同时制备用于重金属吸附的生物吸附剂和絮凝剂的方法及其产品的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种同时制备用于重金属吸附的生物吸附剂和絮凝剂的方法及其产品，属于环境工程领域。
【背景技术】
[0002]伴随工业化进程的大规模采矿，选矿，冶炼以及后续加工和利用过程，重金属污染越来越严重，其危害性也日益显现，因而寻求一条合理高效的治理途径十分迫切。重金属不同于有机污染物，多数有机污染物都能够通过自然界的物理、化学或生物学过程分解，使其毒性降低或消除。重金属则不能够被降解，反而具有富集性，其可在水体，底泥和生物体内积累，在食物链中浓缩，造成巨大的环境和生物危害性。主要的危害性重金属包括铅、镉、未、砷、络、铜、镲、锌等。
[0003]絮凝剂能够通过电中和、吸附、架桥、交联等作用，使水中胶体微粒和其他一些有机物质形成絮团而迅速沉降。高效廉价的絮凝剂是水处理中的关键物质。絮凝剂可以降低水体浊度和色度，同时其絮凝过程也可以去除水体中的重金属，有机物和一些其他污染物。基于絮凝剂化学性质可以分为两大类包括有机絮凝剂和无机絮凝剂。有机絮凝剂兼具用量小和高效的优点，但其价格较高，水体中残留絮凝剂难以全面清除，所以其潜在的化学毒性并不适用于饮用水处理。无机絮凝剂一般则可以分为铁盐系和铝盐系，铝盐以硫酸铝、氯化销为主，铁盐以硫酸铁、氣化铁为主。
[0004]本发明以铁氧化细菌为主体，基于其优异的铁氧化能力及生物模板作用，同时合成纳米线铁基重金属吸附材料和絮凝剂聚合硫酸铁铝，形成一种绿色、高效的合成工艺。其合成产物纳米级铁基重金属吸附剂具有吸附容量高，再生性好，制备条件简单，均一度高等优点，其生产的絮凝剂絮凝比重大，沉降速度快，适宜pH宽等优点。整个细菌合成工艺温和，无副产物，提高了产品性能，降低了成本，是一种环境有好的先进工艺。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对传统技术中的不足，提供一种同时制备用于重金属吸附的生物吸附剂和絮凝剂的方法及其产品。
[0006]本发明的目的是通过以下方式实现的:
[0007]一种用于重金属吸附的生物絮凝剂的制备方法，包括以下步骤:
[0008]在9K培养基中添加硫酸铝对氧化亚铁硫杆菌驯化，获得具有稳定铁氧化能力的氧化亚铁硫杆菌菌株；将菌株加入到硫酸亚铁和硫酸铝的溶液体系中合成，过滤收集沉淀，洗涤沉淀，干燥，得到生物吸附剂，滤液与聚合硅酸钠混合静置获得絮凝剂。
[0009]上述方法中随驯化过程逐渐提高硫酸铝浓度直至达到30g/L。
[0010]上述方法中驯化时初始pH 2.0-2.5，温度25_35°C，摇床转速100_250rpm。
[0011]上述方法中硫酸亚铁和硫酸铝的质量比例为15/1-15/30，细菌密度1.0-1.5 X 18个/mL，
[0012]上述合成过程中，初始pH 2.0-2.5，温度25-36 °C，转速150_250rpm，合成时间为3-5天。收集的沉淀用pH 1.5-2.5去离子水洗涤沉淀，自然风干，得到生物吸附剂。
[0013]上述滤液与2%聚合硅酸钠按体积比5/1-1/5复配。
[0014]上述方法中复配后使其混合均匀，调节pH值至1.2-1.8，搅拌10_20min，在50-650C水浴锅中反应100-150min，期间均匀振荡，静置得到棕红色絮凝剂。
[0015]聚合娃酸钠的制备过程:称取娃酸钠，使得二氧化娃S12浓度为1.5-2.5%，初始pH为12.5-13.0，然后边搅拌边向溶液中缓慢滴加5-10%硫酸，调节聚合硅酸钠pH至2.0-2.5，在 25-35°C环境下静置 60_120min。
[0016]一种用于重金属吸附的生物吸附剂，是由上述的方法制备而成的。
[0017]一种用于重金属吸附的生物絮凝剂，是由上所述的方法制备而成的。
[0018]本发明的优势如下:
[0019]本发明提供了一种能够同时制备用于重金属吸附的生物吸附剂和絮凝剂的方法，而且得到的纳米级铁基重金属吸附材料形貌，尺寸，结构具有高度均一性，具有较大的比表面积，重金属吸附能力强，还具有优异的可再生性。同时其生产过程中的副产物聚合硫酸铁通过与活性聚硅酸改性可获得一种优良的聚硅硫酸铝铁絮凝剂。整个合成过程绿色，环保，工艺简单，原料可实现全利用，极大地降低了生产成本。
【附图说明】
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[0020]图1为本发明中合成的纳米级铁基重金属吸附材料SM图；
[0021]图2本发明中合成的纳米级铁基重金属吸附材料??Μ图；
[0022]图3为本发明中合成的纳米级铁基重金属吸附材料EDS图；
[0023]图4为本发明中合成的聚硅硫酸铁铝絮凝剂；
[0024]图5为本发明中合成的纳米级铁基重金属吸附材料对250mg/L铬和铜的循环吸附性能；
[0025]图6为本发明中合成的纳米级铁基重金属吸附材料在不同阴离子和不同浓度下对250mg/L Cu(II)的吸附动力学模型。
【具体实施方式】
[0026]以下实施例或实施方式旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的限定。
[0027]实施例1:
[0028](I)高浓度铝离子对氧化亚铁硫杆菌的的驯化:在200mL 9K培养基中加入Al2(SO4)3.18H20，其浓度从初始7.5g依次增加到15g、22.5g、30g，在30g浓度传代3次，初始pH2.0，温度30 °C，摇床转速180rpm，最终获得在高浓度铝离子存在情况下具有稳定亚铁氧化能力的氧化亚铁硫杆菌菌株；
[0029](2)氧化亚铁硫杆菌扩大培养:将步骤(I)驯化得到的氧化亚铁硫杆菌，通过500摇瓶在添加有30g Al2(SO4)3.18H20的9K培养基中扩大培养，在其增殖进入代数生长末期(约5天)时通过0.45um滤纸过滤，去除沉淀，获得滤液，高速冷冻离心机12，000离心收集菌体。
[0030](3)将步骤⑵收集的菌体，加入到FeSO4.7H20与Al2 (SO4) 3.18H20比例为15g:30g的200mL纯水溶液体系中，使其菌体密度达到1.5X 108/mL，合成体系初始pH为2.5，温度30°C，转速180rpm，合成时间为4天，过滤收集沉淀，并用pH 1.5-2.5去离子水洗涤沉淀，自然风干，对获得的聚合硫酸铁铝滤液保存备用；
[0031](4)将0.05g步骤(3)获得的纳米级铁基重金属吸附材料加入到20mL l-500mg/L的 Cu(II)，Zn (II)，Cd (II)，Pb (II)，As (III)及 Cr(VI)的废液中进行吸附，吸附温度 30°C，初始PH是3-8，转速是180rpm，吸附时间是180min，处理后的废液和吸附剂通过3000rpm离心分呙；
[0032](5)将步骤(4)用3-5mL pH 2-3的纯水进行循环洗涤20_30min，对其吸附的重金属离子进行洗脱，使其获得再生，循