CN107140748A

CN107140748A - 一种去除水中2，2，4，4‑四溴联苯醚的方法

Info

Publication number: CN107140748A
Application number: CN201710436216.6A
Authority: CN
Inventors: 刘智峰; 邵彬彬; 钟华; 曾光明; 李志刚; 刘洋; 刘玉杰; 蒋艺林
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2017-09-08
Anticipated expiration: 2037-06-12
Also published as: CN107140748B

Abstract

本申请公开了一种去除水中2，2，4，4‑四溴联苯醚的方法，包括将黄孢原毛平革菌和鼠李糖脂加入到含有2，2，4，4‑四溴联苯醚的水中，得到混合液；振荡培养混合液，去除水中的2，2，4，4‑四溴联苯醚。黄孢原毛平革菌能分泌多种胞外酶，特别是木质素过氧化物酶酶活(LiP)，锰过氧化物酶酶活(MnP)及漆酶酶活(Lac)，这三种酶对难降解有机物具有非常好的催化降解效果。生物表面活性剂鼠李糖脂能有效地促进LiP、MnP和Lac三种胞外酶的酶活性，促进黄孢原毛平革菌对水体中BDE‑47的去除。本申请的方法对水体中的BDE‑47具有非常好的去除效果，去除率达到了90％以上。同时，鼠李糖脂是一种环保的表面活性剂，不对环境产生二次污染。

Description

一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法

技术领域

本申请涉及污水处理技术领域，特别涉及一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法。

背景技术

2，2，4，4-四溴联苯醚(BDE-47)是一种常用的溴代阻燃剂，由于其被广泛应用于电子、电器、化工、建筑、交通、纺织、石油和采矿等领域，导致它在土壤，水体，沉积物，大气等不同环境介质中广泛分布，被检出的频率也越来越高。研究表明，BDE-47具有高亲脂性、低水溶性、低蒸气压，可沿食物链逐级放大，并可在环境中远距离迁移。具有神经毒性，生殖发育毒性，免疫毒性，致癌毒性，并对内分泌系统有干扰作用。可见，长期的生产、使用BDE-47导致其在环境中的量不断积累，已经对人类健康及环境安全造成了严重威胁。

目前，关于BDE-47的去除主要集中在化学降解、光降解、微生物降解以及一些联合降解技术。其中紫外光解法、物理化法等方法存在成本高、易造成二次污染等缺点。微生物降解是消除环境中BDE-47的重要手段，具有高效、廉价等优点。目前有研究表明，白腐菌猛过氧化物酶可以有效降解BDE-47，降解率约为70％。

因此，单独使用白腐菌去除水中的BDE-47的方法降解率较低。

发明内容

本申请的目的在于提供一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法，以解决单独使用白腐菌去除水中的BDE-47的方法降解率较低的问题。

根据本申请的实施例，提供了一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法，包括：

将黄孢原毛平革菌和鼠李糖脂(rhamnolipid，RL)加入到含有2，2，4，4-四溴联苯醚的水中，得到混合液；

振荡培养混合液，去除水中的2，2，4，4-四溴联苯醚。

可选的，所述鼠李糖脂的浓度为0.05-1.0CMC。

优选的，所述鼠李糖脂的浓度为0.05-0.1CMC。

可选的，所述振荡培养的条件是37℃，150rpm，连续培养1-7d。

可选的，所述混合液还包括葡萄糖。

可选的，所述葡萄糖的浓度为10g/L。

可选的，所述黄孢原毛平革菌以孢子悬液的方式加入含有2，2，4，4-四溴联苯醚的水中。

可选的，所述黄孢原毛平革菌是在4℃下保存在固体培养基上的，所述固体培养基的组分是：土豆的浸出液200g/L，葡萄糖20g/L，琼脂20g/L，KH₂PO₄ 3g/L，MgSO₄·7H₂O1.5g/L。

由以上技术方案可知，本申请的实施例提供了一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法，包括：将黄孢原毛平革菌和鼠李糖脂加入到含有2，2，4，4-四溴联苯醚的水中，得到混合液；振荡培养混合液，去除水中的2，2，4，4-四溴联苯醚。本申请实施例的黄孢原毛平革菌能分泌多种胞外酶，特别是木质素过氧化物酶酶活(LiP)，锰过氧化物酶酶活(MnP)及漆酶酶活(Lac)，这三种酶对难降解有机物具有非常好的催化降解效果。本申请实施例选用生物表面活性剂鼠李糖脂，鼠李糖脂能有效地促进LiP、MnP和Lac三种胞外酶的酶活性，促进黄孢原毛平革菌对水体中BDE-47的去除。本申请的方法对水体中的BDE-47具有非常好的去除效果，去除率都达到了90％以上。同时鼠李糖脂是一种环保的表面活性剂，不对环境产生二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据实施例1示出的一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法流程图；

图2为鼠李糖脂的临界胶束浓度(CMC)测定结果；

图3为实施例1中不同RL浓度下BDE-47的残留量随时间的变化；

图4为实施例1中不同RL浓度下菌体对BDE-47的吸附量随时间的变化；

图5为实施例1中不同RL浓度下木质素过氧化物酶活(LiP)随时间的变化；

图6为实施例1中不同RL浓度下锰过氧化物酶活(MnP)随时间的变化；

图7为实施例1中不同RL浓度下漆酶酶活(Lac)随时间的变化；

图8为根据实施例2示出的另一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法流程图；

图9为实施例2中不同RL浓度下BDE-47的残留量随时间的变化；

图10为实施例2中不同RL浓度下菌体对BDE-47的吸附量随时间的变化；

图11为实施例2中不同RL浓度下木质素过氧化物酶活(LiP)随时间的变化；

图12为实施例2中不同RL浓度下锰过氧化物酶活(MnP)随时间的变化；

图13为实施例2中不同RL浓度下漆酶酶活(Lac)随时间的变化；

图14为实施例2中不同RL浓度下菌球大小对比图；

图15为实施例1和实施例2中不同RL浓度下菌体的生长状况对比图。

图示说明：

其中，1-未加RL的菌球，2-加入0.05CMC RL的菌球，3-加入0.1CMC RL的菌球，4-加入0.5CMC RL的菌球，5-加入1.0CMC RL的菌球，6-实施例1中未加RL的菌体生长情况，7-实施例1中加入0.05CMC RL的菌体生长情况，8-实施例1中加入0.1CMC RL的菌体生长情况，9-实施例1中加入0.5CMC RL的菌体生长情况，10-实施例1中加入1.0CMC RL的菌体生长情况，11-实施例2中未加RL的菌体生长情况，12-实施例2中加入0.05CMC RL的菌体生长情况，13-实施例2中加入0.1CMC RL的菌体生长情况，14-实施例2中加入0.5CMC RL的菌体生长情况，15-实施例2中加入1.0CMC RL的菌体生长情况。

具体实施方式

实施例1

参阅图1，本申请实施例提供一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法，包括：

将黄孢原毛平革菌和鼠李糖脂加入到含有2，2，4，4-四溴联苯醚的水中，得到混合液；

振荡培养所述混合液，去除水中的2，2，4，4-四溴联苯醚。

黄孢原毛平革菌是一种典型的白腐真菌，研究表明，黄孢原毛平革菌对环境中的难降解有机物具有重要的去除作用。这主要是因为该菌能产生三种重要的胞外酶-木素过氧化物酶(LiP)，锰过氧化物酶(MnP)及漆酶(Lac)。这三种酶能对环境中的难降解有机物有效进行催化开环并进一步降解，同时，振荡培养过程中的球形黄孢原毛平革菌菌球对水体中的污染物具有一定的吸附作用，这也促进黄孢原毛平革菌对BDE-47的去除作用。

RL是一种研究时间最长、应用技术最为成熟的一种阴离子型生物表面活性剂，具有增溶、乳化、消泡、降低表/界面张力、分散与絮凝、抗静电和润滑等多种功能,同时还具有表面活性高、低毒、可自然生物降解等特性，因此被广泛运用于环境中难降解有机物的修复去除中。

本申请实施例中黄孢原毛平革菌固体生长培养基的制作方法，具体步骤如下：

先称取200g去皮后的新鲜土豆，切成小块装入烧杯中，加入超纯水1000mL，然后置于电炉上加热并用玻璃棒不断搅拌，待煮沸后继续文火煮20min，停止加热，待其冷却后用8层纱布过滤，得到土豆浸出液。然后按照固体生长培养基配方(1L)：土豆的浸出液200g,葡萄糖20g，琼脂20g，KH₂PO₄ 3g，MgSO₄·7H₂O 1.5g。此固体生长培养基配方有利于黄孢原毛平革菌生长繁殖。配制好培养基，然后将该培养基放在高温灭菌锅中121℃灭菌20min，将灭好菌的培养基在超净工作台上趁热均匀地分装到一定数量的培养皿中，待其冷却凝固。然后将已在37℃下活化24h的购买的黄孢原毛平革菌接种到凝固好的固体培养基上，做好标签，放置在37℃恒温培养箱中培养4-5d，然后转到4℃条件下保存备用。

本申请实施例中黄孢原毛平革菌孢子悬浮液的制作方法，具体步骤如下：

将固体生长培养基于37℃活化24h，然后在超净工作台上用灭菌棉签轻轻地将孢子刮下转入灭菌超纯水中，轻轻振荡，使其充分分散，制备成乳白色的孢子悬浮液，振荡均匀，制成OD600约为0.8-1.2的孢子悬液，其孢子密度大约为4×10⁶个/mL，并于4℃下保存备用(24h之内)。黄孢原毛平革菌以孢子悬液的方式加入到还有BDE-47的水中，有利于黄孢原毛平革菌在水中分散均匀，且便于控制黄孢原毛平革菌的添加量。

本申请实施例中RL临界胶束浓度的测定方法，测定结果如图2所示，具体步骤如下：

称取一定量的RL(纯度>90％，紫金生物科技，湖州)溶解于液体基础培养基中，配制成浓度为20/30/50/80/100/150/200/300/400/600mg/L的RL浓度，然后用JZ-200A型自动界面张力仪测定每种浓度RL的表面张力大小，将所测出的数据用Excel软件算出RL的临界胶束浓度，如图2所示该RL的临界胶束浓度为104.2mg/L。上述的液体基础培养基的组分为(1L)：KH₂PO₄ 20g，MgSO₄·7H₂O 5g，CaCl₂ 1g。

本申请实施例中RL的浓度为0.05CMC-1.0CMC。为了测定不同浓度RL下黄孢原毛平革菌对水体中的BDE-47的去除效果进行了以下实验，具体步骤如下：

先配制足量的模拟废水环境的液体培养基，其配方为(1L)：酒石酸铵2.0g，VB₁1.2g，400mM藜芦醇1mL，0.2M醋酸钠缓冲溶液(pH＝4.5)100mL，液体基础培养基100mL，微量元素混合液50mL。微量元素混合液(1L)：氨基乙酸1.5g，MgSO₄·7H₂O 3g，MnSO₄0.5g，NaCl1g，FeSO₄·7H₂O 0.1g，CoCl·6H₂O 0.1g，ZnSO₄·7H₂O 0.1g，CuSO₄·5H₂O 0.1g，KAl(SO₄)·12H₂O 10mg，H₃BO₃ 10mg，Na₂MoO₄·2H₂O 10mg，pH自然。然后用该液体培养基配制一系列含RL的液体培养基，其RL浓度包括0CMC，0.05CMC，0.1CMC，0.5CMC，1.0CMC。将配置好的一系列的液体培养基分装置250mL的锥形瓶中，每个锥形瓶包含50mL的液体培养基。然后将所有的锥形瓶放入高温灭菌锅中121℃灭菌20min，再取出转入超净工作台上。然后向每个锥形瓶移取1mL的BDE-47母液，待到正己烷挥发完全，使得每个锥形瓶中包含100μg的BDE-47。再向每个锥形瓶(除去空白组)移取2mL的孢子悬浮液，用8层的纱布将锥形瓶口扎好以防杂菌进入，然后至于37℃，150rpm的恒温振荡培养箱中连续培养7d，每天定时取样测定培养液中BDE-47的残留量，BDE-47在菌球上的吸附量以及黄孢原毛平革菌分泌的木质素过氧化物酶酶活(LiP)，锰过氧化物酶酶活(MnP)及漆酶酶活(Lac)。

其中，BDE-47残留量的萃取方法为：

从培养箱中定期取出定量的锥形瓶，去掉菌球，然后用50mL正己烷萃取三次，每次30min，合并萃取液，萃取物回收率为约85-115％。再用无水硫酸钠处理以除去水，于60℃下用旋转蒸发仪(RE-52CS，垒固，上海)蒸发浓缩后定容到10mL并用GC-MS(7890A-5975C，Agilent Technology,美国)分析测定BDE-47残留量。

上述的菌丝球上BDE-47的萃取方法为：

将上述的菌球放置50mL的锥形瓶中，并加入30mL的正己烷，在室温下超声处理30min，将所得萃取液浓缩至10mL，于GC-MS(7890A-5975C，Agilent Technology，美国)分析测定BDE-47的吸附量。GC-MS的气相色谱条件为：DB-5ms柱(30m×0.25mm×0.25μm)，进样量为1μL，He作为载气，流速为1mL/min。柱子的升温程序为：从70℃开始升温，先保持2min，然后以20℃/min的速率升温到280℃，并保持10min。质谱条件为：EI源，电子能量70eV，灯丝电流100μA，倍增电压1200V，扫描模式scan。

木素过氧化物酶活测定：

采用黎芦醇法，一个酶活力单位(U)定义为每分钟氧化黎芦醇产生1μmol黎芦醛所需的酶量。取0.6mL黎芦醇溶液(10mmol/L)，加入1.2mL酒石酸缓冲液(250mmol/L，pH＝3.0)，与1.2mL粗酶液混匀，得3mL反应液，向反应液中加入60μL H₂O₂溶液(2mmol/L)启动反应，并310nm在下测定反应3min吸光度值的变化。

锰过氧化物酶活测定：

一个酶活力单位(U)定义为每分钟氧化Mn²⁺产生1μmol Mn³⁺所需的酶量。先将0.1mmol MnSO₄溶解于1L酒石酸缓冲液(50mmol/L，pH＝4.5)中，再取2.4mL的该溶液和0.6mL粗酶液混匀，即得反应液。在30℃下,往此反应液中加入60μL H₂O₂溶液(20mmol/L)启动酶促反应，并在290nm波长下测定反应前后的反应3min前后的反应液吸光度变化。

漆酶活性测定：

一个酶活力单位(U)为1μmol的ABTS每分钟被转化所需的酶量，以不加启动因子的混合液为空白样。以ABTS为底物在420nm下测定3min内吸光度的变化。1mL反应体系包括2mL柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(100mmol/L)pH＝5.0，0.4mL粗酶液，0.6mL ABTS(1mmol/L)。

实验结果表明，由图3可知，添加低浓度(0.05CMC，0.1CMC)的RL可以促进黄孢原毛平革菌对BDE-47的去除速率，而高浓度(0.5CMC，1.0CMC)的RL对黄孢原毛平革菌对BDE-47有一定的抑制作用，但对BDE-47去除率都达到了90％以上；从图3可以看出RL的浓度为0.05CMC时，振荡培养3-4天时，BDE-47的去除率达到90％。图4则表明，添加RL可以增加BDE-47在黄孢原毛平革菌的吸附，但是不管添加RL与否BDE-47在黄孢原毛平革菌的吸附量都非常的低，不到3％；图5到图7表明，添加RL有利于增加黄孢原毛平革菌三种胞外酶的酶活，其对三种酶活的最大促进程度依次为2.57倍(LiP)，2.76倍(MnP)，2.62倍(Lac)，这些酶活的增加有利于BDE-47的去除。

实施例2

参阅图8，本申请实施例提供了另一种去除水中的BDE-47的方法。

具体实施步骤同实施例1，与实施例1的不同之处在于本实施例中每个锥形瓶添加0.5g的葡萄糖，使得每个瓶中葡萄糖的浓度达到10g/L。

由图9可知，添加葡萄糖的情况下表现出与不添加葡萄糖时相同的规律，低浓度(0.05CMC，0.1CMC)的RL可以促进黄孢原毛平革菌对BDE-47的去除速率，而高浓度(0.5CMC，1.0CMC)的RL对黄孢原毛平革菌对BDE-47有一定的抑制作用，但对BDE-47基本都达到了完全去除；这可以结合图14和图15分析，添加葡萄糖有利于黄孢原毛平革菌的生长，较好的菌体形态更有利于对BDE-47的去除；图10则表明，添加葡萄糖的情况下可以增加BDE-47在黄孢原毛平革菌上的吸附，但是吸附量还是非常的低，不到5％；图11到图13表明，添加葡萄糖对也非常有利于黄孢原毛平革菌三种胞外酶的酶活，相比于不添加葡萄糖时三种酶活分别增加了1.44倍(LiP)，2.3倍(MnP)，1.77倍(Lac)。同时，RL也促进了黄孢原毛平革菌三种胞外酶的酶活，其对三种酶活的最大促进程度依次为2.30倍(LiP)，3.97倍(MnP)，4.24倍(Lac)，这些酶活的增加有利于BDE-47的去除。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种去除水中2，2，4，4-四溴联苯醚的方法，其特征在于，包括：

振荡培养所述混合液，去除水中的2，2，4，4-四溴联苯醚。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鼠李糖脂的浓度为0.05-1.0CMC。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鼠李糖脂的浓度为0.05-0.1CMC。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振荡培养的条件是温度37℃，转速150rpm，连续培养1-7d。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合液还包括葡萄糖。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述葡萄糖的浓度为10g/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述黄孢原毛平革菌以孢子悬液的方式加入含有2，2，4，4-四溴联苯醚的水中。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述黄孢原毛平革菌是在4℃下保存在固体培养基上的，所述固体培养基的组分是：土豆的浸出液200g/L，葡萄糖20g/L，琼脂20g/L，KH₂PO₄ 3g/L，MgSO₄·7H₂O 1.5g/L。