一种生物复合膜材料的应用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水净化技术领域，具体涉及一种能够高效去除水中砷的生物复合材料的应用方法。适用于工业废水砷的深度净化，以及饮用水、地下水、湖泊、河流等水体中砷的脱除。
【背景技术】
[0002]水体砷污染是世界范围内广泛存在的一个问题，长期饮用砷超标的地下水，容易罹患饮水型地方性砷中毒(简称“地砷病”)，严重者可导致肺癌、皮肤癌等癌症。世界卫生组织和中国都规定砷在饮用水中的含量不得超过10yg/L。我国砷污染非常严重，据2013年《科学》一项研究成果显示，我国有近2000万人生活在砷污染高风险区域，水体砷超标的地区总面积达到58万平方公里。砷污染饮用水危害近2000万中国人。
[0003]目前主要的除砷技术包括吸附法、沉淀-絮凝法、膜分离法和离子交换法等。其中采用吸附方法被认为是从水中除去砷的有效的方法，如铁氧化物，如针铁矿、水铁矿、赤铁矿和磁性铁对砷都有很强的吸附能力，可以有效除砷，但是这种传统除砷存在的问题在于成本高，产生的废弃物量大或吸附材料难于从水中分离出来。近年来，研发的纳米磁性材料如四氧化三铁纳米粒子具有较高的比表面积和反应活性，对砷离子的吸附容量较大，有磁性易于分离，但是制备成本高，在水体中易发生团聚，影响材料的再次使用，而且纳米材料进入水体，还可能引发环境和健康风险。因此，开发经济、高效、无二次污染、操作简便的除砷材料及技术对于有效脱除水体中砷意义重大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，针对解决现在的除砷材料普遍存在吸附容量低、制备工艺复杂，成本较高，二次污染等问题，提供一种生物复合膜材料的应用方法，该材料制备过程简单、成本低廉、对砷的去除效果好，吸附容量大，吸附速率快，使用操作简单方便。
[0005]本发明的目的是通过以下方式实现的。
[0006]—种生物复合膜材料的应用方法，所述的生物复合膜材料加入水体中用于去除砷，所述的生物复合膜材料的制备方法如下:将丝状真菌菌体接种到察氏液体培养基中，将培养得到的菌液投加到硫酸铁溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节PH，然后加热，过滤，清洗，再真空抽滤，放入聚乙烯亚胺溶液浸泡，然后干燥，即得生物复合膜材料。所述的生物复合膜材料膜厚度为0.1_3mm。
[0007]应用时水体初始pH值为2.0-12.0，三价砷离子的初始浓度为0.5_100mg/L。
[0008]所述的生物复合膜材料特别是能处理含40mg/L以下三价砷的水溶液。
[0009]所述的丝状真菌菌体为黑曲霉。浓度为8-10gL—1的丝状真菌菌液体积与投加硫酸铁含铁质量之比为1:5?1:20L/g，硫酸铁溶液的浓度为0.1?0.5mol/L。
[0010]丝状真菌菌液的培养过程如下:
[0011]配制察氏液体培养基，称量30g蔗糖、3g硝酸钠、Ig磷酸氢二钾、0.5g七水硫酸镁、0.5g氯化钾和0.0lg的硫酸亚铁，溶解于300mL去离子水中，然后，用去离子水定容至I升，经过121°C高压灭菌30min后，即得到液体培养基备用，以培养基体积2%的接种量将浓度16-1O7个/ml的菌液接种至液体培养基中培养，然后置于150-200r/min恒温振荡箱培养，温度为30-38°C，培养时间为2-5天。
[0012]上述方法将培养得到的菌液500-600r/mim搅拌1-3小时，然后取菌液投加到铝盐溶液。
[0013]所述的生物复合膜材料的制备方法中:
[0014]用0.1M氢氧化钠溶液逐滴加入调节pH为8?12，反应72小时，然后50?80°C加热反应0.5?4小时，重力过滤10-25min，用去离子水超声清洗5?lOmin，再倒入成膜容器进行真空抽滤5-20min。放入2?5%聚乙烯亚胺溶液浸泡12?36h，真空抽滤20min，将抽滤得到的材料放入液氮中，停留10-30S，然后迅速取出，放入已预冷的冻干机内，机内温度低于零下20°C，进行真空冷冻干燥6-10小时，再放入30°C真空干燥箱中2小时，即得生物复合膜材料。
[0015]本发明的有益效果:
[0016](I)本发明提供了一种的以丝状菌体以及代谢产物为基体，硫酸铁和碱液改性制备生物复合膜材料，制备方法简单，成本低，无污染，产业化应用前景高。采用的丝状菌体可大规模快速培养，投资小、运行费用低、易于管理和操作、不产生二次污染、物理化学性质稳定，是绿色环境功能材料。
[0017](2)本发明的生物复合膜材料去除水体中的三价砷，当水流过生物复合膜的过程中，通过生物复合膜的吸附、离子交换、截留等多种作用，去除水体中的三价砷，从而提高效率，缩短运行时间，降低成本，应用方法简单，易于操作，可进行广泛推广应用。
[0018](3)本发明的生物复合膜材料除砷效率高，处理40mg/L以下三价砷水溶液，通过生物复合膜过滤后，三价砷的去除率可达到76?91 %。
[0019](4)本发明制备的生物复合膜材料成膜性能好，主要在于“菌体培养采用察氏培养基”，以及“加入氢氧化钠后50?80°C加热反应0.5?4小时”和”放入2?5%聚乙烯亚胺溶液浸泡12?36h”，其中察氏培养基成分有利于菌体形成生物膜，加热过程热效应强化了膜的空间网络结构，提高了丝状菌体及代谢组分蛋白组分的抗拉强度。而浸泡于聚乙烯亚胺溶液，可通过具有较高反应活力的聚乙烯亚胺，与菌体和代谢产物中的羟基反应并交联聚合，使膜产生湿强度。本发明的生物复合膜材料(图1)表面均匀细致，结构致密。而不经“察氏培养基培养”，不采用“加入氢氧化钠后加热40?60°C加热反应0.5?4小时”，以及不采用”放入2?5%聚乙烯亚胺溶液浸泡12?36h”等过程形成的生物复合膜，膜表面不均匀，而且膜强度低，易破损。
[0020]本发明涉及的保藏编号:CGMCC N0.5858命名:曲霉Aspergillus sp.F-1的菌株，保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址:北京市朝阳区北辰西路I号院3号;保藏日期:2012年3月7日。
【附图说明