本发明属于环保应用领域，具体限定了一种以家蚕平面丝为基底构建具有多级结构水处理生物膜的制备方法。
背景技术：
目前，我国水污染严重，无论是工业生产中的重金属离子还是生活废弃物均对水造成一定程度的污染。与此同时，中西部地区常年面临干旱、缺水的困境，降雨量高的东部西区也经常出现饮用水资源紧张，用水受限的窘况。水资源污染将直接导致人体健康状况下降，严重影响公共卫生安全。水污染处理的方式多样，工业领域多通过粉末沉淀的方式进行污水处理，生活领域多用过滤膜去除水中杂质。然而，两种方法污水处理范围窄，并且处理成本较高，因此，开发性能优异、价格低廉的水处理生物膜对于污水处理具有重要意义。
家蚕平面丝具有疏松、多孔的结构，与膜类似也具备过滤、吸附的特性。此外，家蚕平面丝易于保存，不易变质，可多次重复利用。
构成平面丝的蚕丝纤维作为高分子生物蛋白，能够与多种化合物离子进行修饰、络合，从而优化平面丝的吸附、滤水能力。由此，将家蚕平面丝与用于工业废水处理的粉末颗粒结合，构建多层结构、复合型的水处理生物膜可开发新的水处理方式，提高污水处理效率。
技术实现要素：
为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种一种以家蚕平面丝为基底构建具有多级结构水处理生物膜的制备方法；以家蚕平面丝为基底，通过层层自组装的方式，将无机颗粒逐层沉积在平面丝表面，从而构建多层纳米颗粒沉积的复合型生物膜，用于污水处理。
本发明采用的技术方案如下：
具体包括以下步骤：
步骤1)准备不同尺寸的有机玻璃类平板，将吐丝前的家蚕放置于平板，让家蚕在平板表面均匀吐丝。待家蚕吐丝完全，可获得厚度为0.1-1mm的家蚕平面丝。
步骤2)构建纳米颗粒/丝素蛋白矿化溶液体系：在丝素蛋白溶液中依次加入cacl2和na2hpo4，调溶液ph为9.5，持续反应18-24h，获得羟基磷灰石/丝素(hap/sf)复合溶液，作为平面丝处理第一层溶液；
步骤3)构建二氧化硅/丝素蛋白(sio2/sf)矿化溶液体系：在丝素蛋白溶液中加入氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)，剧烈搅拌，4℃反应10-15min，滴入硅酸四乙酯(teos)，4℃反应20min，转移至25℃室温静置过夜，获得二氧化硅/丝素蛋白(sio2/sf)复合溶液，作为平面丝处理第二层溶液；
步骤4)将步骤(1)平面丝浸泡于hap/sf矿化液中15-30min，取出后沥水晾干，重复浸泡-晾干操作3～5次；
步骤5)将步骤(5)处理后获得的平面丝浸泡于sio2/sf矿化液中15-30min，取出后沥水晾干，重复浸泡-晾干操作3～5次。
步骤6)平面丝经步骤(4)和步骤(5)的表面逐层处理后，获得具有多层结构且用于污水处理的生物膜
所述步骤1)中的平面丝厚度为0.1-1mm。
用于吐丝的蚕可选用家蚕或柞蚕、栗蚕等野蚕
所述步骤2)中cacl2的浓度为15-20mmol/l，na2hpo4的浓度为10-12mmol/l。
所述步骤3)中氨丙基三乙氧基硅烷的体积百分比浓度为0.05％-0.5％，所述硅酸四乙酯的体积百分比浓度为0.2％-2％。
所述步骤2)和步骤3)中丝素蛋白溶液2)通过脱胶、溶解、透析方式获得，丝素蛋白溶液的质量百分比浓度为0.1％-2％。
所述步骤2)和步骤3)中的丝素蛋白溶液也可为家蚕丝胶蛋白或柞蚕丝素蛋白溶液等，此外，淀粉、纤维素类水溶液高分子溶液也可作为本实验的代替。
所述步骤2)中其他诱导羟基磷灰石生成的方法同样适用，此外，碳酸钙等表面粗糙的纳米颗粒同样适用于第一层处理溶液的制备。
所述步骤3)的二氧化硅/丝素蛋白矿化溶液中的二氧化硅可以由二氧化锰纳米颗粒或有机金属框架(mof)代替
所述步骤5)-6)为两种矿化液的梯次逐层处理沉积，通过循环步骤5)-步骤6)，以获取多层结构的生物膜
所述污水处理包括处理含重金属离子、染料、有机酚的污水处理。
污水处理的方式采用吸附或过滤的方式。
本发明的有益效果：
1)本发明以平板丝为基底构建的生物膜可多次重复使用，利用率高。
2)本发明生物膜中的羟基磷灰石层增加了污水处理面积，并增多了后一层纳米颗粒的吸附位点，二氧化硅层增强了污水中杂质吸附和催化能力，使最终的处理效果显著提高。
3)本发明生物膜的制备过程环保、无污染，制作成本低，可满足不同类型污水处理要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
1)准备尺寸1m*1m平板，取5龄后期待吐丝家蚕定量放置于平板表面让其自由吐丝，获得厚度约0.1mm平面丝。
2)提取家蚕丝素蛋白溶液，调整其浓度为1％。
3)取步骤2)的丝素蛋白溶液50ml，分别加入cacl2(15mmol/l)和na2hpo4(10mmol/l),随后调整溶液ph为9.5，37℃反应24h，获得平面丝第一层处理矿化液(hap/sf复合溶液)。
4)取步骤2)的丝素蛋白溶液50ml，加入aptes50μl，剧烈搅拌数分钟后，置于4℃反应10-15min，逐滴加入teos200μl，4℃反应20min，转移至室温静置过夜，获得sio2/sf复合溶液，作为处理平面丝第二层矿化溶液。
5)将步骤1)平面丝裁剪成适当大小，浸泡于hap/sf矿化液中30min，取出后沥水晾干，重复上述步骤，浸泡处理3-5次。
6)将步骤5)处理后获得的平面丝浸泡于sio2/sf矿化液中30min，取出后沥水晾干，重复上述步骤，浸泡处理3-5次。
7)通过步骤5)和步骤6)的表面逐层处理后，最终将平面丝自然晾干，可获得多层结构的sio2/hap/sf平面丝，用作污水处理的生物膜，对水中重金属离子进行有效吸附。取普通饮用水50ml，在水中加入一定质量的氯化铅(pbcl2，50-100mg)、氯化镉(cdcl2，50-100mg)，超声分散均匀以模拟重金属污染水体系。取定量所制备生物膜(20mg)，放入模拟污水体系中，振荡反应24h，取出生物膜，用电感耦合等离子质谱测定处理后水溶液中重金属元素含量，利用差值公式计算生物膜的重金属吸附能力。对铅离子和镉离子的吸附结果如表1和表2所示，可得复合生物膜对铅离子的吸附清除能力达到94.5％，对镉离子的吸附能力为87％，远高于未处理的平面丝，具有优异的污水处理能力。
表1复合膜对污染水源中铅离子的吸附清除率表
表2复合膜对污染水源中镉离子的吸附清除率表
实施例2
1)准备尺寸1m*1m平板，取5龄后期待吐丝家蚕定量放置于平板表面让其自由吐丝，获得厚度约0.2mm平面丝。
2)提取家蚕丝胶蛋白溶液，调整其浓度为0.5％。
3)取步骤2)的丝胶蛋白溶液50ml，分别加入cacl2(20mmol/l)和na2hpo4(12mmol/l),随后调整溶液ph为9.5，37℃反应24h，获得平面丝第一层处理矿化液(hap/ss复合溶液)。
4)取步骤2)的丝胶蛋白溶液50ml，加入aptes50μl，剧烈搅拌数分钟后，置于4℃反应10-15min，逐滴加入teos200μl，4℃反应20min，转移至室温静置过夜，获得sio2/ss复合溶液，作为处理平面丝第二层矿化溶液。
5)将步骤1)平面丝裁剪成适当大小，浸泡于hap/ss矿化液中20min，取出后沥水晾干，重复上述步骤，浸泡处理3-5次。
6)将步骤5)处理后获得的平面丝浸泡于sio2/ss矿化液中30min，取出后沥水晾干，重复上述步骤，浸泡处理3-5次。
7)通过步骤5)和步骤6)的表面逐层处理后，最终将平面丝自然晾干，可获得多层结构的sio2/hap/ss平面丝，制备得到平面丝可对污水中的有机染料进行吸附。
实施例3
1)准备尺寸1m*1m平板，取5龄后期待吐丝家蚕定量放置于平板表面让其自由吐丝，获得厚度约0.1mm平面丝。
2)分别提取家蚕丝素蛋白和家蚕丝胶蛋白溶液，调整其浓度为1％和0.5％。
3)取步骤2)的丝素蛋白溶液50ml，分别加入cacl2(20mmol/l)和na2hpo4(12mmol/l),随后调整溶液ph为9.5，37℃反应24h，获得平面丝第一层处理矿化液(hap/sf复合溶液)。
4)取步骤2)的丝胶蛋白溶液50ml，加入aptes100μl，剧烈搅拌数分钟后，置于4℃反应10-15min，逐滴加入teos500μl，4℃反应20min，转移至室温静置过夜，获得sio2/ss复合溶液，作为处理平面丝第二层矿化溶液。
5)将步骤1)平面丝裁剪成适当大小，浸泡于hap/sf矿化液中20min，取出后沥水晾干，重复上述步骤，浸泡处理3-5次。
6)将步骤5)处理后获得的平面丝浸泡于sio2/ss矿化液中30min，取出后沥水晾干，重复上述步骤，浸泡处理3-5次。
7)将步骤6)获得的平面丝再依次浸泡于hap/sf矿化液和sio2/ss，重复多次后晾干。
8)通过步骤5)至步骤7)的表面多次处理，最终获得多层复式结构的平面丝，制备得到平面丝可对污水中的有机酚进行吸附。