[发明专利]一种生物复合膜材料及其制备和应用方法

说明书

技术领域

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氟离子生物复合材料及其制备和应用方法。适用于工业废水的深度净化，以及饮用水、地下水、湖泊、河流等水体中氟离子的脱除。

背景技术

世界上高氟水分布十分广泛，遍布五大洲的50多个国家都曾报道过地方性饮水型氟中毒的发生。在我国，大多数省市自治区都存在不同程度的地方性氟中毒，全国饮用水型地方氟病分布面积约220万km²，我国7000多万人饮用高氟水，导致不同程度的氟中毒，其中氟斑牙患者达4000余万，氟骨症患者达260余万。

目前，脱除水体中氟离子的方法主要有化学沉淀法、混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、离子交换法等。膜分离和离子交换法操作复杂，运行及维护成本高，存在二次污染风险；化学沉淀法处理后残余氟浓度高(15‐20mg/L)，难以达到排放标准，且易造成水中钙及碱度升高，产生的污泥量大，脱水困难等；混凝沉淀法受搅拌条件、沉降时间等操作因素及水中其他阴离子浓度的影响较大，出水水质不够稳定。吸附法具有吸附剂来源广、可塑性强，操作简单，运行成本低等优势，越来越引起人们的重视。但是目前常用的吸附剂仍存在吸附容量低、制备工艺复杂，成本较高，二次污染等问题，如目前应用广泛的活性氧化铝，吸附容量低，一般为0.8～2.0mg/g，且铝离子易于溶出。近几年，研发的除氟纳米材料具有较高的比表面积和反应活性，对氟离子的吸附容量大，但是制备成本高，且难以回收，如果纳米材料进入水体，还可能引发环境和健康风险。因此，开发成本低、除氟效率高、环境友好、操作简便的除氟功能材料对于有效脱除水体中氟离子意义重大。

发明内容

本发明的目的在于，针对解决现在的除氟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，提供一种可去除水体中氟离子的生物复合膜材料及其制备和应用方法，该材料制备过程简单、成本低廉、对氟离子的去除效果好，吸附容量大，吸附速率快，使用操作简单方便。

本发明的目的是通过以下方式实现的。

一种生物复合膜材料的制备方法，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铝盐溶液中，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。本发明的生物复合膜材料膜厚度为0.1-3mm。

所述的丝状真菌菌体包括黑曲霉，所述的铝盐为硫酸铝、硝酸铝或氯化铝。浓度为8-10gL^-1的丝状真菌菌液体积与铝盐溶液中含铝质量之比为1:2～1:15L/g；铝盐溶液的浓度0.1～0.5M。

丝状真菌菌液的培养过程如下：

配制察氏液体培养基，称量30g蔗糖、3g硝酸钠、1g磷酸氢二钾、0.5g七水硫酸镁、0.5g氯化钾和0.01g的硫酸亚铁，溶解于300mL去离子水中，然后，用去离子水定容至1升，经过121℃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10⁶-10⁷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℃，培养时间为2-5天。

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。

所述的生物复合膜材料的制备方法中：

用0.1M氢氧化钠溶液逐滴加入调节pH为5～9，反应72小时，然后40～60℃加热反应0.5～4小时，重力过滤10-25min，用去离子水超声清洗5～10min，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℃，进行真空冷冻干燥6-10小时，再放入50℃真空干燥箱中2小时，即得生物复合膜材料。

一种生物复合膜材料，是由上述的方法制备而成。

所述的生物复合膜材料应用于去除水体中氟离子。应用时水体初始pH值为2.0-12.0，氟离子的初始浓度为3.0-200mg/L。所述的生物复合膜材料特别是能处理25mg/L以下的低含氟水。

本发明的有益效果：