CN106282153A

CN106282153A - 负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN106282153A
Application number: CN201610765460.2A
Authority: CN
Inventors: 邓红兵; 邱晓丹; 曾召阳; 施晓文; 杜予民
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: CN106282153B

Abstract

本发明公开了一种基于静电纺丝‑静电喷涂交替使用以制备可吸附重金属的负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜的方法。将高分子复合物溶解于有机溶剂中，磁力搅拌得到混合溶液；然后通过静电纺丝技术制备微纳米纤维膜；将微生物分散在去离子水中，搅拌均匀静电喷涂于微纳米纤维膜表面；样品放入真空干燥箱中干燥至溶剂完全挥发，此为1个双层；重复操作可获得所需层数奇偶性不同的负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜。尤为新颖的是，该类材料可以进行重复解吸与再利用，吸附效果较显著。且本发明原料成本低、生物相容性好，反应条件温和、适用广泛等，且有望进行大规模的工业生产。

Description

负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种采用静电纺丝-静电喷涂交替制备负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜及其制备方法以及其在修复重金属污染领域中的应用。

背景技术

20世纪以来，随着科学技术的迅猛发展，在促进经济发展，提高人民生活水平的同时，人类也付出了惨重的代价。例如冶金、采矿、电镀、农药和皮革、造纸及电池制造等行业的快速发展，各种含有重金属的污水直接或间接排放到外部环境，随着生物链的不断富积，使其超出正常范围，直接威胁人类健康，并导致环境质量的恶化，特别是在发展中国家，诸如上述的问题更为严峻。

传统的重金属处理方法有很多，包括化学沉淀、离子交换、电化学沉积、膜技术、活性炭吸附等，然而它们各自都有其局限性。化学沉淀和电化学沉积只有在较高浓度条件下才起作用，在处理重金属浓度在1-100mg/L这种较低浓度的污水时，效果就不明显，同时也会产生大量含重金属的污泥，后续处理困难；采用离子交换、膜技术、活性炭吸附等方法处理大量低浓度的重金属污水时，其成本相当昂贵，限制了其大规模的使用。因此寻找一种覆盖浓度广、环保便捷且成本低廉的处理方法具有极大的意义。

随着当前研究的不断进步，生物替代材料为重金属的吸附开辟了一条新的道路，生物吸附材料包括细菌、真菌、藻类等。这些生物材料可与重金属发生螯合、离子交换等反应，把污水中的重金属离子浓度从ppt水平降到ppb水平。加之生物材料容易从工业化生产或其他产业的副产物中获得，并且能迅速地把重金属离子从水中去除，因此，生物材料成为当前一类较为理想的处理大规模重金属污水的替代材料。然而，目前的研究还停留在实验室层面，规模化运作研究还不足。对于生物材料的固定、材料的再生和重复利用、吸附条件的优化等领域还需要投入更多的精力。故此，如何针对此类污染，将具备不同优势的技术结合制备多功能复合吸附材料仍是材料领域和环境污染控制领域的难题和热点，若能将生物修复技术和传统吸附剂相结合制备新型吸附材料，有望达到更好的吸附效果。

自从福马斯（Formhals）的一系列专利公开以后，静电纺丝技术已经成为一种切实可行的获得超细纤维膜材料的有效方法。静电纺丝不同于传统的纺丝加工技术，它主要是借助于高压静电场使聚合物溶液或者熔体带电并产生形变，在喷头末端处形成悬垂的锥状液滴；当液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时，在液滴表面就会高速喷射出聚合物微小液体流，简称“射流”；这些射流在一个较短的距离内经过电场力的高速拉伸、溶剂挥发与固化，最终沉积在接收极板上，形成聚合物纤维。通过静电纺丝技术所获得的纤维，直径分布一般在几纳米至几微米之间，由这些纤维构成的膜材料则具有三维立体空间结构。它不但具有纳米颗粒尺寸微小、比表面积高的优点，同时还具有机械稳定性好、纤维膜孔径小、孔隙率高、纤维连续性好等特性。如果带电的液体为小分子液体或者低粘度的高分子液体，当在喷头末端施加的电压超过某个临界值时，就会从其末端喷射出微小带电液滴，向其反电极方向运动，使得溶液微粒吸附于接收极板上，这一过程称为“静电喷涂”。基于静电纺丝-静电喷涂技术，高分子被电纺成微纳米纤维膜，微生物电喷于膜表面，即可制备出具有三维结构的夹心状复合生物吸附材料。

中国专利“一种用于船舶修造污水处理的固化微生物菌剂及其制备方法和应用”（公开号CN105695444A）公开了一种采用海藻酸钠、CaCl₂、贻贝壳粉以及柠檬酸作为固化材料，固化嗜盐石油烃降解菌体的方法。具体是将贻贝壳粉改性，然后与菌体浓缩液混合吸附，得到改性的贻贝壳粉，再将其与海藻酸钠混合，用成球设备分散成球，交联一段时间后得到固定化微生物菌剂。该方法操作相对繁琐，而且耗时。另外，该方法与本发明的区别在于，该方法选取的固化剂主要是无机物，而本发明属于新材料领域，选取的固化材料主要是高分子，差别较大。

中国专利“苄基三甲基有机膨润土、生物多糖复合载体固定化酿酒酵母细胞及其制备方法”（公开号CN101157915）公开了一种采用苄基三甲基有机膨润土、生物多糖复合载体固定化酿酒酵母细胞的制备方法，该方法是以苄基三甲基有机膨润土、卡拉胶和瓜尔豆胶为原料，氯化钾水溶液为固化剂制备具有较好性能的酿酒酵母固定化细胞。该方法与本发明的区别在于，所选固定化基质不同，该方法选用的是复合多糖的水溶液，而本发明所选用的基质是有机物和无机物混合经由静电纺丝所制备的微纳米纤维复合膜。

中国专利“以酿酒酵母作为生物识别元件快速测定BOD的方法”（公开号CN101644702A）公开了一种利用聚乙烯醇（PVA）固定化酿酒酵母制备生物识别原件的工艺，具体是将酿酒酵母细胞悬浮于一定的去离子水中，然后与溶解好的PVA溶液混合，得到均匀的混合液，然后将该混合液滴入饱和硼酸溶液中，充分交联10-12小时后取出，用去离子水冲洗后，即可得到作为生物识别原件的固定化酿酒酵母颗粒。该方法与本发明的区别在于，该方法涉及的技术是交联，而本发明的技术依托于静电纺丝和静电喷涂的交替使用，存在技术层面的较大差异。

中国专利“固定化酿酒酵母，其制备方法及应用”（公开号CN104450664A）公开了利用海藻酸钠固定酿酒酵母的制备方法及其应用，具体是将海藻酸钠与菌体的混合液滴入到钙盐溶液中，使混合物反应4~16小时，然后滤出固定化颗粒并洗净，即可得到固定化的酿酒酵母。本发明侧重于得到的是固体颗粒状固化物，而本发明是在微纳米材料膜表面的固化，得到的是具有夹心状的复合微纳米材料。

虽然与固定化微生物相关的研究和专利很多，但目前仍没有与本发明一样将原料静电喷涂于经由静电纺丝制得的纳米纤维膜上，交替静电纺丝-静电喷涂过程，得到负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜的事例，另外，将其投加于反应体系中具有操作简便、无毒无害、可重复使用、成本低廉的优点。

发明内容

本发明目的在于弥补现有技术存在的不足，提供一种利用静电纺丝-静电喷涂交替使用制备可吸附重金属的负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜的方法。该方法利用来源广泛的具备良好机械性能、生物相容性，可与其它一系列有机物或者无机物共混的天然高分子物质的可纺性，将微生物悬浊液静电喷涂至静电纺丝得到的膜材料上，交替使用静电纺丝-静电喷涂技术，即可得到负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜，所得产品可用于污水领域的重金属吸附。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于静电纺丝-静电喷涂交替使用制备负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜的方法，包括以下步骤：

（1）将（）高分子和无机物或（）高分子加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得到高分子溶液；将高分子溶液直接通过静电纺丝技术制备成高分子微纳米纤维膜，或向高分子溶液中加入层状硅酸盐粘土矿物，分散均匀后再通过静电纺丝技术制备成高分子微纳米纤维膜；

（2）将微生物干菌粉分散在去离子水中，搅拌均匀，得到微生物悬浊液；将微生物悬浊液静电喷涂在高分子微纳米纤维膜表面，然后将样品干燥至溶剂完全挥发，即得到含有单层高分子微纳米纤维膜和单层微生物层的负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜；

（3）依次重复步骤（1）和步骤（2）若干次，得到多层高分子微纳米纤维膜和多层微生物层交替的负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜；

所述的高分子为醋酸纤维素、壳聚糖、壳寡糖、丝素蛋白、聚乳酸、聚己内酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯、聚异丁烯中的一种或几种；

所述的无机物为二氧化钛或银离子；

所述的有机溶剂为甲酸、乙酸、丙酮、尿素、醋酸、氯苯、苯甲醚、甲酰胺、正己烷、戊醇、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、异丙基苯、异辛烷、二氯甲烷、三氯甲烷、三氟乙酸、四氢呋喃、四氯化碳、甲基异丙酮、甲基四氢呋喃、苯、甲苯、乙腈、二甲基亚砜、N,N二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或两种。

所述的层状硅酸盐粘土矿物为蒙脱土或累托石。

所述的层状硅酸盐粘土矿物的质量是高分子质量的0.5 %。

静电纺丝的参数为：灌注速度为0.3-4 mL/h，高压直流电源的电压为10-20 kV，针头到接收板的距离为7-25 cm，环境温度为15-30 ℃，湿度为30-70 %。

静电喷涂的参数为：灌注速度为0.5-5 mL/h，高压直流电源的电压为15-25 kV，针头到接收板的距离为3-20 cm，环境温度为15-30 ℃，湿度为30-70 %。

所述的微生物干菌粉通过以下方式得到：依次将微生物冻干粉活化、扩大培养、离心冷冻，即得到微生物干菌粉。

所述的微生物为酿酒酵母菌或芽孢杆菌。

步骤（2）所述的干燥方法为自然干燥、真空冷冻干燥或于鼓风干燥箱中烘干。

一种负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜，通过上述方法制备得到。

一种利用上述负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜处理重金属污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：将上述负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜投入重金属污染的水中，调节pH至3-7，即可吸附水中的重金属；所述的重金属为Zn、Pb、Cd、Cr、Cu中的一种或几种。

本发明的原理具体如下：本发明采用静电纺丝-静电喷涂技术交替使用制备负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜，具体包括如下步骤：将原料溶于有机溶剂中，搅拌一定时间，随后经由静电纺丝得到高分子微纳米纤维膜，作为被喷涂基底；在外加电压的作用下，微生物悬浊液经过加速，落于接收极板上，真空干燥至溶剂完全挥发，至此即为静电纺丝-静电喷涂的1个双层（高分子微纳米纤维膜和微生物层）；重复操作可获得所需层数奇偶性不同的负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜。高分子微纳米纤维膜和微生物层至少为1层，不设定上限。

下面以静电纺丝聚己内酯/壳聚糖/累托石复合物制备微纳米膜，然后静电喷涂酿酒酵母菌悬液于膜表面制备夹心状的纳米纤维复合膜材料为例介绍该方法，包括如下步骤：

（1）将聚己内酯、壳聚糖、累托石溶解于丙酮和甲酸的混合溶液中，磁力搅拌得到混合溶液；然后通过静电纺丝技术制备得到聚己内酯微纳米纤维复合膜。

（2）将酿酒酵母粉分散于去离子水中，搅拌均匀后静电喷涂于纳米纤维膜表面。

（3）样品放入真空干燥箱中干燥至溶剂完全挥发，此为1个双层；重复操作可获得所需层数奇偶性不同的负载酿酒酵母的夹心微纳米纤维复合膜。

优选的，上述方法包括如下步骤：

（1）首先，用甲酸和丙酮以质量比为1:（0.10-0.98），该质量比值优选为1:（0.20-0.62），更优选为1:（0.30-0.50）配成混合溶剂100体积份，然后将一定量的聚己内酯（PCL）和壳聚糖（CS）加入混合溶剂中，在常温条件下磁力搅拌0.5-24 h，该时间优选为1-15 h，更优选为1-10 h。聚己内酯和壳聚糖溶解后，再加入一定量的累托石（REC），继续在常温下进行磁力搅拌5-48 h，该时间优选为10-40 h，更优选为20-30 h。使累托石均匀分散。本实验中，聚己内酯的质量为1.00-20.04质量份，优选为3.01-15.02质量份，更优选为6.02-10.02质量份；壳聚糖的质量为0.05-8.04质量份，优选为1.01-5.02质量份，更优选为1.50-3.02质量份；累托石的质量为聚己内酯和壳聚糖总质量的0.005-0.05份，优选为0.008-0.03质量份，更优选为0.01-0.02质量份。

（2）静电纺溶液配制完成后，将其装入设备中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电纺丝技术制备聚己内酯微纳米纤维复合膜，参数包括：灌注速度为0.3-4 mL/h，优选为0.7-2.5 mL/h，更优选为0.9-1.5 mL/h。高压直流电源的电压为10-20 kV，针头到接收板的距离调节到7-25 cm。环境温度为15-30 ℃，湿度为30-70 %。

（3）酿酒酵母粉的获取:将购置的少量干菌粉倒至盛有1-15 mL酵母专用的液体培养基的试管中（已灭菌），优选为1-10 mL，更优选为2-5 mL，摇床上过夜，转速100-200 r/min，温度10-40 ℃；将摇过夜的培养基转至盛有30-100 mL液体培养基的150 mL锥形瓶中，置于摇床上过夜，转速100-200 r/min，温度10-40 ℃；将上述培养基转至盛有150-350 mL液体培养基的500 mL锥形瓶中，置于摇床上过夜，转速170 r/min，温度30 ℃；将上述培养基离心分离，收集菌粉，置于冻干机中冻干，冻干时间为10-50 h，优选为15-40 h，更优选为20-35 h，即可得到大量的干酵母菌粉。称取一定量的酿酒酵母分散于去离子水中，在常温条件下搅拌0.5-10 h，该时间优选为1-5 h，更优选为1.5-3 h。以备后续实验使用。酿酒酵母悬浊液浓度为0.007-0.5 g/mL，该浓度优选为0.01-0.3 g/mL，更优选为0.04-0.2 g/mL。

（4）静电喷涂溶液配制完成后，将其装入设备中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电喷涂技术固定酿酒酵母，参数包括：灌注速度为0.5-5 mL/h，优选为0.8-4mL/h，更优选为1.0-3.0 mL/h。高压直流电源的电压为15-25 kV，针头到接收板的距离调节到3-20 cm。环境温度为15-30 ℃，湿度为30-70 %。

（5）静电纺丝-静电喷涂交替技术得到的负载酿酒酵母夹心微纳米纤维复合膜层数为1-10层，随后将所得的纳米纤维复合膜在40-100 ℃下真空干燥，使得溶剂充分挥发，即为吸附所用夹心微纳米纤维复合膜。

与现有技术相比，本发明首次将微纳米材料与微生物相结合，以水环境中“低浓度、高毒性”重金属污染物的安全和高效去除为目标，采用静电纺丝和静电喷涂技术，开展复合纤维吸附材料构建及组装的基础研究，将微生物、高分子和粘土矿集成，制备新型多功能活性吸附材料，调控优化材料结构使其重金属吸附性能最大化，本发明具有原料成本低廉、操作工艺简单、条件温和、重复利用率高、吸附浓度范围广等诸多优点，适用于工业大规模生产，且在国内外相关领域均属新颖。

附图说明

图1是实施例1制备的单层的聚己内酯微纳米纤维复合膜表面的扫描电镜图。

图2是实施例2制备的静电喷涂时间不同的负载酿酒酵母的聚己内酯微纳米纤维复合膜的形貌图；其中，图2（a）的喷涂时间为0.5 h，图2（b）的喷涂时间为1 h。

图3是实施例1、实施例2喷涂时间为1 h、实施例3所制备的微纳米纤维复合膜吸附重金属铅的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，其目的在于帮助更好地理解本发明的技术方案，但这些具体实施例不以任何方式限制本发明的保护范围。

实施例1

（1）首先，以质量比为3:1分别称取甲酸和丙酮各7.56 g和2.52 g，混合均匀，然后将聚己内酯和壳聚糖加入甲酸-丙酮混合溶剂中，在常温条件下磁力搅拌5 h。聚己内酯和壳聚糖溶解后，再加入累托石，继续在常温下磁力搅拌20 h，使累托石分散均匀，得到静电纺丝溶液；静电纺丝溶液中，聚己内酯的质量分数为9%，壳聚糖的质量分数为2%。累托石的质量为聚己内酯和壳聚糖总质量的0.5 %。

（2）静电纺丝溶液搅拌完成后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电纺丝技术制备聚己内酯微纳米纤维膜，参数包括：灌注速度为1.5 mL/h，高压直流电源的电压为10 kV，针头到接收板的距离为15 cm；环境温度为20℃，湿度为50%。

（3）将所得的聚己内酯微纳米纤维膜在60 ℃下真空干燥，使得溶剂充分挥发，得到单层聚己内酯微纳米纤维膜。

所得微纳米纤维膜的形貌见图1，图1是制备的单层聚己内酯微纳米纤维膜表面扫描电镜图。将实施例1制得的微纳米材料膜与实施例2喷涂时间为1 h、实施例3所制得的微纳米材料膜吸附对比图见图3。可看出，无酿酒酵母负载的复合微纳米膜吸附效果较差。

实施例2

（1）首先，分别称取1.04 g的聚己内酯和0.23 g的壳聚糖，然后将其加入甲酸和丙酮的混合溶剂中，甲酸质量为7.56 g，丙酮的质量为2.52 g。并在常温条件下磁力搅拌5 h，聚己内酯和壳聚糖溶解后，再加入累托石，累托石的质量为聚己内酯和壳聚糖总质量的0.5 %，继续在常温下磁力搅拌20 h，使累托石分散均匀，得到静电纺丝溶液。

（2）静电纺丝溶液搅拌均匀后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电纺丝技术制备聚己内酯微纳米纤维膜，参数包括：灌注速度为1.5 mL/h，高压直流电源的电压为10 kV，针头到接收板的距离为15 cm；环境温度为20 ℃，湿度为50%。

（3）酿酒酵母粉的获取：将购买的干菌粉，经由酿酒酵母菌专用的液体培养基活化30 h左右，得到具备活性的酿酒酵母菌培养液，再进行扩大培养，三次扩大培养后，将得到的培养液以10000 r/min的转速高速离心，收集酿酒酵母菌，置于冻干机中冷冻过夜，即可得到大批量的酿酒酵母菌粉。

（4）称取0.3 g的酿酒酵母菌粉，分散于6 mL去离子水中，得到酿酒酵母悬浊液；悬浊液制备完成后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压，然后通过静电喷涂技术固定酿酒酵母，参数包括：灌注速度为0.6 mL/h，高压直流电源的电压为15 kV，针头到接收板的距离为5 cm；环境温度为20 ℃，湿度为50 %。

（5）步骤（4）处理过后得到的负载酿酒酵母的夹心微纳米纤维复合膜层数为1层，随后将所得的聚己内酯微纳米纤维复合膜在60 ℃下真空干燥，使得溶剂充分挥发，即得到吸附重金属离子所用的夹心复合膜。

所得聚己内酯微纳米纤维复合膜的形貌见图2，图2（a）是制备层数为1的喷涂时间为0.5 h固定化酿酒酵母的聚己内酯微纳米纤维复合膜扫描电镜图。图2（b）是制备层数为1的喷涂时间为1 h固定化酿酒酵母的聚己内酯微纳米纤维复合膜扫描电镜图。图2（b）的吸附效果见图3。

实施例3

（1）首先，分别称取1.04 g的聚己内酯和0.23 g的壳聚糖，然后将其加入甲酸和丙酮的混合溶剂中，甲酸的质量为7.56 g，丙酮的质量为2.52 g。并在常温条件下磁力搅拌5 h，聚己内酯和壳聚糖溶解后，再加入累托石，累托石的质量为聚己内酯和壳聚糖总质量的0.5%，继续在常温下磁力搅拌20 h，使累托石分散均匀，得到静电纺丝溶液。

（2）静电纺丝溶液搅拌均匀后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电纺丝技术制备聚己内酯微纳米纤维膜，参数包括：灌注速度为1.5mL/h，高压直流电源的电压为10 kV，针头到接收板的距离为15 cm；环境温度为20 ℃，湿度为50 %。

（4）称取0.3 g的酿酒酵母菌粉，分散于6 mL去离子水中，得到酿酒酵母菌悬浊液；酿酒酵母菌悬浊液制备完成后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电喷涂技术固定酿酒酵母，参数包括：灌注速度为0.6 mL/h，高压直流电源的电压为15 kV，针头到接收板的距离为5 cm。环境温度为20 ℃，湿度为50 %。

（5）依次重复步骤（2）和步骤（4），即得到层数为2的负载酿酒酵母的夹心微纳米纤维复合膜，随后将所得的聚己内酯微纳米纤维复合膜在60 ℃下真空干燥，使得溶剂充分挥发，即得到吸附重金属离子所用的夹心复合膜。所得纳米纤维复合膜的的吸附效果见图3。

实施例4

（1）首先，称取1.01 g的聚苯乙烯和9.02 g的N,N-二甲基甲酰胺，将聚苯乙烯溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，常温条件下磁力搅拌10 h，得到静电纺丝溶液。

（2）静电纺丝溶液搅拌完成后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电纺丝技术制备聚苯乙烯微纳米纤维膜，参数包括：灌注速度为1.0 mL/h，高压直流电源的电压为17 kV，针头到接收板的距离为22 cm；环境温度为18 ℃，湿度为60%。

（3）芽孢杆菌粉的获取:选取某一花坛，去掉表层5~10cm的土壤后取样，然后配制芽孢杆菌富集培养基，将土样用无菌水制成悬浮液适量接种于该芽孢杆菌富集培养基（液体培养基）中，35 ℃培养18～24 h，再经一定的处理除去其他的杂菌，之后将菌悬液适当稀释后接种于芽孢菌分离培养基中，置于35 ℃培养18～24 h。挑取单菌落即为枯草芽孢芽胞菌。挑取单菌落接种于培养基中进行扩大培养，离心分离，收集菌粉，置于冻干机中冷冻过夜，即得到大批量的芽孢杆菌粉。

（4）将0.5 g芽孢杆菌粉分散于10 mL去离子水中，得到芽孢杆菌悬浊液，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电喷涂技术固定芽孢杆菌，参数包括：灌注速度为1 mL/h，高压直流电源的电压为21 kV，针头到接收板的距离为9 cm；环境温度为15 ℃，湿度为70 %。

（5）依次重复步骤（2）和步骤（4），重复3次，得到层数为4的负载芽孢杆菌的夹心微纳米纤维复合膜，随后将所得的该微纳米纤维复合膜置于60 ℃下真空干燥，使得溶剂充分挥发，即得到吸附重金属离子所用的夹心复合膜。

实施例5

（1）首先，称取2.01 g的醋酸纤维素和0.1 g的二氧化钛，再称取8.02 g的丙酮和3.5 g的N,N-二甲基乙酰胺，将原料溶解于丙酮和N,N-二甲基乙酰胺的混合溶剂中，在常温条件下磁力搅拌3 h；待醋酸纤维素和二氧化钛溶解后，再加入0.02 g的累托石，继续在常温下磁力搅拌24 h，使累托石分散均匀，得到静电纺丝溶液。

（2）溶液搅拌完成后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电纺丝技术制备醋酸纤维素微纳米纤维膜，参数包括：灌注速度为1.2 mL/h，高压直流电源的电压为17 kV，针头到接收板的距离为22 cm；环境温度为18 ℃，湿度为60 %。

（4）称取0.3 g的酿酒酵母菌粉，分散于6 mL去离子水中，得到酿酒酵母菌悬浊液；酿酒酵母菌悬浊液制备完成后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电喷涂技术固定酿酒酵母菌，参数包括：灌注速度为0.8 mL/h，高压直流电源的电压为30 kV，针头到接收板的距离为10 cm；环境温度为30 ℃，湿度为40 %。

（5）依次重复步骤（2）和步骤（4），重复2次，得到层数为3的负载酿酒酵母菌的夹心微纳米纤维复合膜，随后将所得的醋酸纤维素微纳米纤维复合膜在60 ℃下真空干燥，使得溶剂充分挥发，即得到吸附重金属离子所用的夹心复合膜。

实施例6

（1）首先，以体积比为5:1分别称取二氯甲烷和丙酮各6.61 mL和1.32 mL，混合均匀，得到二氯甲烷-丙酮混合溶剂；然后将醋酸纤维素和二氧化钛加入二氯甲烷-丙酮混合溶剂中，在常温条件下磁力搅拌2 h。待溶解后，加入5%的硝酸银（原子量之比），继续搅拌15 h，得到静电纺丝溶液，其中，醋酸纤维素的质量分数为7%，二氧化钛的质量分数为20%。

（2）静电纺丝溶液搅拌完成后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电纺丝技术制备醋酸纤维素微纳米纤维膜，参数包括：灌注速度为0.7 mL/h，高压直流电源的电压为12 kV，针头到接收板的距离为15 cm；环境温度为20℃，湿度为50%。

（3）将所得的醋酸纤维素微纳米纤维膜在50 ℃下真空干燥，使得溶剂充分挥发，得到单层醋酸纤维素微纳米纤维膜；

（4）称取0.8 g的酿酒酵母菌粉，分散于8 mL去离子水中，得到酿酒酵母菌悬浊液；酿酒酵母菌悬浊液制备完成后，将其装入注射器中，开启高压电源，调至预定的电压。然后通过静电喷涂技术固定酿酒酵母，参数包括：灌注速度为0.9 mL/h，高压直流电源的电压为12kV，针头到接收板的距离为10 cm。环境温度为28 ℃，湿度为50 %。

（5）依次重复步骤（2）和步骤（4），即得到层数为2的负载酿酒酵母的夹心微纳米纤维复合膜，随后将所得的醋酸纤维素微纳米纤维复合膜在60 ℃下真空干燥，使得溶剂充分挥发，即得到吸附重金属离子所用的夹心复合膜。

Claims

1.一种基于静电纺丝-静电喷涂交替使用制备负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将（）高分子和无机物或（）高分子加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得到高分子溶液；将高分子溶液直接通过静电纺丝技术制备高分子微纳米纤维膜，或向高分子溶液中加入层状硅酸盐粘土矿物，分散均匀后再通过静电纺丝技术制备成高分子微纳米纤维膜；

所述的无机物为二氧化钛或银离子；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的层状硅酸盐粘土矿物为蒙脱土或累托石。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的层状硅酸盐粘土矿物的质量是高分子质量的0.5 %。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：静电纺丝的参数为：灌注速度为0.3-4 mL/h，高压直流电源的电压为10-20 kV，针头到接收板的距离为7-25 cm，环境温度为15-30℃，湿度为30-70 %。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：静电喷涂的参数为：灌注速度为0.5-5 mL/h，高压直流电源的电压为15-25 kV，针头到接收板的距离为3-20 cm，环境温度为15-30℃，湿度为30-70 %。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微生物干菌粉通过以下方式得到：依次将微生物冻干粉活化、扩大培养、离心冷冻，即得到微生物干菌粉。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微生物为酿酒酵母菌或芽孢杆菌。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的干燥方法为自然干燥、真空冷冻干燥或于鼓风干燥箱中烘干。

9.一种负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜，其特征在于：通过权利要求1-8任一项所述的方法制备得到。

10.一种利用权利要求9所述的负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜处理重金属污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求9所述的负载微生物的夹心微纳米纤维复合膜投入重金属污染的水域中，调节pH至3-7，进行吸附反应；所述的重金属为Zn、Pb、Cd、Cr、Cu中的一种或几种。