CN103030420A

CN103030420A - 一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法

Info

Publication number: CN103030420A
Application number: CN2012105636283A
Authority: CN
Inventors: 龚国利; 刘丽丽; 王娜
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-22
Filing date: 2012-12-22
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-12-22
Also published as: CN103030420B

Abstract

本发明公开了一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷制备方法，包括以下步骤：1）按质量份数计，将40～50份的生硅藻土，35～40份的煅烧硅藻土，15～20份的粘土，混合后过筛，得混合粉料，向混合粉料中加水，搅拌后球磨，得到料浆后，干燥；2）干燥后的料浆研磨后过筛，加入造孔剂混合后过筛，得到含有造孔剂的混合粉料；3）向含有造孔剂的混合粉料中喷水整粒，将经整粒的混合粉料静置；4）将经整粒的混合粉料压片得到成型样品后，干燥，然后烧结。本发明提供的用于固定粘细菌的硅藻土基多孔陶瓷的制备方法，简单易行，环境友好，通过本方法得到的多孔陶瓷材料具有较高的比表面积，良好的机械强度，适用于粘细菌的固定。

Description

一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法

技术领域

本发明属于多孔陶瓷制备领域，具体涉及一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷制备方法。

背景技术

多孔陶瓷作为一种利用物理表面的新型材料，一直倍受生物、环保领域科研人员的青睐，这是因为它作为生物催化剂的载体具有无毒害作用、稳定性优异、传质性能好、机械强度高、生物亲合性好、操作简单、价廉易得等优点。而作为微生物固定化载体应具备以下条件：①较高的比表面积，有利于固定，应不低于100m²/g；②载体不明显降低生物的活性，本身性能稳定，不会使微生物中毒；③具有足够的机械性能，在满足强度要求条件下，密度要小；④耐化学腐蚀，不受细菌腐蚀等。硅藻土基多孔陶瓷因其原料为天然无机物质，孔隙率可达亚微米级，可将氧深入到更深的气孔中，不易发生扩散限制等优点，已应用到微生物的固定化中，且技术已较为成熟。如利用多孔陶瓷固定的酵母细胞已应用到啤酒的工业化生产中。

多孔陶瓷的多孔结构是其制备的难点与关键，根据不同的作用需求，制备方法主要有造孔剂法、挤出成型法、颗粒堆积成型法、发泡法、有机泡沫浸渍法、溶胶-凝胶法等。固定微生物的载体孔径分布一般都有特定的要求：通常70%的孔径应大于微生物的最小尺寸，但又小于微生物最大尺寸的5倍。埃博霉素的生产菌株粘细菌是革兰氏阴性菌，其营养细胞一般呈杆状，细胞长度大约为3～6μm，直径约0.7～1.0μm，柔软，无坚硬的细胞壁，无鞭毛，不能游动，采用滑动行为形成薄而扩展的菌落，协同运动，共同捕食。因此要求多孔陶瓷的孔径要大约在5～10μm，较大的比表面积以为粘细菌提供良好的生长附着面。

用添加造孔剂法制备多孔陶瓷是通过在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占有一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基体后，形成多孔制品。可以通过造孔剂种类和用量的选择来控制孔径大小。另一方面，选择造孔剂时要求在加热过程中易于排除，且对基体无毒害作用；不与基体反应；对环境无害等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷制备方法，制备得到适合于粘细菌的固定化载体，操作步骤简单易行，环境友好。

本发明是通过以下技术方案来实现，本发明包括以下步骤：

一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1）按质量份数计，将40～50份的生硅藻土，35～40份的煅烧硅藻土，15～20份的粘土，充分混合后过筛，得混合粉料；向混合粉料中加水后球磨，得到料浆，并将料浆干燥；

2）干燥后的料浆研磨后过筛，加入过筛后的料浆质量1～2%的造孔剂，混合后过筛，得到含有造孔剂的混合粉料；

3）向含有造孔剂的混合粉料喷水后整粒，然后于密闭空间中静置；再在5～15MPa的压力下下压片成型；

4）成型后在250～350℃下干燥1～3h后，然后在1000℃以上的条件下烧结10～50min，得到吸附固定粘细菌的多孔陶瓷。

所述的煅烧硅藻土是生硅藻土经800～1200℃煅烧至少0.5h后，自然冷却得到的；

将生硅藻土、煅烧硅藻土和粘土均经40～80目筛后，再混合、过筛得到混合粉料。

所述步骤1）中加入水的量为混合粉料总质量的20～30%。

所述步骤1）的球磨时间为20～30min。

所述步骤2）加入造孔剂是木屑和石蜡的混合物，其中木屑与石蜡的质量比为1:0.5～2。

所述的木屑和石蜡过80目筛后再进行混合；

步骤2）所述干燥后的料浆研磨后过40～80目筛，加入造孔剂混合后过40～80目筛至少三次。

所述步骤3）喷入水的量为含有造孔剂的混合粉料总质量的2～3%，经整粒的混合粉料静置于密闭空间2～4小时。

所述步骤3）所述的压片是压制圆柱状样品。

所述的多孔陶瓷的抗折强度为15～20MPa，比表面积在20～30m²/g，孔径在5～10μm。

所制备的吸附固定粘细菌的多孔陶瓷为液体中生长的粘细菌提供固体生长环境中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，从所要固定的微生物菌体粘细菌聚集扩展的生长特点出发，选择对菌体没有伤害的天然无机材料，首先硅藻土自身的微孔结构，增大了多孔陶瓷的比表面积，有利于固定更多的菌，其次选择的造孔剂在加热时易挥发除去，且造孔剂不与基体发生反应，对基体无毒害作用，最后通过控制造孔剂的用量制备得到所期望的多孔陶瓷。

本发明提供的吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，通过测定所得多孔陶瓷的抗折强度、比表面积、孔径分布等指标，得到适合于粘细菌的固定化载体，该载体具有较高的比表面积，保证了良好的机械强度，且不易腐蚀。本发明提供的用于固定粘细菌的硅藻土基多孔陶瓷的制备方法，简单易行，环境友好。

本发明提供的吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，所制成的硅藻土基多孔陶瓷，孔径在5～10μm，抗折强度为15～20MPa，比表面积为40～50m²/g，吸水率达到50%;能够良好的吸附固定粘细菌，吸附量达到了10～15mg/g，并且在吸附固定粘细菌过程中磨损较少。

附图说明

图1为制备的硅藻土基多孔陶瓷的微观结构图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

1）称取过60目筛的生硅藻土40g，煅烧硅藻土35g，粘土15g，混合后加入20g水，在球磨机中球磨30min，将得到的浆液倒入搪瓷盘中，于105℃下干燥过夜。

2）将干燥后的料浆研磨后过40目筛，再加入过80目筛的木屑1g，石蜡1g进行混合后过40目筛3次，使其混合均匀；

缓慢喷洒2g水后过3次40目筛，进行整粒，装入密封袋密封静置3h。

3）将经整粒的混合粉料用粉末压片机在5MPa下压制尺寸为Ф10×20mm样品；

4）将成型后的样品在300℃干燥3h后，放入电阻炉中1000℃保温30min使造孔剂挥发，得到硅藻土基多孔陶瓷。

图1是本发明实施例1所制备的硅藻土基多孔陶瓷用扫描电镜观察的微观结构图，由图看出所制备的硅藻土基多孔陶瓷具有高气孔率的特性。通过万能材料试验机测定其抗折强度为15MPa，在吸附粘细菌的过程中不会断裂或破损；经比表面积测试仪测定的比表面积为35m²/g、，孔径为5～10μm，孔隙率为43%，所得的多孔陶瓷的比表面积较大，孔径也满足微生物载体孔径分布的一般要求，且初步对粘细菌的吸附量达到12mg/g。

实施例2

1）称取过40目筛的生硅藻土45g，煅烧硅藻土37g，粘土20g，混合后加入20g水，在球磨机中球磨20min，将得到的浆液倒入搪瓷盘中，于105℃下干燥过夜。

2）将干燥后的料浆研磨后过60目筛，再加入过80目筛的木屑1g，石蜡1g混合，进行混合后过80目筛4次，使其混合均匀；

缓慢喷洒3g水后过3次40目筛，进行整粒，装入密封袋密封静置4h。

3）将经整粒的混合粉料用粉末压片机在15MPa下压制尺寸为Ф10×20mm样品；

4）将成型后的样品在300℃干燥3h后，放入电阻炉中1000℃保温30min使造孔剂挥发，得到高气孔率的硅藻土基多孔陶瓷。

实施例3

1）称取过80目筛的生硅藻土40g，煅烧硅藻土35g，粘土17g，混合后加入20g水，在球磨机中球磨30min，将过滤后的浆液倒入搪瓷盘中，于105℃下干燥过夜。

2）将干燥后的料浆研磨后过80目筛，再加入过80目筛的木屑1.0g，石蜡0.5g混合，进行混合后过40目筛5次，使其混合均匀；

缓慢喷洒2.0g水后过3次40目筛，进行整粒，装入密封袋密封静置2h。

3）用粉末压片机在15MPa下压制尺寸为Ф10×20mm样品；

4）将成型后的样品在300℃干燥3h后，放入电阻炉中1000℃保温30min 使造孔剂挥发，得到高气孔率的硅藻土基多孔陶瓷。

实施例4

1）称取过80目筛的生硅藻土45g，煅烧硅藻土40g，粘土17g，混合后加入25g水，在球磨机中球磨25min，将过滤后的浆液倒入搪瓷盘中，于105℃下干燥过夜。

2）将干燥后的料浆研磨后过80目筛，再加入过80目筛的木屑0.5g，石蜡0.5g混合，进行混合后过60目筛5次，使其混合均匀；

缓慢喷洒1.5g水后过3次40目筛，进行整粒，装入密封袋密封静置2h。

3）用粉末压片机在10MPa下压制尺寸为Ф10×20mm样品；

实施例5

1）称取过80目筛的生硅藻土40g，煅烧硅藻土35g，粘土17g，混合后加入25g水，在球磨机中球磨25min，将过滤后的浆液倒入搪瓷盘中，于105℃下干燥过夜。

2）将干燥后的料浆研磨后过80目筛，再加入过80目筛的木屑1.0g，石蜡0.5g混合，进行混合后过60目筛5次，使其混合均匀；

3）用粉末压片机在10MPa下压制尺寸为Ф10×20mm样品；

实施例6

1）称取过80目筛的生硅藻土45g，煅烧硅藻土40g，粘土20g，混合后加入30g水，在球磨机中球磨25min，将过滤后的浆液倒入搪瓷盘中，于105℃下干燥过夜。

2）将干燥后的料浆研磨后过80目筛，再加入过80目筛的木屑0.5g，石蜡1.0g混合，进行混合后过60目筛5次，使其混合均匀；

3）用粉末压片机在10MPa下压制尺寸为Ф10×20mm样品；

实施例7

吸附固定粘细菌的多孔陶瓷在粘细菌发酵中的应用：

1）多孔陶瓷的前处理

将尺寸为Ф20×10mm的多孔陶瓷150℃高温灭菌30min，自然冷却。将发酵液加到多孔陶瓷样品中，完全覆盖样品后高出约50mm，常温下缓慢摇晃1h，静置2h后倾去发酵液，多孔陶瓷干燥待用。

2）发酵培养

按100mL接种5～10mg菌种的比例，将纤维堆囊菌（Sorangium cellulosum）菌悬液接种于发酵液中，然后加入菌种质量100倍预处理过的多孔陶瓷，在25～35℃，180～220rpm摇床培养72～96h。

发酵液成分为：酵母粉20g/L、玉米淀粉5g/L、磷酸二氢钠2g/L、磷酸氢二钠2g/L、MgSO₄·7H₂O5g/L、FeSO₄·7H₂O0.1g/L、CaCl₂5g/L、MnCl₂0.1g/L和葡萄糖10g/L，调节pH为7.2。

发酵培养结束后，测定多孔陶瓷吸附固定粘细菌量，由于多孔陶瓷在吸附固定粘细菌过程中受到发酵液长时间的冲刷，会使其边缘受到一定的磨损，所以要用灼烧干重法；即称取一定量的固定化载体95℃干燥至恒重，质量为 m₀，再在电阻炉中500℃灼烧1h，自然冷却后称重m₁，则菌体干重为m₀－m₁。检测结果表明多孔陶瓷对粘细菌的吸附固定量以达到了20mg/g。

Claims

1.一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的煅烧硅藻土是生硅藻土经800～1200℃煅烧至少0.5h后，自然冷却得到的；

3.根据权利要求1所述的一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤1）中加入水的量为混合粉料总质量的20～30%。

4.根据权利要求1所述的一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷制备方法，其特征在于：步骤1）所述的球磨时间为20～30min。

5.根据权利要求1所述的一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤2）加入造孔剂是木屑和石蜡的混合物，其中木屑与石蜡的质量比为1:0.5～2。

6.根据权利要求5所述的一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的木屑和石蜡过80目筛后再进行混合；

7.根据权利要求1所述的一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤3）喷入水的量为含有造孔剂的混合粉料总质量的2～3%，经整粒的混合粉料静置于密闭空间2～4小时。

8.根据权利要求1所述的一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤3）所述的压片是压制圆柱状样品。

9.根据权利要求1所述的一种吸附固定粘细菌的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的多孔陶瓷的抗折强度为15～20MPa，比表面积在20～30m²/g，孔径在5～10μm。

10.权利要求1所制备的吸附固定粘细菌的多孔陶瓷为液体中生长的粘细菌提供固体生长环境中的应用。