高新复合污水处理剂及其制备技术和应用与流程

高新复合污水处理剂及其制备技术和应用与流程

本发明涉及污水处理技术领域,具体涉及一种复合污水处理剂及其制备方法和应用。

背景技术:

目前,水资源缺乏已经成为困扰人类发展的重大问题之一。水污染问题是一个遍及全世界的环境问题,无论是在发展中国家还是发达国家,这个问题己越来越引起人们的重视。有效地治理废水和修复受污染的水体并使其成为可重复利用资源,在经济处于高速发展而人均淡水资源又十分紧缺的中国变得日益迫切和重要。

生活污水及工业污水中一般含有大量的悬浮物、重金属离子、含n污染物、含s污染物、含p污染物、持久性有机污染物、酚类化合物、硝基化合物、内分泌干扰素、藻毒素、致病微生物及染料等。目前污水一般都是直接或经污水处理厂处理后全部外排。这种做法不仅仅使大量的污水排入自然体系,增大了环境污染,而且所涉及的水资源均为一次资源,无法提高使用效率。采用常规的污水净化处理方法或运行成本昂贵,或很难达到目标水质,无法真正变废为宝。若有针对性地采用合理的处理工艺,则可以实现重复利用,同时解决环境和节水两方面的问题。化工工艺污水或生活污水处理,首先是经过污水处理厂,采用常规的生化、分离、结合的″老三套″方法处理,设计使处理后的水质指标达到污水外排指标。

由于废水成分的多样性,往往需要通过几种方法组成的处理系统才能达到所需的排放标准。污水处理按采用的方法手段分类,可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法。物理法一般仅能除去常规悬浮物,以及污水中易于被吸附的物质,而对于溶解在污水中的化学污染物,以及微生物污染物无能为力。生物法是利用废水中的微生物的代谢作用分解水中可降解的有机物的一种方法,因为具有处理量大,投资省,经济可靠的特点,但在现有的处理污水过程中往往需要引清水进行稀释、人工曝气等工程措施;然而这些方法和措施中有些耗水、耗电量大,有些效果不佳等存在着各自的缺点。现有技术中使用最广泛的是化学法和物理化学法,其可以去除污水中大部分的悬浮物、油及生化有机污染物,但是一般所用工艺均需要使用大量的催化剂、氧化剂或消毒剂等,在经济、操作或者可靠性方面存在很多弊端。因此,面临当前的水污染问题,急需一种经济实用、稳定可靠、简便的污水处理方法。

技术实现要素:

本发明的目的在于提出一种复合污水处理剂及其制备方法和应用,具有制备方法简单,原料来源广,并制得的复合材料为将二硫代氨基甲酸壳聚糖包裹在磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球内,不仅对大部分重金属具有极好的吸附、沉淀、固定的作用,而且,二氧化钛壁材还具有极好的光催化活性,能够有效去除污水中大量的内分泌干扰素、藻毒素、致病微生物等,净化污水,另一方面,球表面固定的微生物还能够有效降解污水中的有机污染物,快速有效净化污水,同时,该复合污水处理剂还具有铁磁性,在完成污水处理作业后,还可以通过磁铁进行去除,更加安全、环保。

本发明的技术方案是这样实现的:

本发明提供一种复合污水处理剂的制备方法,包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将壳聚糖溶于醋酸溶液中,加入碱,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加cs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕,升温至45-65℃搅拌反应,反应完成后,加入乙醇,过滤,干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将钛酸四烷基酯和偶联剂溶于有机溶剂中,得到油相;将亚铁盐、钴盐、乳化剂和致孔剂溶于水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行乳化,得到乳液,加入四甲基胍的水溶液,调节ph,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离、干燥、煅烧,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

s3.营养液的制备:将碳源、氮源、无机盐、维生素用无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将工程菌剂接种到高氏培养基中划线,分别培养成菌种种子液;

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别接种于步骤s3得到的营养液中,继续培养,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于水中,加入步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,低温加热蒸发溶剂,得到的纳米球用蒸馏水洗涤后,干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在步骤s5制得的复合微生物剂中,取出,干燥,得到复合污水处理剂。

作为本发明的进一步改进,步骤s1中所述碱选自naoh、koh、三乙胺、dbu、三甲胺中的一种或几种混合。

作为本发明的进一步改进,步骤s2中所述致孔剂包括大孔致孔剂和普通致孔剂,质量比为1:(1.5-4),所述大孔致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的任一种;所述普通致孔剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123、氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f127中的一种或几种混合;所述钛酸四烷基酯包括但不限于钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四戊酯;所述偶联剂为钛酸酯偶联剂,选自tmc-201、tmc-102、tmc-101、tmc-311w、tmc-311、tmc-3、tmc-114、tmc-2、tmc-27、tmc-4、tmc-401中的一种或几种混合;所述乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠、吐温、司盘、卡波姆、十二烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、硬脂酸钾中的一种或几种混合;所述铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁中的一种或两种混合;所述钴盐选自氯化钴、硫酸钴、硝酸钴中的一种或几种混合。

作为本发明的进一步改进,步骤s3中所述碳源选自葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖、果糖、淀粉中的一种或几种混合;所述氮源选自氨基酸、蛋白胨、尿素、鱼粉中的一种或几种混合;所述无机盐选自氯化钠、氯化钾、氯化钙、硫酸镁、氯化铁、硫酸锌、硫酸铜中的一种或几种混合;所述维生素选自维生素c、维生素b1、维生素b2、维生素a、维生素k、维生素e中的一种或几种混合;所述氨基酸包括但不限于甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸、亮氨酸、丙氨酸。

作为本发明的进一步改进,步骤s4中所述工程菌剂包括好氧细菌和厌氧细菌,所述好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:(2-3),所述好氧细菌培养方式为有氧培养,所述有氧培养条件为氧气的体积分数在25-30%,温度为25-30℃,湿度为55-65%;所述厌氧细菌为反硝化细菌,所述厌氧细菌的培养方式为厌氧培养,所述厌氧培养的条件为温度为25-30℃,湿度为55-65%;步骤s5中所述培养的方式为好氧细菌和厌氧细菌分别培养,所述好氧细菌采用有氧培养,所述有氧培养条件为氧气的体积分数在25-30%,温度为25-30℃,湿度为55-65%,所述厌氧细菌采用厌氧培养,所述厌氧培养的条件为温度为25-30℃,湿度为55-65%。

作为本发明的进一步改进,所述营养液中还添加了玉米提取物和大豆提取物。

作为本发明的进一步改进,步骤s1中所述壳聚糖、碱、cs2的质量比为100:(5-10):(75-92);所述醋酸溶液的质量分数为1-3wt%;步骤s2中所述四甲基胍的水溶液中四甲基胍的质量分数为7-12%;所述离心转速为10000-12000r/min,时间为2-4min;所述干燥温度为45-55℃,所述煅烧温度为450-700℃,时间为2-4h;所述钛酸四烷基酯、钛酸酯偶联剂、亚铁盐、钴盐、乳化剂、致孔剂的质量比为100:(1-5):(15-30):(15-25):(12-20):(5-10);步骤s3中所述大豆提取物、玉米提取物、碳源、氮源、无机盐、维生素的质量比为10:(7-8):(3-7):(2-3):(0.2-1):(0.1-0.3);步骤s6中所述二硫代氨基甲酸壳聚糖和磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的质量比为(5-8):10;所述干燥温度为45-65℃,所述低温为40-50℃;步骤s7中所述包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球和复合微生物剂的质量比为10:(12-25)。

作为本发明的进一步改进,具体包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将壳聚糖溶于1-3wt%醋酸溶液中,加入碱,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加cs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至45-65℃搅拌2-4h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将钛酸四烷基酯和钛酸酯偶联剂溶于二氯甲烷中,得到油相;将亚铁盐、钴盐、乳化剂和致孔剂溶于水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行乳化,得到乳液,加入7-12wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为7.5-8.5,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为10000-12000r/min,时间为2-4min,45-55℃干燥,煅烧,煅烧温度为450-700℃,时间为2-4h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

s3.营养液的制备:将大豆提取物、玉米提取物、碳源、氮源、无机盐、维生素用无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.0-7.5,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数在25-30%,温度为25-30℃,湿度为55-65%;将厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为25-30℃,湿度为55-65%,然后分别培养成菌种种子液;

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养1-3天,有氧培养条件为氧气的体积分数在25-30%,温度为25-30℃,湿度为55-65%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养1-3天,厌氧培养的条件为温度为25-30℃,湿度为55-65%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于去离子水中,加入步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,40-50℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,45-65℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡1-3天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的复合污水处理剂。

本发明进一步保护一种上述的复合污水处理剂在处理含重金属、有机污染物、致病微生物的污水中的应用。

本发明具有如下有益效果:本发明壳聚糖分子链上的氨基和cs2、naoh反应,二硫化碳置换多胺分子n元素上的活性h原子,生成二硫代氨基甲酸壳聚糖,与重金属废水中的重金属离子可以发生配位反应,生成重金属鳌合物沉淀,以pb2+离子为例,二硫代羧基的s原子上有三对孤对电子,其中两对可以占用pb2+的空d轨道,形成配位键,从而易形成正四面体型的结构,这样各电子对之间的互相排斥的力量小,其反应过程如下:

本发明通过溶胶凝胶法-乳液挥发法制备厚壁多孔道二氧化钛中空球,通过控制钛酸四烷基酯的量以及乳化剂的量,实现中空球厚壁的制备,制得的厚壁多孔道二氧化钛中空球粒径在400-1000nm之间,壁厚在50-100nm之间,通过控制致孔剂的种类和比例,比如,致孔剂包括大孔致孔剂和普通致孔剂,其中,在大孔致孔剂的作用下在球表面形成多个50nm以上的大孔,在普通致孔剂作用下,使得表面形成了数条孔道,从而大大提高了纳米球的比表面积;另一方面,本发明制备的中空球壁材为二氧化钛,具有极好的光催化杀菌、抑菌、降解的活性,能够有效去除污水中大量的内分泌干扰素、藻毒素、致病微生物等,净化污水;

本发明制备了一种磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,二硫代氨基甲酸壳聚糖通过其表面的大孔进入在中空球内并被包裹在其中,将其投入到污水中进行处理时,纳米球内的二硫代氨基甲酸壳聚糖能够缓慢释放出来,起到长效处理的效果,其中,壳聚糖表面的负电中心能够通过静电吸附将污水中的重金属离子吸附在其附近,而壳聚糖上的二硫代氨基上的硫元素、氮元素可以对重金属进行配位螯合,形成沉淀,从而固定污水中的重金属离子;

本发明制备的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,由于球壁较厚,普通致孔剂在表面形成多条孔道,显著提高了中空球的比表面积,将中空球浸泡在含有复合微生物剂的营养液中,这些复合微生物剂和营养液进入球表面的孔道内,微生物被固定在孔道中,以及在营养液的存在下,大量增殖,从而形成稳定的微生态,这些微生物分泌的糖蛋白、脂多糖和可溶性缩氨酸等细胞外多聚糖的负电荷基团可以实现对重金属的吸附、絮凝、配位络合、离子交换、静电交感、氧化还原或生成无机微沉淀等,因此,大量重金属离子还可以通过中空球表面微生物进行固定,从而实现对污水的高效处理,另一方面,该复合微生物剂还对有机污染物如持久性有机污染物、酚类化合物、硝基化合物、及染料能够有效快速降解;

本发明在制备二氧化钛中空球时,还添加了铁磁性四氧化三铁和氧化钴类物质,使得该纳米球具有良好的铁磁性,使得该复合污水处理剂在加入污水中进行固定重金属、分解有机物、杀灭致病微生物后,还可以通过磁铁快速去除,从而避免复合污水处理剂在水中造成二次污染,使得该复合污水处理剂更加安全、有效;

本发明制得的复合污水处理剂具有制备方法简单,原料来源广,并制得的复合材料为将二硫代氨基甲酸壳聚糖包裹在磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球内,不仅对大部分重金属具有极好的吸附、沉淀、固定的作用,而且,二氧化钛壁材还具有极好的光催化活性,能够有效去除污水中大量的内分泌干扰素、藻毒素、致病微生物等,净化污水,另一方面,球表面固定的微生物还能够有效降解污水中的有机污染物,快速有效净化污水,同时,该复合污水处理剂还具有铁磁性,在完成污水处理作业后,还可以通过磁铁进行去除,更加安全、环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例3制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的sem图;

图2为本发明实施例3制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的tem图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

大豆提取物cas号为486-88-6,玉米提取物cas号为84696-06-0,四甲基胍cas号为80-70-6。

枯草芽孢杆菌cas号为68038-70-0;硝化杆菌属,含量98%,25kg/袋,购于北京中航豫泓环保材料厂;反硝化细菌,含量99%,25kg/袋,购于西安品健生物科技有限公司。

实施例1复合污水处理剂

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml1wt%的醋酸溶液中,加入5gnaoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加75gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至45℃搅拌2h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

将得到的二硫代氨基甲酸壳聚糖进行红外检测,在其红外谱图中,3420-3437cm-1处的宽峰为壳聚糖o—h的伸缩振动和n—h的伸缩振动吸收重叠而成的多重吸收峰,2875cm-1处是亚甲基—ch2—的伸缩振动峰,在1185cm-1是—nh—c=s中c=s的伸缩振动峰,在1157和1072cm-1处的吸收峰分别为c—o—c的非对称伸缩振动峰和环氧基的c—o单键伸缩振动峰,表明壳聚糖分子的长链中已经成功引入了二硫代氨基甲酸。

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四丁酯和1g钛酸酯偶联剂tmc-114溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将15g氯化亚铁、15g氯化钴、12g十二烷基磺酸钠和5g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入7wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为7.5,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为10000r/min,时间为2min,45℃干燥,煅烧,煅烧温度为450℃,时间为2h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚乙二醇辛基苯基醚和普通致孔剂十六烷基三甲基氯化铵,质量比为1:1.5;

s3.营养液的制备:将100g大豆提取物、70g玉米提取物、30g葡萄糖、20g丙氨酸、0.2氯化钙、0.1g维生素b1用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.0,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将10g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为25%,温度为25℃,湿度为55%;将5g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为25℃,湿度为55-65%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:2;厌氧细菌为反硝化细菌。

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养1天,有氧培养条件为氧气的体积分数为25%,温度为25℃,湿度为55%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养1天,厌氧培养的条件为温度为25℃,湿度为55%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将50-80g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,40℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,45℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在120g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡1天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

实施例2复合污水处理剂

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml3wt%的醋酸溶液中,加入10gkoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加92gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至65℃搅拌4h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四戊酯和5g钛酸酯偶联剂tmc-27溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将30g氯化亚铁、25g氯化钴、20g十二烷基磺酸钠和10g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入12wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8.5,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为12000r/min,时间为4min,55℃干燥,煅烧,煅烧温度为700℃,时间为4h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f127,质量比为1:4;

s3.营养液的制备:将100g大豆提取物、80g玉米提取物、70g葡萄糖、20-30g甘氨酸、1g氯化钾、0.3g维生素c用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.5,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将10g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为30%,温度为30℃,湿度为65%;将5g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为30℃,湿度为65%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:3;厌氧细菌为反硝化细菌。

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养3天,有氧培养条件为氧气的体积分数为30%,温度为30℃,湿度为65%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养3天,厌氧培养的条件为温度为30℃,湿度为65%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将80g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,50℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,65℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在250g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡3天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

实施例3复合污水处理剂

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml2wt%的醋酸溶液中,加入7gnaoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加84gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至55℃搅拌3h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,其sem图见附图1,tem图见附图2,由图1可知,其粒径在400-1000nm之间,上面形成了多个50nm以上的大孔,由tem图可知,该纳米球为中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,质量比为1:2;

s3.营养液的制备:将100g大豆提取物、75g玉米提取物、45g葡萄糖、25g酪氨酸、氯化钠0.6g、维生素k0.2g用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.2,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将10g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%;将5g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:2.5;厌氧细菌为反硝化细菌。

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养2天,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养2天,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将75g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,45℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,55℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在190g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡2天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

实施例4

与实施例3相比,未添加大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯,其他条件均不改变。

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml2wt%的醋酸溶液中,加入7gnaoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加84gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至55℃搅拌3h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂为普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123;

s3.营养液的制备:将100g大豆提取物、75g玉米提取物、45g葡萄糖、25g酪氨酸、氯化钠0.6g、维生素k0.2g用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.2,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将10g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%;将5g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:2.5;厌氧细菌为反硝化细菌。

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养2天,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养2天,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将75g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,45℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,55℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在190g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡2天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

实施例5

与实施例3相比,未添加普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,其他条件均不改变。

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml2wt%的醋酸溶液中,加入7gnaoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加84gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至55℃搅拌3h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂为大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯;

s3.营养液的制备:将100g大豆提取物、75g玉米提取物、45g葡萄糖、25g酪氨酸、氯化钠0.6g、维生素k0.2g用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.2,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将10g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%;将5g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:2.5;厌氧细菌为反硝化细菌。

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养2天,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养2天,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将75g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,45℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,55℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在190g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡2天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

实施例6

与实施例3相比,大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123的质量比为2:1,其他条件均不改变。

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml2wt%的醋酸溶液中,加入7gnaoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加84gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至55℃搅拌3h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,质量比为2:1;

s3.营养液的制备:将100g大豆提取物、75g玉米提取物、45g葡萄糖、25g酪氨酸、氯化钠0.6g、维生素k0.2g用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.2,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将10g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%;将5g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:2.5;厌氧细菌为反硝化细菌。

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养2天,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养2天,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将75g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,45℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,55℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在190g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡2天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

对比例1

与实施例3相比,未添加好氧细菌,其他条件均不改变。

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml2wt%的醋酸溶液中,加入7gnaoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加84gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至55℃搅拌3h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,质量比为1:2;

s3.营养液的制备:将100g大豆提取物、75g玉米提取物、45g葡萄糖、25g酪氨酸、氯化钠0.6g、维生素k0.2g用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.2,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将15g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

厌氧细菌为反硝化细菌。

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s3得到的营养液中,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养2天,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将75g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,45℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,55℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在190g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡2天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

对比例2

与实施例3相比,未添加厌氧细菌,其他条件均不改变。

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml2wt%的醋酸溶液中,加入7gnaoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加84gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至55℃搅拌3h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,质量比为1:2;

s3.营养液的制备:将100g大豆提取物、75g玉米提取物、45g葡萄糖、25g酪氨酸、氯化钠0.6g、维生素k0.2g用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.2,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将15g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%;分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:2.5;

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养2天,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将75g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,45℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,55℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在190g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡2天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

对比例3

与实施例3相比,二硫代氨基甲酸壳聚糖由壳聚糖替代,其他条件均不改变。

制备方法包括以下步骤:

s1.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,质量比为1:2;

s2.营养液的制备:将100g大豆提取物、75g玉米提取物、45g葡萄糖、25g酪氨酸、氯化钠0.6g、维生素k0.2g用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.2,紫外线灭菌备用;

s3.菌种种子液的制备:将10g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%;将5g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:2.5;厌氧细菌为反硝化细菌。

s4.复合微生物剂的制备:将步骤s3制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s2得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养2天,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养2天,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,混合后得到复合微生物剂;

s5.包裹壳聚糖的磁性中空球的制备:将75g壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,45℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,55℃干燥,得到包裹壳聚糖的磁性中空球;

s6.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s6制得的包裹壳聚糖的磁性中空球浸泡在190g步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡2天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

对比例4

与实施例3相比,未添加复合微生物剂,其他条件均不改变。

制备方法包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将100g壳聚糖溶于200ml2wt%的醋酸溶液中,加入7gnaoh固体,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加84gcs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至55℃搅拌3h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,质量比为1:2;

s3.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将75g步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于150ml去离子水中,加入100g步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,45℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,55℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球,为复合污水处理剂。

对比例5

与实施例3相比,未添加二硫代氨基甲酸壳聚糖,其他条件均不改变。

制备方法包括以下步骤:

s1.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将100g钛酸四异丙酯和3g钛酸酯偶联剂tmc-3溶于200ml二氯甲烷中,得到油相;将22g氯化亚铁、20g氯化钴、18g硬脂酸钠和7g致孔剂溶于70ml水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行剪切乳化,转速为20000rpm,得到乳液,加入10wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为8,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为11000r/min,时间为3min,50℃干燥,煅烧,煅烧温度为650℃,时间为3h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

致孔剂包括大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,质量比为1:2;

s2.营养液的制备:将100g大豆提取物、75g玉米提取物、45g葡萄糖、25g酪氨酸、氯化钠0.6g、维生素k0.2g用200ml无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.2,紫外线灭菌备用;

s3.菌种种子液的制备:将10g好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%;将5g厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,分别培养成108cfu/ml的种子液;

好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:2.5;厌氧细菌为反硝化细菌。

s4.复合微生物剂的制备:将步骤s3制得的菌种种子液分别按照12%的接种量接种于步骤s2得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养2天,有氧培养条件为氧气的体积分数为27%,温度为27℃,湿度为60%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养2天,厌氧培养的条件为温度为27℃,湿度为60%,混合后得到复合微生物剂;

s5.复合污水处理剂的制备:将100g步骤s1制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球浸泡在190g步骤s4制得的复合微生物剂中,浸泡2天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

测试例1污水净化测试

选用污水为某工厂的工业污水,采用实施例1-6和对比例1-5制得的复合污水处理剂,以及市售污水处理剂进行污水处理,每1l污水中添加0.1g,该工业污水原始污染物数值与处理后的污染物的检测结果参见表1。

表1

从表1的数据可以看出,本发明的复合污水处理剂与市售产品相比具有显著的优势,对多种污染物能够起到全面且高效的清除效果。

测试例2对抗生素污水的净化效果

(1)配置10-4mol/l的头孢氨苄溶液为抗生素污水,使用0.1mol/l的盐酸和0.01mol/l的氢氧化钠将含聚污水调节为ph=7,取100ml头孢氨苄溶液,分别加入实施例1-6和对比例1-5制得的复合污水处理剂以及市售污水处理剂10mg,200rpm下搅拌5分钟以确保污水处理剂与废水的充分混合,50rpm下搅拌15分钟让絮凝集中,再沉降40分钟用来沉淀。收集上清再在10000rpm下离心10分钟,收集上清,利用紫外-可见光分光光度计检测溶液在262nm处的吸收峰,计算二次絮凝剂对头孢氨苄的清除效果,结果见表2。

表2

(2)配置10-5mol/l的氧氟沙星溶液为抗生素污水,使用0.1mol/l的盐酸和0.01mol/l的氢氧化钠将含聚污水调节为ph=8,取150ml头孢氨苄溶液,分别加入实施例1-6和对比例1-5制得的复合污水处理剂以及市售污水处理剂10mg,200rpm下搅拌5分钟以确保污水处理剂与废水的充分混合,50rpm下搅拌15分钟让絮凝集中,再沉降40分钟用来沉淀。收集上清再在8000rpm下离心10分钟,收集上清,利用紫外-可见光分光光度计检测溶液在294nm处的吸收峰,计算二次絮凝剂对头孢氨苄的清除效果,结果见表3。

表3

从表2和表3的数据可以看出,本发明的复合污水处理剂与市售产品相比具有显著的优势,对抗生素污染物能够起到全面且高效的清除效果。

测试例3

将本发明实施例1-6和对比例1-5制备的复合污水处理剂以及市售污水处理剂处理某重金属严重超标废水,经过处理环节后的出水,废水的各项指标如表4所示。

表4

从表4的数据可以看出,本发明的复合污水处理剂与市售产品相比具有显著的优势,对重金属污染物能够起到全面且高效的清除效果。

实施例4、实施例5、实施例6与实施例3相比,分别未添加大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯,或未添加普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123,或者改变了大孔致孔剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和普通致孔剂氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123的质量比,变为2:1,造成实施例4中对重金属等的固定、吸附效果显著下降,而实施例5中对ss、codcr、bod5、nh3-n、tn、tp等吸附、降解等效果显著下降,而实施例6中对全部污染物的吸附、降解效果均有所下降,这是因为,实施例4中没有添加大孔致孔剂,因此,能够螯合重金属离子的二硫代氨基甲酸壳聚糖无法进入中空球从而固定,导致其对重金属离子的吸附效果显著下降,而实施例5中,没有添加普通致孔剂,导致中空球表面孔道数量大幅度减少,从而不能有效固定微生物菌群,比表面积下降,因此,对ss、codcr、bod5、nh3-n、tn、tp等吸附、降解等效果显著下降,而实施例6中大孔致孔剂和普通致孔剂的比例不合适,导致其不能发挥很好的污水处理效果,只有大孔致孔剂和普通致孔剂在合适的比例下,在中空球表面形成合适比例的孔道和大孔,才能使得中空球发挥出最好的效果;

对比例1和对比例2与实施例3相比,分别未添加好氧细菌或厌氧细菌,其对重金属的吸附效果影响不大,但严重影响其对抗生素污染污水的净化效果,且没有添加好氧细菌的对比例1中codcr、bod5、nh3-n、tn的去除效果也不佳。好氧细菌能够有效将污水中的氮源进行转化,厌氧细菌能够有效将污水中的碳源进行转化,两者的添加还具有协同增效的作用;

对比例3与实施例3相比,二硫代氨基甲酸壳聚糖由壳聚糖替代,没有经过二硫代氨基甲酸改性的壳聚糖其对重金属离子的络合效果显著下降,二硫代氨基甲酸壳聚糖,与重金属废水中的重金属离子可以发生配位反应,生成重金属鳌合物沉淀;

对比例4和对比例5与实施例3相比,未添加复合微生物剂或二硫代氨基甲酸壳聚糖,对比例4对抗生素污染污水的处理效果最差,而对比例5对重金属污染污水的处理效果最差,可见复合微生物剂和二硫代氨基甲酸壳聚糖同时固定在中空球中,能够拓宽该复合污水处理剂的应用面,具有协同增效的作用。

与现有技术相比,本发明壳聚糖分子链上的氨基和cs2、naoh反应,二硫化碳置换多胺分子n元素上的活性h原子,生成二硫代氨基甲酸壳聚糖,与重金属废水中的重金属离子可以发生配位反应,生成重金属鳌合物沉淀,以pb2+离子为例,二硫代羧基的s原子上有三对孤对电子,其中两对可以占用pb2+的空d轨道,形成配位键,从而易形成正四面体型的结构,这样各电子对之间的互相排斥的力量小,其反应过程如下:

本发明通过溶胶凝胶法-乳液挥发法制备厚壁多孔道二氧化钛中空球,通过控制钛酸四烷基酯的量以及乳化剂的量,实现中空球厚壁的制备,制得的厚壁多孔道二氧化钛中空球粒径在400-1000nm之间,壁厚在50-100nm之间,通过控制致孔剂的种类和比例,比如,致孔剂包括大孔致孔剂和普通致孔剂,其中,在大孔致孔剂的作用下在球表面形成多个50nm以上的大孔,在普通致孔剂作用下,使得表面形成了数条孔道,从而大大提高了纳米球的比表面积;另一方面,本发明制备的中空球壁材为二氧化钛,具有极好的光催化杀菌、抑菌、降解的活性,能够有效去除污水中大量的内分泌干扰素、藻毒素、致病微生物等,净化污水;

本发明制备了一种磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,二硫代氨基甲酸壳聚糖通过其表面的大孔进入在中空球内并被包裹在其中,将其投入到污水中进行处理时,纳米球内的二硫代氨基甲酸壳聚糖能够缓慢释放出来,起到长效处理的效果,其中,壳聚糖表面的负电中心能够通过静电吸附将污水中的重金属离子吸附在其附近,而壳聚糖上的二硫代氨基上的硫元素、氮元素可以对重金属进行配位螯合,形成沉淀,从而固定污水中的重金属离子;

本发明制备的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,由于球壁较厚,普通致孔剂在表面形成多条孔道,显著提高了中空球的比表面积,将中空球浸泡在含有复合微生物剂的营养液中,这些复合微生物剂和营养液进入球表面的孔道内,微生物被固定在孔道中,以及在营养液的存在下,大量增殖,从而形成稳定的微生态,这些微生物分泌的糖蛋白、脂多糖和可溶性缩氨酸等细胞外多聚糖的负电荷基团可以实现对重金属的吸附、絮凝、配位络合、离子交换、静电交感、氧化还原或生成无机微沉淀等,因此,大量重金属离子还可以通过中空球表面微生物进行固定,从而实现对污水的高效处理,另一方面,该复合微生物剂还对有机污染物如持久性有机污染物、酚类化合物、硝基化合物、及染料能够有效快速降解;

本发明在制备二氧化钛中空球时,还添加了铁磁性四氧化三铁和氧化钴类物质,使得该纳米球具有良好的铁磁性,使得该复合污水处理剂在加入污水中进行固定重金属、分解有机物、杀灭致病微生物后,还可以通过磁铁快速去除,从而避免复合污水处理剂在水中造成二次污染,使得该复合污水处理剂更加安全、有效;

本发明制得的复合污水处理剂具有制备方法简单,原料来源广,并制得的复合材料为将二硫代氨基甲酸壳聚糖包裹在磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球内,不仅对大部分重金属具有极好的吸附、沉淀、固定的作用,而且,二氧化钛壁材还具有极好的光催化活性,能够有效去除污水中大量的内分泌干扰素、藻毒素、致病微生物等,净化污水,另一方面,球表面固定的微生物还能够有效降解污水中的有机污染物,快速有效净化污水,同时,该复合污水处理剂还具有铁磁性,在完成污水处理作业后,还可以通过磁铁进行去除,更加安全、环保。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征:

1.一种复合污水处理剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将壳聚糖溶于醋酸溶液中,加入碱,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加cs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕,升温至45-65℃搅拌反应,反应完成后,加入乙醇,过滤,干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将钛酸四烷基酯和偶联剂溶于有机溶剂中,得到油相;将亚铁盐、钴盐、乳化剂和致孔剂溶于水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行乳化,得到乳液,加入四甲基胍的水溶液,调节ph,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离、干燥、煅烧,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

s3.营养液的制备:将碳源、氮源、无机盐、维生素用无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将工程菌剂接种到高氏培养基中划线,分别培养成菌种种子液;

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别接种于步骤s3得到的营养液中,继续培养,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于水中,加入步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,低温加热蒸发溶剂,得到的纳米球用蒸馏水洗涤后,干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在步骤s5制得的复合微生物剂中,取出,干燥,得到复合污水处理剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤s1中所述碱选自naoh、koh、三乙胺、dbu、三甲胺中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤s2中所述致孔剂包括大孔致孔剂和普通致孔剂,质量比为1:(1.5-4),所述大孔致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的任一种;所述普通致孔剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f123、氧乙烯-氧丙烯三嵌段共聚物f127中的一种或几种混合;所述钛酸四烷基酯包括但不限于钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四戊酯;所述偶联剂为钛酸酯偶联剂,选自tmc-201、tmc-102、tmc-101、tmc-311w、tmc-311、tmc-3、tmc-114、tmc-2、tmc-27、tmc-4、tmc-401中的一种或几种混合;所述乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠、吐温、司盘、卡波姆、十二烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、硬脂酸钾中的一种或几种混合;所述铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁中的一种或两种混合;所述钴盐选自氯化钴、硫酸钴、硝酸钴中的一种或几种混合。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤s3中所述碳源选自葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖、果糖、淀粉中的一种或几种混合;所述氮源选自氨基酸、蛋白胨、尿素、鱼粉中的一种或几种混合;所述无机盐选自氯化钠、氯化钾、氯化钙、硫酸镁、氯化铁、硫酸锌、硫酸铜中的一种或几种混合;所述维生素选自维生素c、维生素b1、维生素b2、维生素a、维生素k、维生素e中的一种或几种混合;所述氨基酸包括但不限于甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸、亮氨酸、丙氨酸。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤s4中所述工程菌剂包括好氧细菌和厌氧细菌,所述好氧细菌为枯草芽孢杆菌、硝化杆菌属,质量比为1:(2-3),所述好氧细菌培养方式为有氧培养,所述有氧培养条件为氧气的体积分数在25-30%,温度为25-30℃,湿度为55-65%;所述厌氧细菌为反硝化细菌,所述厌氧细菌的培养方式为厌氧培养,所述厌氧培养的条件为温度为25-30℃,湿度为55-65%;步骤s5中所述培养的方式为好氧细菌和厌氧细菌分别培养,所述好氧细菌采用有氧培养,所述有氧培养条件为氧气的体积分数在25-30%,温度为25-30℃,湿度为55-65%,所述厌氧细菌采用厌氧培养,所述厌氧培养的条件为温度为25-30℃,湿度为55-65%。

6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述营养液中还添加了玉米提取物和大豆提取物。

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤s1中所述壳聚糖、碱、cs2的质量比为100:(5-10):(75-92);所述醋酸溶液的质量分数为1-3wt%;步骤s2中所述四甲基胍的水溶液中四甲基胍的质量分数为7-12%;所述离心转速为10000-12000r/min,时间为2-4min;所述干燥温度为45-55℃,所述煅烧温度为450-700℃,时间为2-4h;所述钛酸四烷基酯、钛酸酯偶联剂、亚铁盐、钴盐、乳化剂、致孔剂的质量比为100:(1-5):(15-30):(15-25):(12-20):(5-10);步骤s3中所述大豆提取物、玉米提取物、碳源、氮源、无机盐、维生素的质量比为10:(7-8):(3-7):(2-3):(0.2-1):(0.1-0.3);步骤s6中所述二硫代氨基甲酸壳聚糖和磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的质量比为(5-8):10;所述干燥温度为45-65℃,所述低温为40-50℃;步骤s7中所述包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球和复合微生物剂的质量比为10:(12-25)。

8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

s1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备:将壳聚糖溶于1-3wt%醋酸溶液中,加入碱,搅拌均匀后,控制温度不高于5℃,滴加cs2,控制反应温度不高于40℃,滴加完毕升温至45-65℃搅拌2-4h,停止反应,加入等体积乙醇,过滤,冷冻干燥,得到二硫代氨基甲酸壳聚糖;

s2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备:将钛酸四烷基酯和钛酸酯偶联剂溶于二氯甲烷中,得到油相;将亚铁盐、钴盐、乳化剂和致孔剂溶于水中,得到水相;将所述水相滴加至所述油相中,边搅拌边滴加,滴加完毕后进行乳化,得到乳液,加入7-12wt%四甲基胍的水溶液,调节ph为7.5-8.5,反应得到的纳米球乳液;将所述纳米球乳液离心分离,离心转速为10000-12000r/min,时间为2-4min,45-55℃干燥,煅烧,煅烧温度为450-700℃,时间为2-4h,得到磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球;

s3.营养液的制备:将大豆提取物、玉米提取物、碳源、氮源、无机盐、维生素用无菌水溶解,混合均匀后,用pbs溶液调节ph值为7.0-7.5,紫外线灭菌备用;

s4.菌种种子液的制备:将好氧细菌接种到高氏培养基中划线,有氧培养,有氧培养条件为氧气的体积分数在25-30%,温度为25-30℃,湿度为55-65%;将厌氧细菌接种到高氏培养基中划线,厌氧培养,厌氧培养的条件为温度为25-30℃,湿度为55-65%,然后分别培养成菌种种子液;

s5.复合微生物剂的制备:将步骤s4制得的菌种种子液分别接种于步骤s3得到的营养液中,接种好氧细菌的营养液有氧培养1-3天,有氧培养条件为氧气的体积分数在25-30%,温度为25-30℃,湿度为55-65%,接种厌氧细菌的营养液厌氧培养1-3天,厌氧培养的条件为温度为25-30℃,湿度为55-65%,混合后得到复合微生物剂;

s6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备:将步骤s1制得的二硫代氨基甲酸壳聚糖溶于去离子水中,加入步骤s2制得的磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球,超声分散均匀后,40-50℃加热蒸发溶剂至溶剂蒸发完全,得到的纳米球用蒸馏水反复洗涤后,45-65℃干燥,得到包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球;

s7.复合污水处理剂的制备:将步骤s6制得的包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球浸泡在步骤s5制得的复合微生物剂中,浸泡1-3天,取出,自然干燥,得到复合污水处理剂。

9.一种如权利要求1-8任一项权利要求所述的制备方法制得的复合污水处理剂。

10.一种如权利要求9所述的复合污水处理剂在处理含重金属、有机污染物、致病微生物的污水中的应用。

技术总结
本发明提出了一种复合污水处理剂及其制备方法和应用,包括:S1.二硫代氨基甲酸壳聚糖的制备;S2.磁性厚壁多孔道二氧化钛中空球的制备;S3.营养液的制备;S4.菌种种子液的制备;S5.复合微生物剂的制备;S6.包裹二硫代氨基甲酸壳聚糖的磁性球的制备;S7.复合污水处理剂的制备。本发明复合污水处理剂将二硫代氨基甲酸壳聚糖包裹在中空球内,对重金属具有极好的吸附、沉淀、固定的作用,二氧化钛壁材还具有光催化活性,有效去除内分泌干扰素、藻毒素、致病微生物等,表面固定的微生物还能够有效降解污水中的有机污染物,该复合污水处理剂还具有铁磁性,完成污水处理作业后,通过磁铁进行去除,更加安全、环保。

技术开发人、权利持有人:王存建;董锡洪;金峰

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