嗜酸细菌脱除包装用废镀铝膜表面铝的研究

发布时间：2020-06-08 00:12

【摘要】：不同材料性能均有所不同,由于产品的要求互不相同,要将两种或多种材料结合在一起制成复合包装材料。电子产品包装用废镀铝膜就是将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)和铝(Al)复合而成的兼具塑料和铝特性的功能材料,其具有较轻的质量、良好得耐磨性和热稳定性,因此比较容易加工成形,方便了人们的生活,但是也由此来了一系列隐患。尤其是随着电子产品的不断更新换代,废电子产品包装用镀铝膜也逐渐增多。在没有行之有效的回收方法和处理工艺时,废镀铝膜一方面要么被作为生活垃圾处理,另一方面要么被焚烧处理或填埋处理。焚烧处理会释放出大量有毒有害气体,甚至释放出二VA英等致癌物质。而填埋则会造成土壤板结,植物生长受到抑制,并随着长期雨水冲刷使土壤和地下水受污染。目前铝塑分离主要有机械法、化学法或机械-化学法。机械法是利用铝塑的熔点不同从而将塑料气化以达到铝塑分离,其缺点是能耗大,且排放出CO_2等有害气体,其次是仅仅只能回收其中的铝,而且塑料只能以热能的形式回收,利用价值不高。化学法主要是通过酸或碱溶解铝层,但强酸强碱对设备具有腐蚀作用,而且存在二次污染问题。典型的废旧铝塑分离的机械-化学法主要是废铝塑首先在风力的作用下,进入装有分离剂的反应罐,经过顺时针转动,逆时针转动放料,最后经两级分离筛将铝塑进行分离和回收。因此,寻求一种有效的铝塑分离的工艺势在必行。目前,微生物法由于其环境友好性、能耗低、不存在二次污染从而获得广泛关注,可用来浸出金属的微生物主要为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,以下简称A.f菌)、嗜酸性氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans,以下简称A.t菌)。其可通过二价铁离子的氧化从而实现对金属的浸出。本研究通过利用嗜酸菌的嗜酸性和铝离子可以在酸性条件下大量共存等特点进行铝塑分离。选择性的驯化了耐高浓度铝离子的A.f菌和A.t菌,并通过连续的周期驯化培养,探究微生物处理包装用镀铝膜的实验效果,并对其实验条件进行优化,分析其浸出机理。以期为今后的工业脱铝提供一定的技术支持。由此得到了以下结论:(1)利用王水消解法对0.5-3mm之间的不同粒径金属铝富集体的包装用废镀铝膜进行消解,不同粒径所含铝量不同。随着粒径的减小,铝的含量逐渐增加,在粒径小于0.5mm时,铝量增加不显著,约占脱铝膜的18%,表明其铝资源回收价值高。但由于王水消解法使用的强酸废液存在二次污染问题,因此,利用无二次污染的微生物处理方法实现铝塑分离十分必要。(2)通过逐步增加镀铝膜的添加量,对A.f、A.t、A.f和A.t共培养菌进行驯化培养,最终得到对Al~(3+)耐受性高的驯化菌株,选取第5代驯化菌株实验菌株,分析比较不同处理方式在不同条件下的处理效率,三种接种处理方式在粒径小于0.5mm时对铝的浸出率分别达到79.42%、57.24%、68.96%。对照不接菌组的浸出率分别为16.24%、10.39%、12.96%。在同一固体浓度的浸出条件下,三种接种处理方式在最佳固液比的条件下对铝的浸出率分别达到83.29%、64.58%、72.33%。对照不接菌组的浸出率分别为19.58%、13.76%、15.23%。在同一培养基初始pH的浸出条件下,三种接种处理方式在最佳pH的条件下对铝的浸出率分别达到92.86%、71.37%、83.93%。对照不接菌组的浸出率分别为33.21%、27.36%、29.68%。三种接种处理方式随着时间的延长,脱铝量逐渐增加,在第8天时,对铝的浸出率分别达到94.36%、66.43%、79.87%,对照不加菌组的浸出率分别为15.78%、4.99%、11.21%。结合不同实验条件下三种接种处理方式溶液中铝离子的浓度,得出A.f菌能有效浸出镀铝膜中表面铝,其次是A.f和A.t共培养菌,再次是A.t菌。(3)对影响浸出效率的实验条件进行优化,获得A.f菌浸出镀铝膜中表面铝浸出的最佳条件:FeSO_4·7H_2O投加量为60g/L、粒径大小为0.5-1.0mm、固液比为40g/L、菌接种量为10%、9k培养基初始pH值为1、浸出时间为8d,金属铝的浸出率达到93.86%,比未接种处理高出60.3%;接种A.f菌显著提高了镀铝膜中表面铝的浸出率。其中,培养液初始pH、粒径的大小、固液比对浸出过程均有显著影响。通过实验确定每个因素的最适范围,最后选择培养液初始pH值为0.5、1、1.5;粒径的大小0.5mm、0.5-1.0mm、1.0-2.0mm;固液比30g/L、40g/L、50g/L为响应面实验各因素的水平。(4)在单因素实验的基础上进行正交分析。在最佳亚铁添加量为60g/L、菌接种量为10%、培养时间为8d的条件下,分析不同培养液初始pH、粒径的大小、固液比条件下其交互作用对铝浸出过程的影响,通过响应面分析,得到对铝浸出影响显著的的最佳实验条件为:培养液初始pH为1.13,粒径的大小0.74-1.24mm,固液比41.51g/L,且培养液初始pH对响应值即铝浸出率的影响较为显著,其次是固液比,再次是粒径大小。在此条件下,理论上得出铝的浸出率96.41%。并进一步进行验证实验。将实验条件设置为初始pH 1.2,粒径的大小0.8-1.2mm,固液比为41g/L,FeSO_4·7H_2O投加量为60g/L、菌接种量10%、培养时间为8d的条件下,得实际提取率为95.99%。此条件下,接菌组的脱铝率达到最优,且远远高于不接菌组。(5)根据不同条件下培养液的pH、ORP等参数随时间的变化图及SEM图像结果,并结合铝的浸出率可知:pH升高幅度越快或ORP降低幅度越快越有利于微生物浸出。由实验组与系列对照组相比可知:接种A.f菌可加速镀铝膜中铝的浸出。嗜酸细菌脱铝过程中塑料产生的毒性对菌种无影响。其可能的浸出机理为Fe~(2+)/Fe~(3+)和O_2/H_2O间存在氧化还原电势差,亚铁氧化可将电子释放,且在pH在1-2.5时,亚铁都会自发地氧化生成三价铁,因此,大量的二价铁氧化可使生物量达到较高水平。由于A.f菌为好氧细菌,因此培养基中的二价铁离子可作为电子供体,可使细胞外上的电子运输到细胞膜上的载体,从而实现电子供体的功能。电子传递链中的必要成分RUS能够充分有效地吸取存在外膜上的每个电子,从而使位于外膜上的电子受体始终保持完全氧化的状态,可随时获得亚铁氧化释放的电子,最终,亚铁离子氧化程度将达到最高。在A.f菌的作用下,二价铁被氧化生成三价铁离子。Fe~(2+)/Fe~(3+)的氧化还原对呈现出正的电极电位,作为电子受体的氧气在酸性条件下,接受电子氧化生成水。而且随着电子的不断转移,单质铝从固相转移到浸出液中。接着氧化剂Fe~(3+)接受电子被还原,循环供给A.f菌进行生长使用。
【学位授予单位】：上海第二工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X172;X705

【相似文献】