CN102070252A - 硫代乙酰胺在促进胞外镉结晶颗粒聚集增长上的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫代乙酰胺在促进白腐真菌胞外镉结晶颗粒聚集增长上的应用，特别是在杂色云芝菌(Coriolus versicolor)胞外镉结晶颗粒聚集增长上的应用；具体操作方法为：往含镉溶液中添加所述白腐真菌的菌丝球，在恒温振荡条件下进行吸附反应，反应完成后在所述白腐真菌表面形成镉纳米结晶颗粒；再继续向吸附反应后的中间溶液中投加所述的硫代乙酰胺，于恒温振荡条件下进行尺寸调控反应，充分反应后即完成白腐真菌胞外镉结晶颗粒的聚集增长。本发明具有能有效降低镉颗粒的移动性、显著提高溶液中镉去除能力的优点。

Description

硫代乙酰胺在促进胞外镉结晶颗粒聚集增长上的应用
技术领域
本发明属于重金属污染废水的微生物修复技术领域，尤其涉及一种有机化合物在微生物胞外镉结晶颗粒尺寸调控上的应用。
背景技术
工业的快速发展使得各种重金属污染废水大量排放到水体环境中，对自然界的水生态环境产生了严重的毒害和破坏作用。各类工业废水中最为常见的一种重金属就是镉，其毒性极大，一定量的镉进入人体后可能引起肾及肝脏的损伤，诱发呼吸性疾病或者心血管系统疾病，甚至引发癌症等。因此，废水中重金属镉的去除成为环境化学研究者所关注的重要问题。
传统的处理含镉废水的方法主要有活性炭吸附法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法及反渗透法等，但这些方法普遍存在处理效果不佳、处理成本较高等缺点，尤其当废水中镉的含量偏低时，处理效果更加不明显。
近年兴起的生物修复技术主要是利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除环境中的污染物，达到修复生态环境的目的。生物修复技术由于其在环保、成本等方面的独特优势，逐渐发展成为一种新兴的重金属处理技术。例如采用真菌、藻类、细菌和酵母等微生物用作污染物的生物吸附剂等。随着对该项技术研究的不断深入，有研究者发现某些微生物通过将重金属转变为胞外纳米结晶颗粒作为其解毒机制(如黄胞原毛平革菌、硫酸还原细菌等)，但通常情况下，这些胞外纳米结晶颗粒物质尺寸较小，容易移动，不易分离，而且可能重新溶解，再次污染水体。因此，生物修复技术还有待本领域人员进一步完善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种能有效降低镉颗粒的移动性、显著提高溶液中镉去除能力的硫代乙酰胺在促进胞外镉结晶颗粒聚集增长上的应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为硫代乙酰胺在促进白腐真菌胞外镉结晶颗粒聚集增长上的应用。
上述的应用中，所述白腐真菌优选为杂色云芝菌(Coriolus versicolor)。
上述的应用中，所述应用的具体操作方法优选为：首先，往含镉溶液中添加所述白腐真菌的菌丝球，在恒温振荡条件下进行吸附反应，反应完成后在所述白腐真菌表面形成镉纳米结晶颗粒；再继续向吸附反应后的中间溶液中投加所述的硫代乙酰胺，于恒温振荡条件下进行尺寸调控反应，充分反应后即完成白腐真菌胞外镉结晶颗粒的聚集增长。
上述的应用中，所述含镉溶液中镉初始浓度优选为10.00mg/L～12.00mg/L，所述菌丝球的添加量优选以每升含镉溶液中添加干重为0.4g～0.5g的菌丝球计。
上述的应用中，所述硫代乙酰胺的投加量优选以每升所述中间溶液中添加6.68mg～8.02mg计。所述硫代乙酰胺的投加量最优选为与含镉溶液中镉的初始摩尔量相等。
上述的应用中，所述吸附反应的温度优选控制在25℃～30℃，摇床转速优选控制在150rpm～200rpm，吸附反应的时间优选为至少3h。
上述的应用中，所述尺寸调控反应的温度优选控制在25℃～30℃，摇床转速优选控制在150rpm～200rpm，尺寸调控反应的时间优选为至少12h。
上述的应用中，所述白腐真菌的菌丝球优选是通过以下方法培养得到：先从平板培养基上选取白腐真菌菌落并接种于液体培养基中，在25℃～30℃、150rpm～200rpm条件下培养至少3d，制成菌丝悬液；然后将所述菌丝悬液接种于液体培养基中，在25℃～30℃、150rpm～200rpm条件下再培养4d～5d，得到所述白腐真菌的菌丝球。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过反复的实验，提出了使用有机物质硫代乙酰胺以促进白腐真菌(尤其是杂色云芝菌)胞外镉结晶颗粒的聚集和生长的技术方案，通过采用本发明的技术方案，不仅可降低镉颗粒的移动性、促进水溶液中重金属镉的分离，而且可显著提高白腐真菌类微生物对重金属镉的去除容量和去除能力。通过对聚集增长后颗粒的成分分析，我们发现聚集增长后的颗粒中还可能包含有其他的多种物质，这对探讨白腐真菌胞外镉结晶颗粒聚集增长的机理也具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例中未经任何处理的杂色云芝菌干菌球在扫描电镜下的微观结构显微照片。
图2为本发明实施例中吸附反应后的杂色云芝菌干菌球在扫描电镜下的微观结构显微照片。
图3为图2中圈选处的放大倍率显微照片。
图4为本发明实施例中尺寸控制反应后的杂色云芝菌干菌球在扫描电镜下的微观结构显微照片。
图5为图4中圈选处的放大倍率显微照片。
图6为图5中带有十字标志点处镉结晶颗粒的能谱分析示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例
一种本发明的硫代乙酰胺在促进白腐真菌(本实施例用的白腐真菌为杂色云芝菌)胞外镉结晶颗粒聚集增长上的应用，具体包括以下步骤：
1、培养菌种：
从平板培养基上选取4个直径0.5mm杂色云芝菌ACCC 51171(中国农业微生物菌种保藏管理中心，可购于中国农科院农业资源与农业区划研究所)菌落接种于液体培养基中，培养瓶中放置一个直径10mm玻璃珠，在温度为25℃～30℃、摇床转速为150rpm～200rpm条件下培养3d，制成菌丝悬液；然后定量接种2mL菌丝悬液于液体培养基中，在温度为25～30℃、摇床转速为150～200rpm条件下再培养4～5d，得到本实施例的杂色云芝菌菌丝球。
2、吸附反应：
往镉初始浓度约为10.00mg/L的含镉废水溶液中添加杂色云芝菌菌丝球，每升溶液中的添加量以杂色云芝菌菌丝球干重量计为0.4g～0.5g，在温度为25℃～30℃、摇床转速为150rpm～200rpm条件下进行吸附反应。
3、尺寸控制反应：
在上述吸附反应时长24h时，向溶液中投加硫代乙酰胺(现配现用)，其投加量与溶液中镉初始含量的摩尔量基本相等。本实施例中硫代乙酰胺投加量约为6.68mg/L。将溶液置于温度为25～30℃、摇床转速为150～200rpm条件下培养36h(即总反应时长60h)后，完成杂色云芝菌胞外镉纳米结晶颗粒尺寸的增长。在总反应时长0～60h范围内，以给定的时间间隔(0，3，9，12，24，27，30，36，48和60h)进行取样，然后分析测定溶液中剩余的镉浓度，其测定结果如下表1所示。
表1吸附反应和尺寸控制反应中溶液中不同时间点的镉浓度(mg/L)
Figure BDA0000034878100000031
尺寸控制反应中镉浓度的变化如上表1所示，硫代乙酰胺加入以后，溶液中镉浓度急剧下降，且尺寸控制反应12h以后基本能使溶液中的镉浓度控制在较低水平。此现象说明，伴随着镉结晶颗粒尺寸的增大，溶液中镉自由离子的浓度有了很大程度的降低。经多次实验测得，镉去除率最高可达86.23％。
分别将上述步骤1、步骤2和步骤3得到的杂色云芝菌菌丝球滤出，用蒸馏水冲洗干净后，置于-40℃下冷冻干燥24h，所得干菌球在电子扫描电镜观察，结果如图1～图5所示。图1为上述步骤1得到的未经任何处理的杂色云芝菌菌丝球，其菌丝清晰可见，菌种表面无任何颗粒物质；图2、图3为经过上述步骤2处理后得到的菌丝球，可见其菌种表面发生变形，且集聚了很多细小颗粒，其尺寸大约为100nm左右(参见图3)，这些细小的颗粒即为镉纳米结晶颗粒；图4、图5为经过上述步骤3处理后得到的杂色云芝菌菌丝球，由于硫代乙酰胺的加入，镉纳米结晶颗粒尺寸经聚集增长后明显变大，其尺寸大约为2～3μm(参见图5)，且结晶颗粒呈现特殊的方块形状。
上述观察结果表明，由于有机物质硫代乙酰胺的加入，杂色云芝菌胞外镉结晶颗粒的尺寸由100nm左右增长至2～3μm，且伴随着颗粒尺寸的增大，镉的去处效率逐渐增高。同时，由于镉结晶颗粒尺寸的增大，镉结晶颗粒的移动性降低，更好地促进了后续的镉分离。此外，我们对图5中十字标志点进行了能谱分析，分析结果如图6所示，由图6可知：方块形颗粒除了含金属镉以外，还含有C、O、P、S、Mg以及特殊的N，这说明此聚集增长后的镉结晶颗粒中还含有氨基酸物质，这对研究者们探讨氨基酸(甚至是蛋白质)在颗粒聚集增长中的作用具有重要意义。
上述应用过程中，我们是在吸附反应持续24h后开始投加硫代乙酰胺以进行尺寸控制反应。为了进一步确定吸附反应中镉吸附平衡时间，我们还进行了以下的预备实验：
往镉初始浓度约为10.00mg/L的含镉废水溶液中添加杂色云芝菌菌丝球，每升溶液中的添加量以杂色云芝菌菌丝球干重量计为0.4g～0.5g，在温度为25℃～30℃、摇床转速为150rpm～200rpm条件下进行吸附反应，在反应时长0～60h范围内，以给定的时间间隔(0，3，9，12，24，27，30，36，48和60h)进行取样，然后分析测定溶液中剩余的镉浓度，其测定结果如下表2所示。
表2预备实验中溶液中不同时间点的镉浓度(mg/L)
Figure BDA0000034878100000041
根据表2中的实验结果，我们确定吸附反应中镉吸附平衡时间为3h，3h以后浓度变化不大。该预备试验是目前常规用杂色云芝菌吸附去除镉的方法，最高的去除率约为17.15％。
因此，由上述分析和实验数据可知，采用本发明的方法能显著提高白腐真菌对污水中镉的去除容量和能力。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.硫代乙酰胺在促进白腐真菌胞外镉结晶颗粒聚集增长上的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述白腐真菌具体为杂色云芝菌(Coriolus versicolor)。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述应用的具体操作方法为：首先，往含镉溶液中添加所述白腐真菌的菌丝球，在恒温振荡条件下进行吸附反应，反应完成后在所述白腐真菌表面形成镉纳米结晶颗粒；再继续向吸附反应后的中间溶液中投加所述的硫代乙酰胺，于恒温振荡条件下进行尺寸调控反应，充分反应后即完成白腐真菌胞外镉结晶颗粒的聚集增长。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述含镉溶液中镉初始浓度为10.00mg/L～12.00mg/L，所述菌丝球的添加量以每升含镉溶液中添加干重为0.4g～0.5g的菌丝球计。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述硫代乙酰胺的投加量以每升所述中间溶液中添加6.68mg～8.02mg计。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述吸附反应的温度控制在25℃～30℃，摇床转速控制在150rpm～200rpm，吸附反应的时间为至少3h。
7.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述尺寸调控反应的温度控制在25℃～30℃，摇床转速控制在150rpm～200rpm，尺寸调控反应的时间为至少12h。
8.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述白腐真菌的菌丝球是通过以下方法培养得到：先从平板培养基上选取白腐真菌菌落并接种于液体培养基中，在25℃～30℃、150rpm～200rpm条件下培养至少3d，制成菌丝悬液；然后将所述菌丝悬液接种于液体培养基中，在25℃～30℃、150rpm～200rpm条件下再培养4d～5d，得到所述白腐真菌的菌丝球。
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