专利名称：一种铅离子菌糠吸附剂的制备方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明属于资源环境技术领域，针对食用菌生产过程中的菌糠废料，通过预处理制成吸附剂，用于低浓度重金属污染废水的生物吸附治理技术，本发明在有效减少食用菌菌糠自身对环境污染的同时将其应用于水环境污染的治理，实现了农业废弃物的资源化。
背景技术：
菌糠是指食用菌栽培采收后废弃的固体培养基质，由食用菌菌丝残体及经食用菌酶解、结构发生改变的粗纤维等成分的复合物。我国菌糠年产量约80-100万t，由于其含有丰富的蛋白质及其它营养成份，在农业生产上具有一定的利用价值。目前，除少量菌糠被用作畜禽饲料外，大部分随意丢弃或堆放，给食用菌生产及环境带来极大的隐患。
重金属作为矿产资源开发、金属冶炼和金属加工活动的主要污染物，随着我国经济发展以及开发规模的不断扩大日益严重，已引起公众高度关注。重金属一旦进入环境后不能被生物降解，而往往是参与食物链循环并最终在生物体内积累，破坏生物体正常生理代谢活动，危害人体健康。因此，如何有效地处理重金属废水、回收贵重金属已成为当今环保领域中的一个突出问题。治理重金属污染废水的方法包括离子交换、膜分离法和化学处理法等各种治理方法，这些方法适用于重金属离子含量高于100mg/L的废水。生物吸附法(biosorption)是利用某些生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离来去除水溶液中金属离子的方法。它是一种较为新颖的处理含重金属废水的方法，因具有高效、廉价的潜在优势逐渐引起了人们的研究兴趣。这种新型方法，适宜处理大体积低浓度重金属废水，甚至降低到PPb级水平。食用菌菌糠主要由菌丝体、多种代谢产物及纤维素、半纤维素和木质素等成分组成。以菌糠作为生物吸附剂，主要是利用菌糠比表面积大和表面阴离子官能团较多等优点，而且菌糠来源广泛、生产成本较低、制备过程简单、吸附效率高，非常适用于作为生物吸附剂除去废水中的重金属阳离子。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、操作简单、适用范围广和吸附效率高的菌糠吸附剂用于去除低浓度重金属污染废水中铅离子的生物治理方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
用于去除低浓度重金属污染水体铅离子的吸附剂的制备方法将无杂菌污染的菌糠放入恒温干燥培养箱中，60-80°C烘干12 h至恒重，用粉碎机充分粉碎后过20目筛。将筛好的菌糠经121°C加压蒸汽灭菌后，按1:1比例与海藻酸钠混匀后制成2. 5%海藻酸钠溶液，然后将该溶液滴加到4°C预冷的4%氯化钙溶液中钙化30min，过滤收集钙化后的微球(直径约为3mm)，空气干燥后既得菌糠吸附剂见附图I。菌糠吸附剂处理低浓度重金属污染水体中Pb2+的方法为
称取5-50g菌糠吸附剂投加到IOOOmLPb 2+浓度为20_300mg/L的污水中，在pH3_7、5-30°C、搅拌速度为50-150rpm，经30-90分钟的吸附后，水体中90%以上的Pb2+中可以被吸附(结果见附图2)。吸附率和吸附容量的测定采用原子吸收光谱仪，吸附率(％)按下式计
算R= (ρ0-ρ) /ρ0Χ 100%
剩余铅含量按下式计算 q =ρ X V
式中，R为吸附率(%) ; P ο(mg/L)为铅离子初始浓度；P (mg/L)为吸附平衡时溶液中铅离子浓度；q(mg -L-1)为剩余铅含量；V为污水体积(L)。实验重复3次，每次都用无吸附剂的污水在同样条件下实验作为对照，从而排除背景吸附而造成的误差。本发明的优点与积极效果
I.本发明以农业生产废弃培养基质菌糠制备重金属阳离子吸附剂，原料来源丰富，生产工艺简单，成本低廉，并且合理利用了农业废弃物，消除了污染源。 2.本发明制备的菌糠吸附剂，主要利用木屑和菌丝体成分中纤维素、半纤维素和木质素及菌丝体蛋白表面的阴离子基团对污水中的金属阳离子的吸附作用，因此本吸附剂适用范围较广，可去除多种水体中低浓度重金属阳离子的污染(Pb2+、Zn2+、Cu2+);本发明适用性广还表现在处理水体的温度和pH范围较广，分别为5-30°C和3-7。3.本发明还具有吸附效率高、稳定性好、可再生等优点。具体表现为对于各种金属阳离子及处理条件下的吸附效率均可达到60%以上；本发明平菇菌糠吸附剂即便是达到吸附饱和后，在水体中存留7天以上也极少发生解吸附作用。
附图I-A菌糠粉末扫面电镜照片
附图I-B菌糠吸附剂颗粒
附图2不同处理条件下吸附率及剩余铅含量变化
附图3平菇菌糠吸附铅前后红外光谱变化(A为吸附前，B为吸附后)
附图4香菇菌糠吸附铅前后红外光谱变化(A为吸附前，B为吸附后)
附图5金针菇菌糠吸附铅前后红外光谱变化(A为吸附前，B为吸附后)
附图6黑木耳菌糠吸附铅前后红外光谱变化(A为吸附前，B为吸附后)
附图7平菇菌糠吸附铜前后红外光谱变化(A为吸附前，B为吸附后)
附图8平菇菌糠吸附锌前后红外光谱变化(A为吸附前，B为吸附后)
下面通过实施实例进一步说明本发明，本发明不仅限于所述实施实例。
具体实施例方式实施例一
本例采用平菇菌糠作为生物吸附剂，在PH为5、温度为30°C、搅拌速度为150rpm、时间为30min，铅离子(Pb2+)浓度为50mg/L，向每升废水中投加入IOg菌糠粉末，可去除93%的铅离子，吸附前后菌糠红外光谱图见附图3。实施例二
本例采用香菇菌糠作为生物吸附剂，在PH为5、温度为20°C、搅拌速度为150rpm、时间为2 h、铅离子(Pb2+)浓度为50mg/L，向每升废水中投加入30g菌糠粉末，可去除82%的铅离子，吸附前后菌糠红外光谱图见附图4。实施例三
本例采用金针菇菌糠作为生物吸附剂，在PH为5、温度为15°C、搅拌速度为120rpm、时间为I h、铅离子(Pb2+)浓度为100mg/L，向每升废水中投加入5g菌糠粉末，可去除80%的铅离子，吸附前后菌糠红外光谱图见附图5。实施例四
本例采用黑木耳菌糠作为生物吸附剂，在pH为5、温度为25°C、搅拌速度为180rpm、时间为3 h、铅离子(Pb2+)浓度为50mg/L，向每升废水中投加入5g菌糠粉末，可去除89%的铅离子，吸附前后菌糠红外光谱图见附图6。 实施例五
本例采用平菇菌糠作为生物吸附剂，在PH为5、温度为30°C、搅拌速度为150rpm、时间为lh、铜离子(Cu2+)浓度为10mg/L，向每升废水中投加入IOg菌糠粉末，可去除75%的铜离子，吸附前后菌糠红外光谱图见附图7。实施例六
本例采用平菇菌糠作为生物吸附剂，在PH为5、温度为30°C、搅拌速度为150rpm、时间为2 h、锌离子(Zn2+)浓度为10mg/L，向每升废水中投加入5g菌糠粉末，可去除68%的锌离子，吸附前后菌糠红外光谱图见附图8。
权利要求
1.该项发明是一种铅离子菌糠吸附剂的制备方法及应用，其特征在于将菌糠废料制成吸附剂并应用于去除污染水体中低浓度的铅离子。
2.根据权利要求I所述的低浓度重金属阳离子污染水体的生物治理方法，其特征在于所用生物治理材料为食用菌栽培后的废弃固体培养基质。
3.根据权利要求I所述的低浓度重金属阳离子污染水体的生物治理方法，其特征在于去除水体污染物的食用菌菌糠只需要经过干燥、粉碎、高压灭菌及2. 5%海藻酸钠包埋成固体颗粒即可用于污染水体的治理。
4.根据权利要求I所述的水体污染的生物治理技术，其特征在于所述的低浓度重金属污染水体中的铅离子浓度为20-300mg/L。
5.根据权利要求I所述的低浓度重金属离子污染水体的生物治理方法，其特征在于所述的菌糠吸附剂的处理时间为30-60 min。
6.根据权利要求I所述的低浓度重金属离子污染水体的生物治理方法，其特征在于所述的污染水体中菌糠吸附剂的投加量为5-50g/L。
7.根据权利要求I所述的低浓度重金属离子污染水体的生物治理方法，其特征在于所述的吸附温度为5-30°C。
8.根据权利要求I所述的低浓度重金属离子污染水体的生物治理方法，其特征在于所述的菌糠吸附剂在吸附时的搅拌速度为50-200rpm。
9.根据权利要求I所述的低浓度重金属离子污染水体的生物治理方法，其特征在于所述的污染水体的pH为3-7。
全文摘要
本发明属环境技术领域，具体涉及一种铅离子菌糠吸附剂的制备方法及应用。吸附剂的制备是将干燥、粉碎、高压蒸汽灭菌的菌糠，用2.5%海藻酸钠包埋成2×5mm柱状颗粒，用于废水中铅离子的治理。菌糠中含有大量菌丝体及纤维素、半纤维素和木质素等成分，另外菌糠具有较大的比表面积和较多的阴离子官能团，易于物理吸附废水中重金属阳离子，用该吸附剂处理含50mg/L铅离子的废水去除率为80%以上；处理10mg/L含铜离子废水去除率70%以上；处理10mg/L含锌废水去除率可达60%以上。本发明优势是将农业废弃物资源化，在减少对环境污染的同时，又将其应用于污水处理，具有成本低、操作简单、适用范围广和吸附效率高等优点，可广泛应用于电镀、印染、制革、冶金等工业废水的治理。
文档编号B01J20/30GK102941068SQ201210531660
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者曲娟娟, 金羽, 谷俊涛, 胡晓婧, 藏婷婷 申请人:东北农业大学