一種細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑及其制備
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于祛除PM2. 5煙塵及有毒氣體的吸附劑，具體涉及一種細菌 纖維素膜/多孔碳吸附劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，我國空氣污染越發嚴重，尤其是霧霾現象成為威脅人們正常生活的一大 殺手，研宄發現導致霧霾現象的主要原因是PM2. 5的大量存在。PM2. 5是指大氣中直徑小 于或等于2. 5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。其主要來自日常發電、工業生產、汽車 尾氣排放等過程中經過燃燒而排放的殘留物。由于顆粒物的粒徑較小，比表面積較大，活性 強，易附帶有毒、有害物質，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠。PM2. 5由于顆粒較小在 人體內具有更深的穿透力，研宄表明PM2. 5主要對呼吸系統和心血管系統造成傷害，包括 呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困難、降低肺功能、加重哮喘、導致慢性支氣管炎、心律失常、非致 命性的心臟病、心肺病患者的過早死亡等。
[0003] 目前針對PM2. 5的防護措置主要是從控制污染源即減少煤炭燃燒、汽車尾氣排放 等，以及切斷PM2. 5傳播途徑這兩個方面減少PM2. 5的污染。但是上述方法仍然不能嚴格 控制空氣中的PM2. 5的量。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種高效、廉價祛除PM2. 5煙塵及有毒氣體的細菌纖維素膜 /多孔碳吸附劑；同時提供了該吸附劑的制備方法。
[0005] 實現本發明目的的技術解決方案為： 一種細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑，所述吸附劑由以下方法制備： 第一步：木醋桿菌進行種子擴增培養； 第二步：發酵液中加入一定濃度的羧甲基纖維素鈉及碳酸鈣，超聲，滅菌，冷卻至室 溫； 第三步：接種后，進行發酵靜置培養； 第四步：發酵結束后，得到細菌纖維素膜（BC膜)，除去殘留的細胞及發酵液； 第五步：用濃度為20-100 g/L的醋酸浸泡細菌纖維素膜，除去纖維孔洞間包埋的碳酸 鈣； 第六步：用去離子水沖洗細菌纖維素膜，至中性即可； 第七步：將純化后的細菌纖維素膜剪切成不同尺寸的塊狀； 第八步：將碳源溶于溶劑中，攪拌，溶解，然后將第七步得到的塊狀細菌纖維素膜加入 其中，浸泡； 第九步：將第八步浸泡后的產物轉入水熱反應釜中進行水熱碳化，反應結束后，產物洗 滌、干燥后得到細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑。
[0006] 第一步中，種子液配方為：葡萄糖20 g/L、硫酸銨6 g/L、磷酸二氫鉀I g/L、硫酸 鎂0.4 g/L、蛋白胨3 g/L、酵母浸粉2.25 g/L、羧甲基纖維素鈉0.4 g/L。
[0007] 第二步中，發酵液配方為：葡萄糖22. 5 g/L、蔗糖27. 5 g/L、硫酸銨I g/L、磷酸二 氫鉀5 g/L、硫酸鎂0. 7 g/L、乳酸鈣0. 2 g/L、檸檬酸0.6 g/L、醋酸1.5 g/L、蛋白胨10 g/ L、酵母浸粉7.5 g/L;羧甲基纖維素鈉在發酵液中的濃度為5-25 g/L，碳酸鈣在發酵液中的 濃度為1-10 g/L。
[0008] 第三步中，接種量為2-20%，在30°C條件下靜態培養條件。
[0009] 第八步中，碳源選用葡萄糖、木糖、果糖或蔗糖等中的一種或幾種；溶劑選用去離 子水或緩沖溶劑，緩沖溶劑選自NH 3 ·Η20-ΝΗ4α、ΚΗ2Ρ04-Κ2ΗΡ0 4ΧΗ3Ο)0Η-α?3α)0Ν&中的一種， 緩沖液ρΗ=6. 0-11. 0 ;浸泡時間3-36h，塊狀細菌纖維素膜與碳源的質量比為1 :1~10 :1。
[0010] 第九步中，水熱碳化溫度90~230°c，碳化時間2~24h，干燥方式選用冷凍干燥、真 空干燥或常壓干燥。
[0011] 本發明與現有技術相比，其顯著優點： ① 細菌纖維素膜孔徑可調大小為50nm-5um ; ② 本發明是針對目前PM2. 5污染的問題制備出了一種細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑， 活性炭均勻分散在細菌纖維素膜中； ③ 原料廉價、環保、易得； ④ 水熱碳化發制備吸附劑，操作簡單、條件溫和、能耗少； ⑤ 該方法制備的細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑具有可調的比表面積200-860m2; ⑥ 纖維素膜的納米空隙的過濾作用結合多孔碳的吸附作用，用來去除PM2. 5煙塵及有 毒氣體具有尚效達90%以上的去除率、環保、低廉。
[0012] ⑦緩沖溶液相比于去離子水在水熱碳化過程中起到較好的緩沖作用。
[0013] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發明中細菌纖維素膜和細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑的掃描電鏡圖 (a_細菌纖維素膜掃描電鏡圖；b_細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑的掃描電鏡圖）。
[0015] 圖2是本發明中細菌纖維素膜和細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑的XRD圖（a-細菌 纖維素膜XRD圖；b-細菌纖維素膜/多孔碳吸附劑的XRD圖)。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
[0017] 膜的制備： 實施例1 第一步：木醋桿菌進行種子擴增，搖床震蕩培養，培養溫度30°C，搖床轉速160 rpm，培 養時間36 h ; 第二步：發酵液配制時加入10 g/L羧甲基纖維素鈉；待羧甲基纖維素鈉溶解完全后， 加入I g/L的碳酸媽，超聲60min，121°C高溫滅菌20 min，冷卻至室溫； 第三步：木醋桿菌以8%的接種量進行接種，接種后靜置培養，培養5天； 第四步：發酵結束后，用質量分數3 g/L的NaOH和3 g/L的H2O2在80°C條件下水浴 3. O小時，除去殘留的細胞及發酵液； 第五步：用20 g/L的醋酸浸泡BC膜24 h，除去纖維素網絡中包埋的碳酸鈣； 第六步：用去離子水沖洗BC膜至中性。
[0018] 實施例2: 第一步：木醋桿菌進行種子擴增，搖床震蕩培養，培養溫度29°C，搖床轉速160 rpm，培 養時間36 h ; 第二步：發酵液配制時加入10 g/L羧甲基纖維素鈉；待羧甲基纖維素鈉溶解完全后， 加入3 g/L的碳酸媽，超聲20min，115°C高溫滅菌25 min，冷卻至室溫； 第三步：木醋桿菌以8%的接種量進行接種，接種后靜置培養，培養5天； 第四步：發酵結束后，用質量分數4 g/L的NaOH和4 g/L的H2O2在85°C條件下水浴 2. 0小時，除去殘留的細胞及發酵液； 第五步：用30 g/L的醋酸浸泡BC膜24 h，除去纖維素網絡中包埋的碳酸鈣； 第六步：用去離子水沖洗BC膜至中性。
[0019] 實施例3: 第一步：木醋桿菌進行種子擴增，搖床震蕩培養，培養溫度31°C，搖床轉速160 rpm，培 養時間42 h ; 第二步：發酵液配制時加入15 g/L羧甲基纖維素鈉；待羧甲基纖維素鈉溶解完全后， 加入4 g/L的碳酸鈣，121 °C高溫滅菌15 min，冷卻至室溫； 第三步：木醋桿菌以10%的接種量進行接種，接種后靜置培養，培養7天； 第四步：發酵結束后，用質量分數5 g/L的NaOH溶液和5 g/L的H2O2在75°C條件下水 浴3. 0小時，除去殘留的細胞及發酵液； 第五步：用40 g/L的醋酸浸泡BC膜36 h除去纖維素網絡中包埋的碳酸鈣； 第六步：用去離子水沖洗BC膜至中性。
[0020] 通過上述3個實施例制得的BC膜的孔徑大小為50nm_5 μ m。
[0021] 實施例4 第一步，通過結構調控靜態培養孔徑約為50nm的細菌纖維素膜；將純化后的細菌纖維 素膜剪切成4 X 6cm2的塊狀； 第二步，將葡萄糖溶于PH=IO的NH3 ^H2O-NH4Cl溶劑中，攪拌，溶解；然后將第一步得到 的塊狀細菌纖維素膜加入其中，其中細菌纖維素膜與葡萄糖的質量比為3:1，浸泡12h ; 第三步，將第二步產物轉入IOOmL水熱反應釜中進行水熱碳化，反應條件為：180°C， 5h。反應結束后，用去離子水和乙醇多次洗滌、冷凍干燥后得到細菌纖維素膜/多孔碳吸附 劑。
[0022] 利用上述制備的吸附劑，用于去除PM2. 5煙塵及有毒氣體，采用重量法檢測其吸 附效果，實驗結果得出其去除率達到