CN103194436A - 微生物载体的密度调节方法 - Google Patents

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李宗慧
刘金泉
刑成良
屈佳玉
王俊安
任彦强
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Abstract

本发明公开了一种微生物载体的密度调节方法，属于微生物载体制备领域。该方法包括：亲水改性：将高分子中空微球经溶剂浸泡1～10min；制备混合液：将经溶剂浸泡后的所述高分子中空微球，加入体系粘度大于10cP且稳定时间不小于1h的混合液中；载体成型：将上述制得的所述混合液加入常规的微生物载体反应液中，按照原有微生物载体制备的方法反应成型即制得密度调节后的微生物载体。该方法可以在保持优良微生物载体性能的同时，密度可以在与水接近的范围内随意调节，密度调节范围可以从1.01～1.07g/cm3根据需要调节到0.99～1.02g/cm3，从而解决密度调整的局限性。

Description

微生物载体的密度调节方法
技术领域
本发明涉及微生物载体制备领域，特别是涉及一种微生物载体的密度调节方法。
背景技术
微生物载体技术是通过化学或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内，从而每个凝胶珠都可以看成是一个小的生物反应器。在环保领域中，固定化生物技术具有微生物密度高、反应迅速、微生物流失少、产物易分离、反应过程易控制的优点。然而，普通的高分子凝胶存在力学性能差、吸附性能差或者不具备特殊需要的功能。为了解决这一问题研究者往往在微生物载体合成体系中往往加入蛭石、硅藻土、粘土、磁性粒子及污泥提取物等组分，以提高载体的综合性能。而调节组分的加入却又导致了微生物载体凝胶密度的增加，使得水凝胶密度达到1.02～1.06。这意味着在赋予载体其它性能的同时，降低了其流化性能。而作为微生物载体使用时，载体的流化性能是重要的参数，密度与水越接近，流化性越好。实际操作中为了避免密度增加太多，往往使其密度值处于“可勉强接受”的范围内，而放弃获得更佳性能的机会。而目前没有降低载体水凝胶密度的方法，造成了微生物载体性能调整过程中出现的密度限制问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种微生物载体的密度调节方法，能按需调节微生物载体的密度，从而解决现有微生物载体性能调整过程中密度的限制问题。
解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种微生物载体的密度调节方法，包括：
亲水改性：将高分子中空微球经溶剂浸泡1～10min；
制备混合液：将经溶剂浸泡后的所述高分子中空微球，加入体系粘度大于10cP且稳定时间不小于1h的混合液中;
载体成型：将上述制得的所述混合液加入常规的微生物载体反应液中，按照原有微生物载体制备的方法反应成型即制得密度调节后的微生物载体。
本发明的调节方法，通过将亲水性高分子中空微球经溶剂浸泡，使其暂时具有亲水性和易分散性，并将其分散于具有一定粘度的混合液中，在原有水凝胶载体制备过程中缓和的分散条件下即可制得密度调节后的微生物载体水凝胶，由于反应液会随后制备成水凝胶，而水凝胶过程的反应往往在很短的时间内完成，对混合液的稳定性要求稳定时间不低于1h即可，本发明采用亲水溶剂浸润的方法，使高分子中空微球表面获得暂时的亲水性和易分散性，在水凝胶载体制备过程中缓和的分散条件下即可实现良好分散，对于包含有活性微生物的载体凝胶而言，可以较好的保持其生物活性。该密度调节方法属于物理调节，只需按照原有微生物载体制备的方法反应成型即可，对载体成型反应和微生物活性影响较小，原有工艺基本不需改动，普适性好。可以在保持优良微生物载体性能的同时，制成的水凝胶密度可以在与水接近的范围内随意调节，密度调节范围可以从1.01～1.07g/cm3根据需要调节到0.99～1.02g/cm3。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，可对调节所制备的作为微生物载体的水凝胶的密度，解决现有微生物载体性能调整过程中密度限制的问题。该方法包括以下步骤：
1）亲水改性：将高分子中空微球经溶剂浸泡1～10min，使用的溶剂可以为甲醇、乙醇、丙醇、甘油、丙酮、乙二醇、温度高于50℃的热水中的任一种，优选乙醇、甘油等环境友好型溶剂，浸泡后可使高分子中空微球获得较强的暂时亲水性和易分散性；
2）制备混合液：将经溶剂处理后的高分子中空微球，作为组分之一加入体系粘度大于10cP的混合液中；粘度偏低时，在加入前添加适量的羧甲基纤维素钠、粘土、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等增稠剂并充分分散，使其粘度值>10cP，且不丧失流动性；该过程用于保证高分子中空微球的良好分散，对混合液的稳定性要求稳定时间不低于1h；
3）载体成型：将步骤2）中的获得的混合液加入常规的载体凝胶反应液中，按照原有微生物载体制备的方法反应成型即可制得密度可控的生物载体凝胶。制得的微生物载体密度与水十分接近，在水体系中流化状态十分均匀。
上述方法中的高分子中空微球，材质为聚丙烯酸、聚丙烯腈等；表面可有无机矿物涂覆层。所述高分子中空微球密度为0.05～0.4g/cm3，优选0.1～0.25g/cm3，该高分子中空微球粒径为1～100微米，优选5～50微米。
微生物载体的一个重要特征是内部包埋有活性微生物，不适合剧烈的分散。本发明的方法通过将亲水性高分子中空微球经过迅速的暂时亲水处理，分散于具有一定粘度的混合液中，在原有水凝胶载体制备过程中缓和的分散条件下即可实施，由于混合液会随后制备成水凝胶，而水凝胶过程的反应往往在很短的时间内完成，对混合液的稳定性要求稳定时间不低于1h即可，本发明采用亲水溶剂浸润的方法，使高分子中空微球表面获得暂时的亲水性和易分散性，在水凝胶载体制备过程中缓和的分散条件下即可实现良好分散，对于包含有活性微生物的载体凝胶而言，可以较好的保持其生物活性。本发明的密度调节方法属于物理调节，只需按照原有微生物载体制备的方法反应成型即可，对载体成型反应和微生物活性影响较小，原有工艺基本不需改动，普适性好。可以在保持优良微生物载体性能的同时，密度可以在与水接近的范围内随意调节，密度调节范围可以从1.01～1.07g/cm3根据需要调节到0.99～1.02g/cm3，从而解决密度调整的局限性。
下面结合具体实施例对本发明的调节方法作进一步地详细描述。
实施例1
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
质量浓度为12%的PVA水溶液，含有磁性粒子及活性微生物，在硼酸中滴落成型获得交联水凝胶载体，所获载体凝胶密度为1.025。本方法首先将聚丙烯酸中空粒子在乙二醇中浸泡8min，然后在凝胶反应液中添加体积分数2%的亲水改性的聚丙烯腈中空粒子（表面有碳酸钙涂覆），粒径1～10微米，密度0.35g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.011g/cm3。
实施例2
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
丙烯酰胺交联水凝胶载体，含有蛭石及污泥提取物，初始载体凝胶密度为1.05。本方法首先将聚丙烯酸中空粒子在乙醇中浸泡9min，然后在凝胶反应液中添加体积分数4%的亲水改性的聚丙烯酸中空粒子，粒径20～25微米，密度0.1g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.014g/cm3。
实施例3
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
丙烯酰胺交联水凝胶载体，含有粘土、污泥提取物等，初始载体凝胶密度为1.02。本方法首先将聚丙烯酸中空粒子在甘油中浸泡5min，然后在凝胶反应液中添加体积分数2%的亲水改性的聚丙烯酸中空粒子，粒径10～20微米，密度0.15g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.004g/cm3。
实施例4
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
丙烯酰胺交联水凝胶载体，含有粘土、污泥提取物等，初始载体凝胶密度为1.02。本方法首先将聚丙烯酸中空粒子在甲醇中浸泡5min，然后在凝胶反应液中添加体积分数3%的亲水改性的聚丙烯酸中空粒子，粒径10～20微米，密度0.15g/cm3，所获新的载体凝胶密度为0.998g/cm3。
实施例5
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
质量浓度为10%的PVA水溶液，含有硅藻土及活性微生物，在硼酸中滴落成型获得交联水凝胶载体，所获载体凝胶密度为1.025。本方法首先将聚丙烯腈中空粒子在甲醇中浸泡2min，然后在凝胶反应液中添加体积分数2%的亲水改性的聚丙烯腈中空粒子（表面有碳酸钙涂覆），粒径5～10微米，密度0.35g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.011g/cm3。
实施例6
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
丙烯酰胺交联水凝胶载体，含有无机污泥提取物及硝化细菌等，初始载体凝胶密度为1.04。本方法首先将聚丙烯酸中空粒子在乙醇中浸泡10min，然后在凝胶反应液中先添加0.5%粘土至粘度>10cP，之后添加体积分数3%的亲水改性的聚丙烯酸中空粒子，粒径10～20微米，密度0.15g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.01g/cm3。
实施例7
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
丙烯酰胺交联水凝胶载体，含有硝化细菌及无机培养基组分等，初始载体凝胶密度为1.012。本方法首先将聚丙烯腈中空粒子在甘油中浸泡8min，然后在凝胶反应液中添加0.1%的羧甲基纤维素至粘度>10cP，之后添加体积分数1.5%的亲水改性的聚丙烯腈中空粒子，粒径10～20微米，密度0.2g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.00g/cm3。
实施例8
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
丙烯酰胺交联水凝胶载体，含有蛭石及污泥提取物，初始载体凝胶密度为1.06。本方法首先将聚丙烯酸中空粒子在热水中浸泡5min，然后在凝胶反应液中添加体积分数2%的亲水改性的聚丙烯酸中空粒子，粒径20～25微米，密度0.2g/cm3，同时添加体积分数2%的聚丙烯腈中空粒子，粒径50～75微米，密度0.05g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.025g/cm3。
实施例9
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
丙烯酰胺交联水凝胶载体，含有蛭石及污泥提取物，初始载体凝胶密度为1.06g/cm3。本方法首先将聚丙烯酸和聚丙烯腈中空粒子在丙酮浸泡2min，然后在凝胶反应液中添加体积分数2%的亲水改性的聚丙烯酸中空粒子，粒径20～25微米，密度0.05g/cm3，同时添加体积分数3%的聚丙烯腈中空粒子，粒径20～50微米，密度0.05g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.01g/cm3。
实施例10
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
海藻酸钠凝胶载体，含有活性微生物及培养基组分，在氯化钙水溶液中滴落成型获得交联水凝胶载体，所获载体凝胶密度为1.012。本方法首先将聚丙烯腈中空粒子在甲醇中浸泡1min，然后在4%海藻酸钠反应液中添加体积分数1%的亲水改性的聚丙烯腈中空粒子表面有碳酸钙涂覆），粒径10～20微米，密度0.2g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.002g/cm3。
实施例11
本实施例提供一种微生物载体的密度调节方法，具体如下：
丙烯酰胺交联水凝胶载体，含有硝化细菌及无机培养基组分等，初始载体凝胶密度为1.012。本方法首先将聚丙烯腈中空粒子在乙醇中浸泡3min，反应液中首先添加1%的聚乙烯醇使至粘度>10cP，然后添加体积分数1%的亲水改性的聚丙烯腈中空粒子，粒径10～20微米，密度0.25g/cm3，所获新的载体凝胶密度为1.004g/cm3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种微生物载体的密度调节方法，包括：
亲水改性：将高分子中空微球经溶剂浸泡1～10min；
制备混合液：将经溶剂浸泡后的所述高分子中空微球，加入体系粘度大于10cP且稳定时间不小于1h的混合液中；
载体成型：将上述制得的所述混合液加入常规的微生物载体反应液中，按照原有微生物载体制备的方法反应成型即制得密度调节后的微生物载体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子中空微球的粒径为1～100微米，密度为0.05～0.4g/cm3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子中空微球的粒径为5～50微米，密度为0.1～0.25g/cm3。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述高分子中空微球的材质为聚丙烯酸或聚丙烯腈。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述高分子中空微球表面具有无机矿物涂覆层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂采用甲醇、乙醇、丙醇、甘油、丙酮、乙二醇、温度高于50℃的热水中的至少一种。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述溶剂采用乙醇或甘油。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备混合液步骤中，若混合液的体系粘度小于10cP，还包括加入增稠剂充分分散，使其体系粘度大于10cP。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述增稠剂采用羧甲基纤维素钠、粘土、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的至少一种。
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