申请日2010.12.10
公开(公告)日2011.05.18
IPC分类号B01J20/24; C02F1/28; B01J20/30; B01J20/28
摘要
本发明公开了一种磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的制备方法及其处理印染废水技术，包括以下步骤：采用溶胶-凝胶法制备超顺磁性纳米四氧化三铁;酿酒酵母菌的前处理;采用交联法制备磁性酿酒酵母菌复合吸附材料。本发明制备的磁性酿酒酵母菌复合吸附材料不仅廉价、实用、高效，可多次重复使用，避免二次污染，具有广阔的应用前景。磁性酿酒酵母菌对碱性染料具有很高的吸附效果。在戊二醛的交联作用，酿酒酵母菌不仅具有超顺磁性，而且由于戊二醛的固定化作用提高了酵母菌的防腐能力和机械强度。磁性酿酒酵母菌具有较高机械强度和稳定性，可有效提高磁性酿酒酵母菌吸附材料的重复利用率，降低印染废水的处理成本。
权利要求书
1.一种磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
步骤A：采用溶胶-凝胶法制备超顺磁性纳米四氧化三铁;
步骤B：酿酒酵母菌的前处理;
步骤C：采用交联法制备磁性酿酒酵母菌复合吸附材料。
2.根据权利要求1所述磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体步骤如下：
步骤A：采用溶胶-凝胶法制备超顺磁性纳米四氧化三铁;
A1)、备料：选用固体的NaOH、FeSO4·7H2O和FeCl3，按照NaOH∶FeSO4·7H2O∶FeCl3=16g∶2.78g∶2.925g的配比进行称量;
A2)、NaOH溶液的制备：将称量好的NaOH完全溶解于100mL蒸馏水中，制得NaOH溶液;
A3)、去氧处理：将NaOH溶液倒入混合容器中，将装入有NaOH溶液的混合容器置于加热的水浴中，加热保持水浴的温度在63℃的恒温温度，在150r/min的转速搅拌下通入氮气以除去水中的氧气，持续30min，制得去氧NaOH溶液;
A4)、FeSO4和FeCl3混合溶液的制备：将称量好的FeSO4·7H2O和FeCl3充分溶解于56mL新制蒸馏水中，制得FeSO4和FeCl3混合溶液;
A5)、黑色磁流体溶液的制备：在氮气的保护条件下，向去氧NaOH溶液中迅速加入FeSO4和FeCl3混合溶液，并以300r/min的转速继续搅拌2h后停止加热，制得黑色磁流体溶液;
A6)、超顺磁性纳米四氧化三铁的制备：将黑色磁流体溶液进行磁性分离处理制得磁流体，用蒸馏水将磁流体洗涤至中性，在60℃的温度下进行真空干燥处理，干燥后进行粉碎，即制得超顺磁性纳米四氧化三铁;
步骤B：酿酒酵母菌的前处理;
B1)、备料：按照酿酒酵母菌∶戊二醛溶液=10g∶500mL的配比进行称量，其中戊二醛溶液的重量百分含量为0.5WT%;
B2)、洗涤、离心处理：将酿酒酵母菌用蒸馏水洗涤、离心至中性，以除去营养离子和杂质;
B3)、戊二醛固定化酿酒酵母菌的制备：将经过洗涤、离心处理后的酿酒酵母菌与戊二醛交联24h后用蒸馏水洗涤离心三次，去除未反应的戊二醛后即得戊二醛固定化酿酒酵母菌;
步骤C：采用交联法制备磁性酿酒酵母菌复合吸附材料;
C1)、备料：按照干重的超顺磁性纳米四氧化三铁∶湿重的戊二醛固定化酿酒酵母菌∶戊二醛溶液=1g∶5g∶250mL的配比进行称量，其中戊二醛的重量百分含量为0.5WT%;
C2)、磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的制备：在室温条件下，将超顺磁性纳米四氧化三铁和戊二醛固定化酿酒酵母菌均匀分散在戊二醛溶液中，振荡交联24h后磁性分离，用蒸馏水洗三次，真空条件下离心干燥24h，粉碎后即得磁性酿酒酵母菌复合吸附材料。
3.根据权利要求1或2所述磁性酿酒酵母菌复合吸附材料处理印染废水技术，其特征在于：所述技术包括按照磁性酿酒酵母菌复合吸附材料∶印染废水=66.7Kg∶20m3的配比进行称量，在常温条件下，将磁性酿酒酵母菌复合吸附材料投放到印染废水处理池中，在150r/min转速的电动搅拌器搅拌条件下进行充分反应，取样检测印染废水的合格率，取样结果合格后，对印染废水处理池进行20min的电磁分离，使得磁性酿酒酵母菌复合吸附材料与印染废水分离，此时，磁性酿酒酵母菌复合吸附材料附着于印染废水处理池周边，打开印染废水处理池的净水排放阀门排放出处理后的印染废水，即实现处理印染废水的目的。
4.根据权利要求3所述磁性酿酒酵母菌复合吸附材料处理印染废水技术，其特征在于：还包括取样检测印染废水的取样结果不合格时，采用补加磁性酿酒酵母菌复合吸附材料以提高磁性酿酒酵母菌复合吸附材料对印染废水的处理效率;或者是根据染料的类型、浓度和剂量的条件，通过调整吸附时间、溶液pH值或吸附温度的处理条件来提高磁性酿酒酵母菌复合吸附材料对印染废水的处理效率。
5.根据权利要求3所述磁性酿酒酵母菌复合吸附材料处理印染废水技术，其特征在于：进一步还包括磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的回收和重复利用步骤，其回收和重复利用步骤如下：在将用于电磁分离的电磁铁断电后，向印染废水中泵入洗脱液，待洗脱液与磁性酿酒酵母菌复合吸附材料混合搅拌30min后，进行取样检测，磁性酿酒酵母菌复合吸附材料解吸合格后进行20min的电磁分离，磁性酿酒酵母菌复合吸附材料与洗脱液分离，打开废水处理池三通阀门将洗脱液排放至洗脱液回收池，将磁性酿酒酵母复合吸附材料存留在印染废水处理池中，待下次处理印染废水之用。
6.根据权利要求5所述磁性酿酒酵母菌复合吸附材料处理印染废水技术，其特征在于：所述洗脱液是摩尔浓度为0.1mol/L的HCl。
说明书
一种磁性酿酒酵母菌的制备方法及其处理印染废水技术
技术领域
本发明涉及印染废水处理技术领域，具体来讲涉及一种磁性酿酒酵母菌的制备方法及其处理印染废水技术。
背景技术
纺织工业是我国重要的经济部门之一。在纺织业的生产过程中，会产生大量废水，其中以印染废水污染最为严重，其排放量约占工业废水总排放量的十分之一。印染废水由于排放量大、色度深、有机污染物含量高、水质复杂多变，可生化性不强，是公认的难处理废水之一，受到当今世界普遍关注。我国印染纺织品企业多、染料使用量大、染料废水处理技术落后，因此印染废水对环境污染尤为严重。作为环境污染物的染料种类多、结构复杂，大多为含偶氮键、多聚芳香环的有毒难降解复杂有机物，其化学稳定性强，且具有致癌、致畸、致突变的作用，若印染废水不加处理而直接排放，对人及其他生物体都会造成较大危害;此外，即使较低浓度的残存染料组分排入水中，亦会造成水体透光率降低，导致水体生态系统的破坏。因此加强对染料废水的处理已成为我国环境保护刻不容缓、亟待解决的课题。
处理印染废水常用的方法有物化法(吸附脱色法、化学氧化法、超滤膜脱色法等)和生物法(生物吸附法、生物氧化还原法等)两大类。这两类方法虽然比较有效，但物化法一般存在处理费用高、产生大量难处理的污泥、废料等问题;传统生物法往往因生物菌种培养成本较高、受外界有毒物质、环境、保存条件和营养供应等因素的影响，从而使其处理染料废水的实用性较差。因此，寻求一种更安全、有效、廉价实用的生物染料废水处理技术成为当务之急。
目前国内外发现能吸附、降解染料的微生物种类较多，其中采用酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)处理染料废水的研究已有诸多报道。酿酒酵母又称麫包酵母或者出芽酵母。酿酒酵母是发酵中最常用的生物种类、常见的工业菌种，不仅传统上它常用于制作面包和馒头等食品及酿酒，而且在现代分子和细胞生物学中常用作真核模式生物。酿酒酵母的细胞为球形或者卵形，直径5～10μm。另外，因酿酒酵母菌富含纤维素、甲壳质、壳聚糖、葡聚糖、甘露糖蛋白等，故在可供药用、食用和饲料用外，还可作为染料和重金属吸附剂使用。由于酿酒酵母菌大量存在于酿酒企业的酒糟、酒曲中，因此在各种酿酒企业中收集酿酒酵母菌较易实施。采用酿酒酵母处理染料其优点主要表现为廉价、易得，在处理染料废水时表现出良好的耐酸、耐碱和强吸附降解能力，但因其较难回收重复利用，易产生二次污染而存在较大缺陷，没有形成成熟的工艺，难以实际运用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种磁性酿酒酵母菌的制备方法及其处理印染废水技术，通过溶胶-凝胶法制备出具有超顺磁性纳米四氧化三铁材料，并采用交联剂将其与酿酒酵母菌交联固定，制备出可高效重复处理染料废水的新型磁性酿酒酵母菌复合吸附材料，从而提高酿酒酵母对染料的处理效果和重复利用率、避免二次污染、降低处理成本。
本发明的目的通过以下技术方案来实现的：一种磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的制备方法，所述制备方法具体步骤如下：
步骤A：采用溶胶-凝胶法制备超顺磁性纳米四氧化三铁;
A1)、备料：选用固体的NaOH、FeSO4·7H2O和FeCl3，按照NaOH∶FeSO4·7H2O∶FeCl3=16g∶2.78g∶2.925g的配比进行称量;
A2)、NaOH溶液的制备：将称量好的NaOH完全溶解于100mL蒸馏水中，制得NaOH溶液;
A3)、去氧处理：将NaOH溶液倒入混合容器中，将装入有NaOH溶液的混合容器置于加热的水浴中，加热保持水浴的温度在63℃的恒温温度，在150r/min的转速搅拌下通入氮气以除去水中的氧气，持续30min，制得去氧NaOH溶液;
A4)、FeSO4和FeCl3混合溶液的制备：将称量好的FeSO4·7H2O和FeCl3充分溶解于56mL新制蒸馏水中，制得FeSO4和FeCl3混合溶液;
A5)、黑色磁流体溶液的制备：在氮气的保护条件下，向去氧NaOH溶液中迅速加入FeSO4和FeCl3混合溶液，并以300r/min的转速继续搅拌2h后停止加热，制得黑色磁流体溶液;
A6)、超顺磁性纳米四氧化三铁的制备：将黑色磁流体溶液进行磁性分离处理制得磁流体，用蒸馏水将磁流体洗涤至中性，在60℃的温度下进行真空干燥处理，干燥后进行粉碎，即制得超顺磁性纳米四氧化三铁;
步骤B：酿酒酵母菌的前处理;
B1)、备料：按照酿酒酵母菌∶戊二醛溶液=10g∶500mL的配比进行称量，其中戊二醛溶液的重量百分含量为0.5WT%;
B2)、洗涤、离心处理：将酿酒酵母菌用蒸馏水洗涤、离心至中性，以除去营养离子和杂质;
B3)、戊二醛固定化酿酒酵母菌的制备：将经过洗涤、离心处理后的酿酒酵母菌与戊二醛交联24h后用蒸馏水洗涤离心三次，去除未反应的戊二醛后即得戊二醛固定化酿酒酵母菌;
步骤C：采用交联法制备磁性酿酒酵母菌复合吸附材料;
C1)、备料：按照干重的超顺磁性纳米四氧化三铁∶湿重的戊二醛固定化酿酒酵母菌∶戊二醛溶液=1g∶5g∶250mL的配比进行称量，其中戊二醛的重量百分含量为0.5WT%;
C2)、磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的制备：在室温条件下，将超顺磁性纳米四氧化三铁和戊二醛固定化酿酒酵母菌均匀分散在戊二醛溶液中，振荡交联24h后磁性分离，用蒸馏水洗三次，真空条件下离心干燥24h，粉碎后即得磁性酿酒酵母菌复合吸附材料。
所述磁性酿酒酵母菌复合吸附材料处理印染废水技术，包括按照磁性酿酒酵母菌复合吸附材料∶印染废水=66.7Kg∶20m3的配比进行称量，在常温条件下，将磁性酿酒酵母菌复合吸附材料投放到印染废水处理池中，在150r/min转速的电动搅拌器搅拌条件下进行充分反应，取样检测印染废水的合格率，取样结果合格后，对印染废水处理池进行20min的电磁分离，使得磁性酿酒酵母菌复合吸附材料与印染废水分离，此时，磁性酿酒酵母菌复合吸附材料附着于印染废水处理池周边，打开印染废水处理池的净水排放阀门排放出处理后的印染废水，即实现处理印染废水的目的。
所述磁性酿酒酵母菌复合吸附材料处理印染废水技术，还包括取样检测印染废水的取样结果不合格时，采用补加磁性酿酒酵母菌复合吸附材料以提高磁性酿酒酵母菌复合吸附材料对印染废水的处理效率;或者是根据染料的类型、浓度和剂量等条件选择条件处理，通过调整吸附时间、溶液pH值或吸附温度等处理条件来提高磁性酿酒酵母菌复合吸附材料对印染废水的处理效率。
所述磁性酿酒酵母菌复合吸附材料处理印染废水技术，进一步还包括磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的回收和重复利用步骤，其回收和重复利用步骤如下：在将用于电磁分离的电磁铁断电后，向印染废水中泵入洗脱液，待洗脱液与磁性酿酒酵母菌复合吸附材料混合搅拌30min后，进行取样检测，磁性酿酒酵母菌复合吸附材料解吸合格后进行20min的电磁分离，磁性酿酒酵母菌复合吸附材料与洗脱液分离，打开废水处理池三通阀门将洗脱液排放至洗脱液回收池，将磁性酿酒酵母复合吸附材料存留在印染废水处理池中，待下次处理印染废水之用。所述洗脱液是摩尔浓度为0.1mol/L的HCl。
综上所述，本发明采用磁性酿酒酵母菌处理染料废水，是一项21世纪的绿色生物工程技术。它利用廉价的酿酒酵母菌为原料交联负载具有超顺磁性的纳米材料制成磁性酿酒酵母菌复合吸附材料并用于染料废水的处理，对有效改善染料废水带来的环境危害及传统治理方法中存在的缺点具有重要的实际意义。与传统方法相比，此技术制备的磁性酿酒酵母菌复合吸附材料不仅廉价、实用、高效，而且可多次重复使用，避免二次污染，具有广阔的应用前景。例如：利用磁性酿酒酵母菌处理甲基紫染料(一种常用、难于降解的三苯甲烷类染料，广泛用于皮革、纸张、羽毛、脂肪等的染色工业中)。在pH7.0条件下，用66.7公斤磁性酿酒酵母菌处理20吨甲基紫印染废水(浓度为1000mg/L)，在150r/min电动搅拌器搅拌的条件下反应30分钟，经3次循环吸附后磁性酿酒酵母菌对甲基紫的吸附率高达99.82%，脱色率超过99.24%，NH3-N去除率达61.24%，COD的去除率达83.41%，出水COD质量浓度低于150mg/L，可以达到国家二级排放标准。
实验结果表明磁性酿酒酵母菌对碱性染料具有很高的吸附效果。另外，在戊二醛的交联作用，酿酒酵母菌不仅具有超顺磁性，而且由于戊二醛的固定化作用提高了酵母菌的防腐能力和机械强度。对磁性酿酒酵母菌进行物化检测分析表明其具有较高的机械强度和稳定性，可有效提高磁性酿酒酵母菌吸附材料的重复利用率，降低印染废水的处理成本。
