氧化物，如針鐵礦、水鐵礦、赤鐵礦和磁性鐵對砷都有很強(qiáng)的吸附能力，可以有效除砷，但是這種傳統(tǒng)除砷存在的問題在于成本高，產(chǎn)生的廢棄物量大或吸附材料難于從水中分離出來。近年來，研發(fā)的納米磁性材料如四氧化三鐵納米粒子具有較高的比表面積和反應(yīng)活性，對砷離子的吸附容量較大，有磁性易于分離，但是制備成本高，在水體中易發(fā)生團(tuán)聚，影響材料的再次使用，而且納米材料進(jìn)入水體，還可能引發(fā)環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)。因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效、無二次污染、操作簡便的除砷材料及技術(shù)對于有效脫除水體中砷意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對解決現(xiàn)在的除砷材料普遍存在吸附容量低、制備工藝復(fù)雜，成本較高，二次污染等問題，提供一種生物復(fù)合膜材料的應(yīng)用方法，該材料制備過程簡單、成本低廉、對砷的去除效果好，吸附容量大，吸附速率快，使用操作簡單方便。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的。
[0006]—種生物復(fù)合膜材料的應(yīng)用方法，所述的生物復(fù)合膜材料加入水體中用于去除砷，所述的生物復(fù)合膜材料的制備方法如下:將絲狀真菌菌體接種到察氏液體培養(yǎng)基中，將培養(yǎng)得到的菌液投加到硫酸鐵溶液中，再加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH，然后加熱，過濾，清洗，再真空抽濾，放入聚乙烯亞胺溶液浸泡，然后干燥，即得生物復(fù)合膜材料。所述的生物復(fù)合膜材料膜厚度為0.1_3mm。
[0007]應(yīng)用時(shí)水體初始pH值為2.0-12.0，三價(jià)砷離子的初始濃度為0.5_100mg/L。
[0008]所述的生物復(fù)合膜材料特別是能處理含40mg/L以下三價(jià)砷的水溶液。
[0009]所述的絲狀真菌菌體為黑曲霉。濃度為8-10gL—1的絲狀真菌菌液體積與投加硫酸鐵含鐵質(zhì)量之比為1:5?1:20L/g，硫酸鐵溶液的濃度為0.1?0.5mol/L。
[0010]絲狀真菌菌液的培養(yǎng)過程如下:
[0011]配制察氏液體培養(yǎng)基，稱量30g蔗糖、3g硝酸鈉、Ig磷酸氫二鉀、0.5g七水硫酸鎂、0.5g氯化鉀和0.0lg的硫酸亞鐵，溶解于300mL去離子水中，然后，用去離子水定容至I升，經(jīng)過121°C高壓滅菌30min后，即得到液體培養(yǎng)基備用，以培養(yǎng)基體積2%的接種量將濃度16-1O7個/ml的菌液接種至液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，然后置于150-200r/min恒溫振蕩箱培養(yǎng)，溫度為30-38°C，培養(yǎng)時(shí)間為2-5天。
[0012]上述方法將培養(yǎng)得到的菌液500-600r/mim攪拌1-3小時(shí)，然后取菌液投加到鋁鹽溶液。
[0013]所述的生物復(fù)合膜材料的制備方法中:
[0014]用0.1M氫氧化鈉溶液逐滴加入調(diào)節(jié)pH為8?12，反應(yīng)72小時(shí)，然后50?80°C加熱反應(yīng)0.5?4小時(shí)，重力過濾10-25min，用去離子水超聲清洗5?lOmin，再倒入成膜容器進(jìn)行真空抽濾5-20min。放入2?5%聚乙烯亞胺溶液浸泡12?36h，真空抽濾20min，將抽濾得到的材料放入液氮中，停留10-30S，然后迅速取出，放入已預(yù)冷的凍干機(jī)內(nèi)，機(jī)內(nèi)溫度低于零下20°C，進(jìn)行真空冷凍干燥6-10小時(shí)，再放入30°C真空干燥箱中2小時(shí)，即得生物復(fù)合膜材料。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016](I)本發(fā)明提供了一種的以絲狀菌體以及代謝產(chǎn)物為基體，硫酸鐵和堿液改性制備生物復(fù)合膜材料，制備方法簡單，成本低，無污染，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景高。采用的絲狀菌體可大規(guī)?？焖倥囵B(yǎng)，投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、易于管理和操作、不產(chǎn)生二次污染、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是綠色環(huán)境功能材料。
[0017](2)本發(fā)明的生物復(fù)合膜材料去除水體中的三價(jià)砷，當(dāng)水流過生物復(fù)合膜的過程中，通過生物復(fù)合膜的吸附、離子交換、截留等多種作用，去除水體中的三價(jià)砷，從而提高效率，縮短運(yùn)行時(shí)間，降低成本，應(yīng)用方法簡單，易于操作，可進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。
[0018](3)本發(fā)明的生物復(fù)合膜材料除砷效率高，處理40mg/L以下三價(jià)砷水溶液，通過生物復(fù)合膜過濾后，三價(jià)砷的去除率可達(dá)到76?91 %。
[0019](4)本發(fā)明制備的生物復(fù)合膜材料成膜性能好，主要在于“菌體培養(yǎng)采用察氏培養(yǎng)基”，以及“加入氫氧化鈉后50?80°C加熱反應(yīng)0.5?4小時(shí)”和”放入2?5%聚乙烯亞胺溶液浸泡12?36h”，其中察氏培養(yǎng)基成分有利于菌體形成生物膜，加熱過程熱效應(yīng)強(qiáng)化了膜的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了絲狀菌體及代謝組分蛋白組分的抗拉強(qiáng)度。而浸泡于聚乙烯亞胺溶液，可通過具有較高反應(yīng)活力的聚乙烯亞胺，與菌體和代謝產(chǎn)物中的羥基反應(yīng)并交聯(lián)聚合，使膜產(chǎn)生濕強(qiáng)度。本發(fā)明的生物復(fù)合膜材料(圖1)表面均勻細(xì)致，結(jié)構(gòu)致密。而不經(jīng)“察氏培養(yǎng)基培養(yǎng)”，不采用“加入氫氧化鈉后加熱40?60°C加熱反應(yīng)0.5?4小時(shí)”，以及不采用”放入2?5%聚乙烯亞胺溶液浸泡12?36h”等過程形成的生物復(fù)合膜，膜表面不均勻，而且膜強(qiáng)度低，易破損。
[0020]本發(fā)明涉及的保藏編號:CGMCC N0.5858命名:曲霉Aspergillus sp.F-1的菌株，保藏單位:中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址:北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號;保藏日期:2012年3月7日。
【附圖說明