專利名稱：一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種生物吸附劑，尤其是涉及一種采用黑曲霉(ACCC 30134)作為原始菌種， 經高溫高壓、鹽酸浸泡進行修飾處理，用于處理內含重金屬離子的酞菁類染料的生物吸附劑 的制備方法。
背景技術：
生物吸附技術是廢水生物處理領域中一個應用較為廣泛的技術，它通過生物細胞(以微生 物為主)或生物材料吸附污染物質，具有來源廣泛、制作簡單、運行費用低、無二次污染和處 理效率高等優點，被認為是極具應用潛力的傳統處理方法替代技術。
生物吸附技術最早是由RuChhoft ([l]RuchhoftCC丄Sewage Works J，1949,21(5):877)在 1949年提出來的，他考察了活性污泥對水中的放射性元素Pu的去除性能，認為對Pu的去除 是由于微生物的繁殖過程中形成具有較大面積的凝膠網，而使其具有吸附能力。生物吸附主 要是生物體細胞壁表面的一些具有絡合、配位能力的基團起作用，如琉基、輕基、羧基等極 性基團。吸附就是靠這些基團能夠與污染物質形成離子鍵或共價鍵的結合作用。與此同時， 污染物質有可能通過沉降或晶體化作用沉積于細胞表面，從而達到去除的效果。
生物吸附技術的關鍵在于選擇合適的生物吸附劑。生物吸附劑多采用活體和失活生物細 胞兩種。與活體生物細胞相比較，利用失活生物細胞，通過一定的物理化學處理后制成穩定 的生物吸附劑顆粒，不僅具有易于攜帶、運輸、使用等特點，并且在使用過程中可以免受有 毒有害物質的影響，尤其適用于處理工業廢水。
生物材料的來源十分廣泛，許多生物物質都具有優越的生物吸附能力。近年來研究較多 的生物吸附劑多采用細菌與真菌制備，如啤酒酵母菌處理012+ ([2]王喜,甘樹應.廢啤酒酵母 吸附水溶液中012+的性能及機理研究.中國生物工程雜志，2008, 28(3) :64 68)以及 Jgro6a"en'MW sp.制得的生物吸附劑ZL5 2吸附Cr(VI) ([3]李強，陳明.生物吸附劑ZL5 2 對Cr(VI)的吸附機理.環境科學，2006,27(2))等。
黑曲霉C^i^gz7tow'g")——真菌中的一個常見種，屬半知菌門、絲孢菌綱、絲孢菌 目、從梗孢科、曲霉屬。30'C下在PDA平板上培養5 7 d，菌落直徑達2 3cm，由致密或 中度疏松的微黃色基本菌系組成，菌落正面呈深褐色，反面呈淡黃色。菌絲大部分在培養基內，著生豐富密集的直立分生孢子梗，多數無膈膜，粗大，頂端形成膨大的頂囊；從頂囊的 表面生出雙層小梗，小梗生成瓶狀產孢細胞產出成串分生孢子；分生孢子成熟時呈球形，偶 爾稍扁。由于其安全性佳，與其他真菌相比生長速度快，不易染雜菌，因而被廣泛的應用于 發酵，紡織，食品等工業中，在環保領域也有應用。關于黑曲霉對重金屬離子的吸附特性研 究，國內夕卜均有不少的報道([4] Anoop Kapoor,T.Viraraghavan. Removal of heavy metals using the fUngus Aspergillus niger .Bioresource Technology, 1999， 95 104)，而對染料廢水處理的報道 相對較少。
酞菁類染料為染料中間體，在纖維上與金屬離子絡合生成色淀，主要用于棉染印染 工藝。直接耐曬翠藍是酞菁類染料的一種，其色澤鮮艷，各項堅牢度高，廣泛應用于棉 麻、蠶絲以及錦綸的染色。有研究表明，利用UV — Ti02方法可以對直接耐曬翠藍進行 脫色處理([5] Ruth Yu li Yeh, Shen P W. UV/Ti02 and UV/Ti02 film for Degradation of Textile Dyes. Journal of Wuhan university of technology，2007,29(10))，但是此種方法只針對低 濃度染料廢水有較高的處理效果，并且需要2.5天才能達到61%的脫色效果。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法。 本發明包括以下步驟
1) 將活化后的黑曲霉加無菌水，刮取孢子，過濾，所得菌液倒入裝有無菌水和玻璃珠的 錐形瓶中，振蕩至鏡檢為分散單孢子，計數，用無菌水調節孢子懸液濃度，將該單孢子懸液 接種到已滅菌的液體培養基中培養后，得黑曲霉菌絲球；
2) 將所得的黑曲霉菌絲球滅菌，過濾，得失活的黑曲霉菌絲球；
3) 將失活的黑曲霉菌絲球烘干至衡重，粉碎，得黑曲霉死菌粉劑；
4) 將2.00g黑曲霉死菌粉劑移入裝有HCl的錐形瓶中，振蕩后的混合液固液分離，用去 離子水洗滌修飾后吸附劑至洗滌液pH值顯示為中性，烘干至衡重，粉碎，即得用于處理酞 菁類染料廢水的生物吸附劑。
在步驟l)中，所述過濾最好經4層紗布過濾，無菌水的加入量可為30mL，振蕩的速度 可為180rpm/min，所述計數可采用血球計數板計數，用無菌水調節孢子懸液濃度最好至107 個/mL，所述將該單孢子懸液接種到已滅菌的液體培養基中培養最好使液體培養基中的孢子 濃度為10S個/mL，所述培養最好在3(TC恒溫培養箱中培養，培養時的振蕩速度最好為 150rpm/min，培養的時間最好為72h。
在步驟2)中，所述滅菌最好將所得的菌絲球置于12rC高溫高壓滅菌鍋中，經30min滅菌，所述過濾可用4層紗布過濾，為去除菌體表面上殘留的液體培養基，最好將所得失活
的黑曲霉菌絲球用去離子水沖洗菌體至沖洗液的pH值顯示為中性。
在步驟3)中，所述烘干可在80'C下烘干至衡重，所述粉碎最好過IOO目篩。 在步驟4)中，所述HCl的用量最好是120mL，濃度為lmol/L;所述振蕩最好在25'C恒
溫箱中以150rpm/min的速度振蕩6h，所述混合液固液分離可經8000rpm/min離心10min，所
述烘干的溫度可采用8(TC，所述粉碎可過100目篩。
該生物吸附劑可直接用于處理酞菁染^1——直接耐曬翠藍。
本發明的有益效果是在生物吸附劑的基礎上進行了化學修飾，作用于吸附劑表面基團， 去除了吸附劑表面基質，有利于吸附劑更好的與酞菁染料分子結合，使吸附劑更專效于酞菁 染料，因此對直接耐曬翠藍有更好的吸附效果。
為更有效地處理酞菁類染料廢水，本發明在前人研究的黑曲霉制備生物吸附劑的基礎上 將其進行化學修飾處理，而后利用修飾后得到的生物吸附劑，并直接用于處理含有重金屬離 子的酞菁類染料——直接耐曬翠藍。研究表明，該吸附劑對直接耐曬翠藍顯示出較好的吸附 效果，其吸附能力高于傳統的活性炭吸附劑。由于制備該吸附劑的原料黑曲霉是發酵工業的 副產物，其制作成本要低于活性炭。
圖1為本發明的生物吸附劑的掃描電鏡圖。
圖2為不同吸附劑處理染料的效果對比。在圖2中，橫坐標為時間(min)，縱坐標為脫 色率(％); O為活性炭，口為原粉，A為修飾后吸附劑。
具體實施例方式
以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。 1.黑曲霉菌絲球的制備
固體培養基的配制黑曲霉生長所需的馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)培養基為中國檢驗檢 疫科學研究院，北京陸橋技術有限責任公司生產，其成分如下馬鈴薯浸粉5.0g/L;葡萄糖 20.0 g/L;瓊脂13.0 g/L;氯霉素0.1 g/L。稱取粉末狀固體培養基2.280g溶解于60mL蒸餾 水中，加熱煮沸至完全溶解后，將其分裝至IO根試管中，每根5mL，于高溫高壓滅菌鍋中 12rC下滅菌20min后，趁熱擺斜面，待培養基冷卻后將其置于3(TC培養箱中，24h后采用未 染菌的培養基作為新鮮培養基培養黑曲霉。
液體培養基的配制黑曲霉菌絲球生長所需的液體培養基成分如下葡萄糖10.0g/L; KH2P04 2.0g/L; MgSO40.5g/L; NH4C10.1g/L; CaCl20.1g/L;硫胺0.001g/L。將配制好的液體培養基分裝至300mL錐形瓶中，于高溫高壓滅菌鍋中12rC下滅菌30min，冷卻后備用。
黑曲霉菌絲球的制備將菌種自冰箱中取出后，在無菌操作臺下，用接種環將其轉接到 新鮮培養基上，在30'C恒溫箱中培養4 7d后，取此斜面，加入10mL無菌水，用接種環刮 下孢子，經4層紗布過濾，所得菌液倒入已滅菌的裝有30mL無菌水和玻璃珠的250mL錐形 瓶中，180rpm下振蕩至鏡檢為分散單孢子，即得到單孢子懸液。用血球計數板對其計數，用 無菌水調節孢子懸液濃度至1(^個/mL，將該單孢子懸液加入到液體培養基中，使液體培養基 中的孢子濃度為lC)S個/mL，將其置于30'C恒溫培養箱中，150rpm下培養72h，所得球體直 徑為4 5mm即可，此時即得到黑曲霉菌絲球。
2. '生物吸附劑的制備
對所制得的黑曲霉菌絲球，于121'C， 30min高溫高壓滅菌后，用4層紗布過濾得到失活 的黑曲霉菌絲球。為去除菌體表面上殘余的培養液體，用去離子水反復沖洗菌體數次直至沖 洗液的pH值顯示為中性。將沖洗后的菌體于8(TC下烘干至衡重，經粉碎機粉碎后過100目 篩，得到生物吸附劑，即黑曲霉死菌粉劑。
3. 吸附劑的化學修飾
準確稱取2.0g死菌粉劑，將其移入裝有120mL lmol/L HC1的500mL錐形瓶中，于25'C 恒溫箱中，150rpm下振蕩6h，混合液經800(hpm離心10min進行固液分離，用大量去離子 水反復充分洗滌修飾后生物吸附劑，至洗滌液pH值顯示為中性后，將其置于8(TC烘干至衡 重，經粉碎機粉碎后過100目篩，即得到經過化學處理后的生物吸附劑，該生物吸附劑可直 接用于處理酞菁染料——直接耐曬翠藍。
將冷凍保存在冰箱中接種于斜面上的黑曲霉接種于固體培養基斜面上的黑曲霉經3(TC培 養箱中培養4 7d后，即可長成遍布培養基表面的黑曲霉孢子。為后續使用，應將其置于4 'C冰箱中冷凍保存，使其生長停滯，保持休眠狀態，待使用時再將其轉接到新鮮固體培養基 中30。C下培養4 7d，將其活化。接種于液體培養基中的黑曲霉經3(TC培養箱中培養72h后， 長成為直徑約3 4mm、具有黑色中心點、白色菌絲外圈、微小而且松散的黑黃霉菌絲球。
采用XL30ESEM電鏡機對生物吸附劑進行掃描，20.0kV、放大5000倍后得到掃描電鏡 圖片，如圖1所示。圖中可以看出，生物吸附劑的分子結構是層疊的，中間有較多的孔隙結 構，因此比表面積較大，表面上的活性位點較多，較適宜作為吸附劑使用。
分別利用活性炭、原粉劑以及鹽酸修飾后生物吸附劑對直接耐曬翠藍進行吸附處理，對 整個吸附過程中的吸附效果進行對比，結果如圖2所示。
3種生物吸附劑在直接耐曬翠藍染料廢水中經25min吸附后，染料脫色率迅速增大，己經均超過70%，該階段為快速吸附階段，大部分的染料分子都在此階段被吸附去除，而原粉 劑和鹽酸修飾后吸附劑對染料的脫色率更是超過85%。隨后的25 150min為緩慢吸附階段， 染料脫色率增長緩慢，吸附逐漸達到平衡。當吸附時間達到150min時，3種吸附劑的吸附過 程基本達到平衡，鹽酸修飾后生物吸附劑對染料的脫色率高達95%以上，原粉劑的脫色率也 已超過90%,活性炭對染料的脫色效果較差，大約85%;當吸附進行到240min時，吸附過 程已經達到平衡，3種生物吸附劑均已無法再吸附更多的染料分子，脫色率最終達到穩定。 整個吸附過程中，2種生物吸附劑的脫色率都遠遠大于活性炭對染料的脫色率，這是由于活 性炭對染料分子的吸附是純粹的物理吸附過程，而生物吸附劑對染料分子的吸附除了簡單的 物理吸附外，還有表面基團與所吸附的染料分子形成的離子鍵或共價鍵作用，因此生物吸附 劑的吸附效果與活性炭相比，要優于活性炭的吸附效果。
權利要求
1.一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將活化后的黑曲霉加無菌水，刮取孢子，過濾，所得菌液倒入裝有無菌水和玻璃珠的錐形瓶中，振蕩至鏡檢為分散單孢子，計數，用無菌水調節孢子懸液濃度，將該單孢子懸液接種到已滅菌的液體培養基中培養后，得黑曲霉菌絲球；2)將所得的黑曲霉菌絲球滅菌，過濾，得失活的黑曲霉菌絲球；3)將失活的黑曲霉菌絲球烘干至衡重，粉碎，得黑曲霉死菌粉劑；4)將2.00g黑曲霉死菌粉劑移入裝有HCl的錐形瓶中，振蕩后的混合液固液分離，用去離子水洗滌修飾后吸附劑至洗滌液pH值顯示為中性，烘干至衡重，粉碎，即得用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑。
2. 如權利要求1所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征 在于在步驟1)中，所述過濾經4層紗布過濾，無菌水的加入量為30mL，振蕩的速度為 180rpm/min。
3. 如權利要求1所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征 在于在步驟l)中，所述用無菌水調節孢子懸液濃度至l(^個/mL，所述將該單孢子懸液接種 到已滅菌的液體培養基中培養使液體培養基中的孢子濃度為10S個/mL。
4. 如權利要求1所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征 在于在步驟l)中，所述培養在3(TC恒溫培養箱中培養，培養時的振蕩速度為150rpm/min， 培養的時間為72h。
5. 如權利要求l所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征 在于在步驟2)中，所述滅菌是將所得的菌絲球置于12rC高溫高壓滅菌鍋中，經30min滅菌， 所述過濾用4層紗布過濾。
6. 如權利要求1所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征 在于在步驟2)中，將所得失活的黑曲霉菌絲球用去離子水沖洗菌體至沖洗液的pH值顯示為 中性。
7. 如權利要求1所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征 在于在步驟3)中，所述烘干是在8(TC下烘干至衡重。
8. 如權利要求1所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征 在于在步驟3)中，所述粉碎過100目篩。
9. 如權利要求1所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特征 在于在步驟4)中，所述HCl的用量是120mL，濃度為lmol/L。
10. 如權利要求1所述的一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，其特 征在于在步驟4)中，所述振蕩是在25'C恒溫箱中以150rpm/min的速度振蕩6h，所述混合 液固液分離是經8000rpm/min離心10min，所述烘干的溫度為80°C，所述粉碎過100目篩。
全文摘要
一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法，涉及一種生物吸附劑。提供一種用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑的制備方法。將活化后的黑曲霉加無菌水，刮取孢子，過濾，所得菌液倒入裝有無菌水和玻璃珠的錐形瓶中，振蕩至鏡檢為分散單孢子，計數，用無菌水調節孢子懸液濃度，再接種到已滅菌的液體培養基中培養得黑曲霉菌絲球；將黑曲霉菌絲球滅菌，過濾得失活的黑曲霉菌絲球，再烘干至衡重，粉碎，得黑曲霉死菌粉劑；將2.00g黑曲霉死菌粉劑移入裝有HCl的錐形瓶中，振蕩后的混合液固液分離，用去離子水洗滌修飾后吸附劑至洗滌液pH值顯示為中性，烘干至衡重，粉碎，即得用于處理酞菁類染料廢水的生物吸附劑。
文檔編號B01J20/22GK101574642SQ20091011195
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者孟雪嬌, 熊小京, 鄭天凌 申請人:廈門大學