[发明专利]一种利用蛋壳膜作为基体的重金属生物吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物吸附剂领域，涉及一种采用壳聚糖包埋蛋壳膜粉制备吸附重金属的生物吸附剂的方法。该生物吸附剂以禽蛋壳膜(蛋壳与蛋白间的纤维状薄膜)为主要原料，适于处理含浓度在100mg/L以下的镍、钴、镉、铜和铅等重金属的废水。

背景技术

由于重金属废水对自然环境危害大，国内外普遍十分重视此类废水的处理，研究出多种治理技术。通过对其治理，将有毒转化为无毒、将有害转化为无害，并且回收其中的贵重金属，将净化后的废水循环使用，消除和减少重金属的排放量。随着电镀、电子工业的快速发展和环保要求的日益提高，目前，此类行业已逐渐采用清洁生产工艺、总量控制和循环经济整合阶段，资源回收利用和闭路循环是重金属废水处理发展的主流方向。如何消除重金属的危害并有效地回收废水中的贵重金属是当今环境保护工作中面临的一个非常突出的问题。处理废水中重金属一般采用传统的物理化学方法，当水中的重金属浓度较低(100mg/L以下)时，不仅去除率低，而且存在工艺复杂、操作繁琐、运行费用高、产生二次污染等问题。

生物吸附技术作为新兴的去除废水中重金属的技术，具有原材料来源丰富、成本低、吸附设备简单、易操作、二次污染少等优点，愈来愈受到人们的关注。

禽蛋壳膜(蛋壳与蛋白间的纤维状薄膜)是以角蛋白为主、与粘多糖类相结合的复合蛋白质，其中含有N-乙酰氨基葡萄糖半乳糖、葡萄糖醛酸、透明质酸、硫酸软骨素(N-乙酰氨基葡萄糖半乳糖、葡萄糖醛酸、透明质酸、硫酸软骨素均为粘多糖类物质，是构成细胞的基础物质)、氨基酸等成分的可溶性高分子化合物。这些组成中可与金属相结合的主要官能基团有羧基、磷酰基、羟基、硫酸脂基、氨基和酰胺基等，它们有着吸附不同重金属的结合位点，并且对部分重金属有极强的吸附效果。被吸附的重金属可被其他离子、整合剂或酸解吸下来。

禽蛋壳历来被当作废物扔弃。初步估计，北京每月仅各食品厂、蛋品加工厂扔弃的鸡蛋壳就有上百吨，不及时处理，会严重污染环境。而它的利用潜力却很大。蛋壳膜生物吸附剂的原材料来源丰富，成本低，不仅吸附设备简单，易操作，而且具有速度高、吸附量大、选择性好等优点。在处理方面，用一般的化学方法就可以解吸吸附的重金属，并加以回收，且解吸后的吸附剂还可重复利用，消除重金属的危害并有效地回收废水中的贵重金属，可谓经济环保并重的绿色项目。

禽蛋壳膜作为生物吸附剂，其柔软易腐烂等缺点给吸附操作带来很大不便，因此将蛋壳膜进行化学改性和固定化等处理手段来提高蛋壳膜的机械性能和化学稳定性。包埋法是一种简单的细胞固定化方法，该方法操作简单，可以将细胞锁在特定的高分子网络结构中。这种结构紧密到足以防止细胞渗漏，可以允许底物渗透和产物扩散，对细胞活性影响较小，制作的固定化细胞的强度较高，是目前研究最广泛的方法。网孔状结构的壳聚糖凝胶具有机械强度高、理化性质稳定、流速稳定和吸附容量大的基本特征，可长期贮存，能用常规方法消毒。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种重金属生物吸附剂，所述重金属生物吸附剂包括有10～13重量份的蛋壳膜粉、20～30重量份的脱乙酰度86.9％的壳聚糖、以及微量杂质，该微量杂质为含钠、钾的配合物的凝胶物质，是制备过程中产生的。所述生物吸附剂的粒径为2～3mm。所述生物吸附剂能够对浓度在100mg/L以下的含有镍、钴、镉、铜和铅的重金属废水进行处理，吸附率达到42～98％，为低浓度(100mg/L以下)的重金属废水提供一种新型环保有效的水处理剂。

本发明的另一目的是提出一种利用壳聚糖包埋蛋壳膜粉制备吸附重金属的生物吸附剂的方法，该制备方法是对新鲜的蛋壳膜进行真空冷冻干燥、机械粉碎后与壳聚糖胶液进行包埋获得吸附重金属的生物吸附剂。

本发明制备吸附重金属的生物吸附剂的方法有下列制备步骤：

第一步：加工蛋壳膜粉

回收的禽蛋壳，初步清洗，然后浸泡在水中24h(亦可用2％稀盐酸浸泡2h)，分离壳、膜，收集膜；

将收集到的新鲜蛋壳膜在压力为1～20Pa、温度为-56～-40℃的环境中干燥24～48h后，采用机械粉碎方式制成粒径为40～80μm的干蛋壳膜粉，待用；

第二步：制备包埋处理液

每升去离子水中加入20g焦磷酸钠、40g草酸钾，搅拌均匀，制得包埋处理液；

第三步：制备壳聚糖胶液

每升浓度为1％的乙酸溶液中加入20～30g、80～200目、脱乙酰度86.9％的壳聚糖，搅拌均匀，制得壳聚糖胶液；

第四步：制备包埋体