一種處理亞甲基藍染料廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種處理亞甲基藍染料廢水的方法，先將硅藻土與鈣質(zhì)原料、堿激發(fā)劑、水混勻，壓制成型后放入高壓水熱反應釜中，100～200℃反應1～48h，得到含C-S-H、托勃莫來石、方沸石的硅藻土基多孔吸附劑；然后將其放入盛有液體培養(yǎng)基的錐形瓶，加入5%～20%質(zhì)量百分比的酵母粉，調(diào)節(jié)pH為5～8，在速度60rpm～120rpm的往復搖床上，以15～35℃的恒溫條件培養(yǎng)2h～48h即得到負載酵母的硅藻土基多孔吸附劑；最后在每升濃度為100～1000mg/L的亞甲基藍染料廢水中加入負載酵母的多孔吸附劑1～10g，在pH=4～10，速度為60rpm～120rpm的往復搖床上，在25～45℃處理1h～48h，通過分光光度計法測量處理后亞甲基藍廢水的濃度，結果表明，亞甲基藍染料的去除率超過90%。本發(fā)明工藝簡單、成本低廉、無二次污染，適宜于亞甲基藍染料廢水的工業(yè)化處理。
【專利說明】一種處理亞甲基藍染料廢水的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種處理亞甲基藍染料廢水的方法，具體是在水熱固化的硅藻土基多孔吸附劑上負載酵 母處理亞甲基藍染料廢水，屬于染料廢水處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著染料與印染工業(yè)的不斷發(fā)展，有機染料廢水已經(jīng)成為主要的水體污染源之一。染料廢水成分復雜，有機物含量大，且大多數(shù)是以苯、萘、蒽、醌等芳香基團為母體的形式存在，具有色度深、毒性強、難降解等特點，對水環(huán)境構成了日益嚴重的威脅。同時，當含有染料的廢水進入自然界水域中時由于染料的色度深，因此很少的含量也會產(chǎn)生非常顯著的顏色，導致水體色澤污染，不但會對人類或動物的視覺系統(tǒng)造成沖擊，而且會降低陽光到達水中或水底的強度，影響水體中綠色植物的光合作用，最終導致水體生態(tài)系統(tǒng)惡化，造成生物大量死亡。因此染料廢水的綜合治理已經(jīng)成為當前亟待解決的問題之一。
[0003]亞甲基藍(MB)是一種硫氮雜苯染料，廣泛用于棉花，木頭及絲綢著色，是最為常見的染料，但它很難被一些常規(guī)的方法所降解，易引起嚴重的環(huán)境污染問題。目前有機染料廢水包括亞甲基藍染料廢水的處理主要有氧化法、光催化法、混凝法、膜分離法及吸附法等。以上處理方法中，氧化技術成本高，常用氧化劑存在氧化能力差、存在選擇性氧化等特點；光催化法最大的不足是需要光源照射體系、在應用中受到光源和天氣影響?；炷ǖ倪\行費用較高，處理泥渣量大且處理困難。膜分離法在染料處理中去除率高，工藝簡單，但是目前膜的生產(chǎn)成本非常高，操作壓力大，很難進行大規(guī)模的工業(yè)化應用。吸附法所需吸附劑用量大，部分吸附劑如活性炭的成本很高，很難進行大規(guī)模的污水處理。因此，開發(fā)一種簡單而且高效處理亞甲基藍染料廢水的方法具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種無需光照、無二次污染、常溫下可達到吸附、降解、除去亞甲基藍廢水污染的方法，具體是利用水熱技術固化硅藻土基吸附材料并負載酵母處理染料污水的方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明觀察發(fā)現(xiàn)，自然界水田中土壤的多孔結構中存在數(shù)量眾多的土壤微生物和土壤酶，它們有助于污染物的吸附與降解，對于水田中的田間水有著優(yōu)越的凈化功能，這種水田土壤對水的自凈化功能實際上是一種礦物和微生物相互作用，是無機界與有機界相互交叉滲透的結果。但這種土壤作為水凈化劑在實際應用中仍存在很大的局限性，并且土壤的自凈化能力也遠不如某些無機礦物材料，例如硅藻土、沸石、海泡石等。但在環(huán)境工程中，它們吸附污染物后難以與凈化水分離，使得體系的吸附劑和污水一起轉(zhuǎn)化為污泥，使得污泥產(chǎn)生量大大增加。很明顯，將這些礦物材料造粒成為具有一定性質(zhì)的材料是解決泥化問題的方法之一。因此，我們使用具有自凈化性能的礦物材料為原料，制備成具有優(yōu)越自凈化性能的多孔吸附材料顆粒載體，并在該吸附劑的多孔結構中引入具有特殊功能的酶等，使得這種生物親和的環(huán)境材料作為多孔微生物載體在污水處理方面發(fā)揮重要作用。
[0006]水熱固化/合成技術是一種低溫合成技術，在合成過程中可以盡可能的保留原料無機礦物的原有結構，同時合成如C-S-H凝膠、托勃莫來石、方沸石等新礦物相，這些礦物相不僅能夠提高了吸附載體的強度，也可以提高載體的多孔性能，有利于引入固定微生物，提聞污水處理效率。
[0007]本發(fā)明的技術方案為:首先利用水熱技術將硅藻土原料固化為可處理亞甲基藍染料廢水的高強度多孔吸附載體，然后經(jīng)過培養(yǎng)和固定化技術將酵母負載到吸附載體上，從而提高處理亞甲基藍染料廢水的效率。具體工藝如下:
[0008]第一步，高強度硅藻土基多孔吸附劑的制備
[0009]先將市售的硅藻土原土研磨，過80目篩并烘干；接著，將鈣質(zhì)原料、堿激發(fā)劑、水加入烘干的硅藻土中，混合均勻，在5~40MPa的壓力下壓制成型，得到成型后的樣品；最后，將成型后的樣品放入高壓水熱反應釜中，控制反應溫度為100~200°C，反應時間I~48h，得到具有較高力學強度(簡稱高強度)硅藻土基多孔吸附劑；經(jīng)檢測，制得的高強度硅藻土基多孔吸附劑具有良好的抗水力剪切效果，其成分為反應后保留的硅藻土，以及水熱反應合成的水化娃酸鈣凝膠(C-S-H)、托勃莫來石(Tobermorite)、方沸石(AM)中的一種或按任意比例組成的2種或3種。
[0010]上述鈣質(zhì)原料、堿激發(fā)劑、水的加入質(zhì)量分別為硅藻土質(zhì)量的10~50%，5~20%，5~50%質(zhì)量百分比；
[0011]上述鈣質(zhì)原料選自消石灰、石灰石、生石灰、白云石、鈣長石中的一種或按任意比例組成的2-5種:
[0012]上述堿激發(fā)劑選自氫氧化鈉、偏鋁酸鈉、硅酸鈉、偏硅酸鈉、粉煤灰中的一種或按任意比例組成的2-5種:
[0013]第二步，硅藻土基多孔吸附劑負載酵母的制備
[0014]將第一步得到的高強度硅藻土基多孔吸附劑放入盛有液體培養(yǎng)基的錐形瓶，加入酵母粉，酵母粉的加入量為高強度硅藻土基多孔吸附劑質(zhì)量的5%~20%質(zhì)量百分比，調(diào)節(jié)pH值為5~8,在速度60rpm~120rpm的往復搖床上，15~35°C的恒溫條件培養(yǎng)2h~48h,即得到負載酵母的硅藻土基多孔吸附劑；
[0015]所用的酵母粉為市售面包啤酒酵母粉，或市售用于處理染料廢水的酵母粉；
[0016]第三步，亞甲基藍染料廢水處理
[0017]在每升濃度為100~1000mg/L的亞甲基藍染料廢水中加入第二步的負載酵母的娃藻土基多孔吸附劑I~IOg,將pH調(diào)節(jié)到4~10,并在速度為60rpm~120rpm的往復搖床上，25~45°C下處理Ih~48h，通過分光光度計法測量處理后亞甲基藍廢水的濃度，結果表明，亞甲基藍染料的去除率超過90%，單位吸附量超過80m`g/g。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著的優(yōu)點和效果:
[0019]1.由于本發(fā)明用水熱反應制得的高強度硅藻土基多孔吸附劑，與傳統(tǒng)燒結成型工藝相比，既能保留硅藻土原料本身固有的微孔結構，又能控制孔隙率、孔徑大小、孔徑分布以及比表面積，因此得到的高強度硅藻土基多孔吸附劑比原料硅藻土對亞甲基藍染料的吸附、分解和降解等效果更佳。
[0020]2.本發(fā)明水熱合成的高強度硅藻土基多孔吸附劑在保留硅藻土良好吸附性的基礎上，又生成了比表面積得到一定程度提升的水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)、托勃莫來石(Tobermorite)、方沸石(ANA),說明吸附劑強度增加的同時,吸附性能也得到了提升,而且陽離子交換量也得到了明顯提升，亞甲基藍染料分子為陽離子型染料，因此，高強度硅藻土基多孔吸附劑對亞甲基藍吸附有著不僅有利于染料分子的吸附處理，也有利于微生物(酵母)的負載的天然優(yōu)勢。
[0021]3.本發(fā)明的高強度硅藻土基多孔吸附劑制備方法簡單、節(jié)約能源，有很好的力學強度，在處理污水后不會生成污泥而造成二次污染，可重復使用多次。
[0022]4.本發(fā)明的高強度硅藻土基多孔吸附劑通過負載酵母后，結合酵母細胞的吸附和降解作用，大大提高了對染料污水的處理效果，該負載酵母的硅藻土基固體吸附劑的制備方法具有操作簡單、無需復雜步驟、易大量生產(chǎn)、成本低廉的特點，因而適宜于對亞甲基藍染料廢水處理進行大規(guī)模工業(yè)化應用。
[0023]5.本發(fā)明的亞甲基藍染料的去除操作簡單，能夠在常溫常壓下、無需復雜步驟、無二次污染產(chǎn)生、運行費用低，亞甲基藍染料去除率超過90%,有很高的實際應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的原料硅藻土的掃描電鏡照片
[0025]圖2為本發(fā)明的水熱合成的C-S-H硅藻土基多孔吸附劑與反應后保留的硅藻土的XRD圖
[0026]圖3為本發(fā)明的水熱合成的托勃莫來石硅藻土基多孔吸附劑與反應后保留的硅藻土的XRD圖`
[0027]圖4為本發(fā)明的水熱合成的方沸石硅藻土基多孔吸附劑與反應后保留的硅藻土的XRD圖
[0028]圖5為實施例1的水熱合成的C-S-H為薄板板狀結構的掃描電鏡圖
[0029]圖6為實施例2的水熱合成的托勃莫來為石針狀結構的掃描電鏡圖
[0030]圖7為實施例3的水熱合成的方沸石為圓球狀結構的掃描電鏡圖
[0031]圖8為原料硅藻土及水熱合成的不同硅藻土基多孔吸附劑的孔徑分布圖
[0032]圖9為水熱合成的C-S-H負載酵母與未負載酵母對亞甲基藍吸附效果比較
[0033]圖10為水熱合成的托勃莫來石負載酵母與未負載酵母對亞甲基藍吸附效果比較
[0034]圖11為水熱合成的方沸石負載酵母與未負載酵母對亞甲基藍的吸附效果比較
【具體實施方式】
[0035]實施例1
[0036]第一步，將3g烘干、過80目篩的硅藻土、Ig市售工業(yè)級氫氧化鈣、Iml去離子水混合均勻，將混合物用天津市思創(chuàng)精實科技發(fā)展有限公司W(wǎng)270XD200XH450規(guī)格的壓片機，以20MPa壓制成型，脫模，得到成型后的樣品。將樣品放入高壓水熱釜中，控制反應溫度為200°C，反應時間為24h，水熱反應后得到的樣品用X射線衍射分析方法檢測如圖2所示:圖2中(I)為硅藻土原料的XRD圖，(2)為水熱合成后的C-S-H的XRD圖，從圖中可以看出，娃藻土原料的主要成分為石英(Quartz)和蒙脫石(Montomorillonite),經(jīng)過水熱合成后，得到的硅藻土基多孔吸附劑的成分在保留了原硅藻土(石英)的基礎上，又生成了優(yōu)化礦物C-S-H。掃描電鏡看到的C-S-H的結構如圖5所示，C-S-H為薄板板狀結構。檢測該硅藻土基多孔吸附劑C-S-H的抗折強度為18.5Mpa，比表面積為43.08m2/g，請看后面所列的表1和表2。表1為硅藻土及水熱合成的不同的硅藻土基多孔吸附劑的比表面積，表2為硅藻土及水熱合成的不同的硅藻土基多孔吸附劑的陽離子交換量。
[0037]表1
【權利要求】
1.一種處理亞甲基藍染料廢水的方法，其特征在于: 第一步，高強度硅藻土基多孔吸附劑的制備 先將市售的硅藻土研磨，過80目篩并烘干；接著，將鈣質(zhì)原料、堿激發(fā)劑、水加入烘干的硅藻土中，混合均勻，在5~40MPa的壓力下壓制成型，得到成型后的樣品；最后，將成型后的樣品放入高壓水熱反應釜中，控制溫度為100~200°C，反應時間I~48h，得到高強度硅藻土基多孔吸附劑；經(jīng)檢測，制得的高強度硅藻土基多孔吸附劑具有良好的抗水力剪切效果，其成分為反應后保留的硅藻土，以及水熱反應合成的水化硅酸鈣凝膠、托勃莫來石、方沸石中的一種或按任意比例組成的2種或3種； 上述鈣質(zhì)原料、堿激發(fā)劑、水的加入質(zhì)量分別為硅藻土質(zhì)量的10~50%，5~20%，5~50%質(zhì)量百分比； 上述鈣質(zhì)原料選自消石灰、石灰石、生石灰、白云石、鈣長石中的一種或按任意比例組成的2-5種； 上述堿激發(fā)劑選自氫氧化鈉、偏鋁酸鈉、硅酸鈉、偏硅酸鈉、粉煤灰中的一種或按任意比例組成的2-5種； 第二步，硅藻土基多孔吸附劑負載酵母的制備 將第一步得到的高強度硅藻土基多孔吸附劑放入盛有液體培養(yǎng)基的錐形瓶，加入酵母粉，酵母粉的加入量為高強度硅藻土基多孔吸附劑質(zhì)量的5%~20%質(zhì)量百分比，調(diào)節(jié)pH值為5~8,在速度60rpm~120rpm的往復搖床上，15~35°C的恒溫條件培養(yǎng)2h~48h,即得到負載酵母的硅藻土 基多孔吸附劑； 所用的酵母粉為市售面包啤酒酵母粉，或市售用于處理染料廢水的酵母粉； 第三步，亞甲基藍染料廢水處理 在每升濃度為100~1000mg/L的亞甲基藍染料廢水中加入第二步的負載酵母的硅藻土基多孔吸附劑I~IOg,將pH調(diào)節(jié)到4~10,并在速度為60rpm~120rpm的往復搖床上，25~45°C下處理Ih~48h，通過分光光度計法測量處理后亞甲基藍廢水的濃度，結果表明，亞甲基藍染料的去除率超過90%，單位吸附量超過80mg/g。
【文檔編號】B01J20/28GK103693758SQ201310733073
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權日:2013年12月26日
【發(fā)明者】景鎮(zhèn)子, 章毅, 吳科, 濮溧, 范忻蔚 申請人:同濟大學