CN107252677B - 一种高效镉吸附真菌菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效镉吸附真菌菌剂及其制备方法和应用，制备方法包括：活化韩芝菌种，将活化好的菌丝体置于加富培养基中培养，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉3‑5g、葡萄糖20‑23g、KH2PO4 1‑1.5g、MgSO40.2‑0.3g、蔗糖1.5‑2.5g和吸附剂5‑8g。本发明制得的高效镉吸附真菌菌剂制备过程简单，成本低，将该菌剂置于水体中，便可对水体中的镉进行吸附，在短时间内便可达到吸附平衡且吸附效果好。

Description

一种高效镉吸附真菌菌剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于镉吸附剂技术领域，具体涉及一种高效镉吸附真菌菌剂及其制备方法和应用。
背景技术
镉是一种剧毒污染物，它在电镀、颜料、蓄电池、塑料、冶金等行业有着广泛的应用，由于人类对镉的不断开发利用，现在造成大量含镉废水排入河流湖泊。近几年，我国已经发生了多起镉污染时间，严重影响人类健康。现阶段国内外针对含镉废水的处理方法主要有化学沉淀法、气浮法、活性炭吸附法、离子交换法等。但这些传统的物理化学除隔离子的方法往往具有投资高、处理时间长、去除效果不好、系统稳定性差等缺点。
现在研究一种能高效处理水体中镉的镉吸附剂是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种高效镉吸附真菌菌剂及其制备方法和应用，可有效解决现有技术中对水体中镉处理成本高、处理时间长、处理效果不好的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化菌种
将韩芝接种于PDA固体培养基中，置于26-28℃暗培养，待长至3/4平板时，将菌种转接至新的PDA固体培养基中，置于26-28℃暗培养；
(2)待活化菌种的菌丝长至3/4平板时，将菌丝体接种于液体加富培养基中，置于26-28℃，160-170r/min条件下暗培养5-6天，离心，除滤液，制得；其中，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉3-5g、葡萄糖20-23g、KH2PO41-1.5g、MgSO4 0.2-0.3g、蔗糖1.5-2.5g和吸附剂5-8g；
其中，吸附剂通过以下方法制得：
①分别将椰壳、水稻根和棉籽壳粉碎至60-80目，分别将芦苇、油菜秸秆和水稻秸秆去杂，剪至2-4cm，混合，于90-100℃烘2-3h；
②将步骤①所得物放入炭化炉内，在氮气保护下，以5-8℃/min的速率升温至200-250℃，然后再以3-5℃/min的速率升温至500-550℃，恒温保持2.5-3h，冷却至室温，研磨，过60-80目筛，得吸附剂。
进一步地，营养液通过以下方法制备得到：将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为130-160:20-25:0.8-1.2混合，然后加入6-8倍混合物重量的去离子水中煮10-20min，过滤，得营养液。
进一步地，将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为150:20:1混合，然后加入8倍混合物重量的去离子水中煮20min，过滤，得营养液。
进一步地，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉3g、葡萄糖20g、KH2PO4 1g、MgSO4 0.25g、蔗糖2g和吸附剂8g。
进一步地，步骤①中将混合物置于90℃烘2.5h。
进一步地，步骤②中在氮气保护下，以8℃/min的速率升温至200℃，然后再以5℃/min的速率升温至500℃，恒温保持3h。
将上述方法制得的高效镉吸附真菌菌剂用于去除水体中的镉离子。
本发明提供的高效镉吸附真菌菌剂及其制备方法和应用，具有以下有益效果：
(1)棉籽壳、椰壳、油菜秸秆和水稻秸秆含有大量的纤维素和木质素，含有丰富的碳元素，水稻长期生长在淹水条件下，其根表可形成红棕色铁氧化物胶膜，称为铁膜，该铁膜是一种无定形胶体物质，可以吸附水体中的重金属物质，但水稻收割后，其水稻根随水稻秸秆一同被丢弃，上述这些物质大多被丢弃或焚烧，综合利用率低。
本发明通过将农业有机废弃物经过厌氧高温裂解后制得吸附剂，该吸附剂结构疏松多孔、表面活性官能团多，对水体中的镉有很强的吸附能力，实现了资源化利用，具有很好的环境效益和经济价值。
(2)本发明中将农业废弃物干燥后，放入炭化炉内，在低氧环境下，以相对高一点的速率升温，可快速将农业废气物中的水分去除，且起到预炭化的作用，然后再以相对较低的速率升温，将预炭化后的物质慢慢炭化，这样可以提高吸附剂的结构疏松性，使其空隙变得更多，加大对水体中镉的吸附能力。
(3)将棉籽壳、麸皮和蔗糖与去离子水混合，煮一定时间后，其各组分的营养物质会保留于液体中，这样更有利于韩芝的吸收。
(4)在营养液中加入吸附剂，该吸附剂会与韩芝结合，附着于韩芝菌丝体表面，两者相互作用，可以加强对水体中重金属的吸附作用，尤其是对镉的吸附作用大大加强。
(5)本发明制得的高效镉吸附真菌菌剂制备过程简单，成本低，将该菌剂置于水体中，便可对水体中的镉进行吸附，在短时间内便可达到吸附平衡且吸附效果好。
具体实施方式
实施例1
一种高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化菌种
将韩芝接种于PDA固体培养基中，置于28℃暗培养，待长至3/4平板时，将菌种转接至新的PDA固体培养基中，置于28℃暗培养；
(2)待活化菌种的菌丝长至3/4平板时，将菌丝体接种于液体加富培养基中，置于28℃，170r/min条件下暗培养6天，离心，除滤液，制得；其中，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉3g、葡萄糖20g、KH2PO4 1g、MgSO40.25g、蔗糖2g和吸附剂8g。
其中，吸附剂通过以下方法制得：
①分别将椰壳、水稻根和棉籽壳粉碎至80目，分别将芦苇、油菜秸秆和水稻秸秆去杂，剪至2cm，混合，于90℃烘2.5h；
②将步骤①所得物放入炭化炉内，在氮气保护下，以8℃/min的速率升温至200℃，然后再以5℃/min的速率升温至500℃，恒温保持3h，冷却至室温，研磨，过80目筛，得吸附剂。
营养液通过以下方法制备得到：将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为150:20:1混合，然后加入8倍混合物重量的去离子水中煮20min，过滤，得营养液。
实施例2
一种高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化菌种
将韩芝接种于PDA固体培养基中，置于28℃暗培养，待长至3/4平板时，将菌种转接至新的PDA固体培养基中，置于28℃暗培养；
(2)待活化菌种的菌丝长至3/4平板时，将菌丝体接种于液体加富培养基中，置于28℃，170r/min条件下暗培养6天，离心，除滤液，制得；其中，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉3g、葡萄糖20g、KH2PO4 1g、MgSO40.2g、蔗糖1.5g和吸附剂5g。
其中，吸附剂通过以下方法制得：
①分别将椰壳、水稻根和棉籽壳粉碎至80目，分别将芦苇、油菜秸秆和水稻秸秆去杂，剪至2cm，混合，于90℃烘2h；
②将步骤①所得物放入炭化炉内，在氮气保护下，以5℃/min的速率升温至200℃，然后再以3℃/min的速率升温至500℃，恒温保持2.5h，冷却至室温，研磨，过80目筛，得吸附剂。
营养液通过以下方法制备得到：将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为130:20:0.8混合，然后加入6倍混合物重量的去离子水中煮20min，过滤，得营养液。
实施例3
一种高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化菌种
将韩芝接种于PDA固体培养基中，置于28℃暗培养，待长至3/4平板时，将菌种转接至新的PDA固体培养基中，置于28℃暗培养；
(2)待活化菌种的菌丝长至3/4平板时，将菌丝体接种于液体加富培养基中，置于28℃，170r/min条件下暗培养6天，离心，除滤液，制得；其中，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉5g、葡萄糖23g、KH2PO4 1.5g、MgSO40.3g、蔗糖2.5g和吸附剂8g。
其中，吸附剂通过以下方法制得：
①分别将椰壳、水稻根和棉籽壳粉碎至80目，分别将芦苇、油菜秸秆和水稻秸秆去杂，剪至2cm，混合，于100℃烘2h；
②将步骤①所得物放入炭化炉内，在氮气保护下，以8℃/min的速率升温至250℃，然后再以5℃/min的速率升温至550℃，恒温保持2.5h，冷却至室温，研磨，过80目筛，得吸附剂。
营养液通过以下方法制备得到：将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为160:25:1.2混合，然后加入8倍混合物重量的去离子水中煮20min，过滤，得营养液。
实施例4
一种高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化菌种
将韩芝接种于PDA固体培养基中，置于28℃暗培养，待长至3/4平板时，将菌种转接至新的PDA固体培养基中，置于28℃暗培养；
(2)待活化菌种的菌丝长至3/4平板时，将菌丝体接种于液体加富培养基中，置于28℃，170r/min条件下暗培养5天，离心，除滤液，制得；其中，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉3.5g、葡萄糖21g、KH2PO4 1.2g、MgSO40.25g、蔗糖2g和吸附剂6g，营养液pH值为6.0±0.2，该pH值对镉吸附也起着很重要的作用。
其中，吸附剂通过以下方法制得：
①分别将椰壳、水稻根和棉籽壳粉碎至80目，分别将芦苇、油菜秸秆和水稻秸秆去杂，剪至2cm，混合，于100℃烘3h；
②将步骤①所得物放入炭化炉内，在氮气保护下，以6℃/min的速率升温至220℃，然后再以5℃/min的速率升温至520℃，恒温保持2.5h，冷却至室温，研磨，过80目筛，得吸附剂。
营养液通过以下方法制备得到：将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为140:22:1.0混合，然后加入8倍混合物重量的去离子水中煮20min，过滤，得营养液。
实施例5
一种高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化菌种
将韩芝接种于PDA固体培养基中，置于28℃暗培养，待长至3/4平板时，将菌种转接至新的PDA固体培养基中，置于28℃暗培养；
(2)待活化菌种的菌丝长至3/4平板时，将菌丝体接种于液体加富培养基中，置于28℃，170r/min条件下暗培养6天，离心，除滤液，制得；其中，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉4.5g、葡萄糖22g、KH2PO4 1.3g、MgSO40.28g、蔗糖2.2g和吸附剂7g。
其中，吸附剂通过以下方法制得：
①分别将椰壳、水稻根和棉籽壳粉碎至80目，分别将芦苇、油菜秸秆和水稻秸秆去杂，剪至2cm，混合，于95℃烘2.5h；
②将步骤①所得物放入炭化炉内，在氮气保护下，以67℃/min的速率升温至240℃，然后再以4℃/min的速率升温至540℃，恒温保持3h，冷却至室温，研磨，过80目筛，得吸附剂。
营养液通过以下方法制备得到：将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为150:24:1.1混合，然后加入8倍混合物重量的去离子水中煮20min，过滤，得营养液。
实验例1镉对韩芝菌丝生长的影响
将活化后的韩芝接种于固体加富培养基中，该加富培养基成分与实施例1中不同的是，没有吸附剂，取而代之的是添加了不同浓度的镉，镉的浓度分别为0、2、4、8、10、20、40、80、240mg/L，然后置于28℃暗培养，每个浓度设置3个平行，记录各浓度下菌丝生长直径，见表1，然后刮取各皿菌丝至1.5mL EP管中，于105℃烘干至恒重，记录菌丝干重见表2。
将烘干称重后的菌丝转移至消解管中，然后加入2mL 65％的硝酸浸泡过夜，再置于100℃的加热板上蒸干，最后用2mL超纯水溶解，镉富集量的分析用Zeenit 700P原子吸收分光光度计(Analytik Jena,Germany)火焰法测量，见表3。
表1不同浓度的镉对菌株生长直径的影响
表2不同浓度的镉对菌株干重的影响
表3不同镉浓度下菌株富集量分析
由表1和表2可知，当镉浓度越高，韩芝菌丝生长越受抑制，当镉浓度为240mg/L时，菌丝基本不生长；而由表3可知，虽然镉浓度越高会抑制韩芝的生长，但韩芝对镉的富集还是会随着镉浓度的增加而增加，当达到40mg/L时，韩芝对镉的吸附最大。
而将加富培养基中换成普通的PDA培养基培养韩芝，观察其对镉的富集能力时，发现普通PDA培养的韩芝对镉的耐受能力较差，对镉的吸附能力也明显减弱了，由此可知，培养基成分对韩芝在镉吸附方面起着非常重要的作用，即培养基和韩芝都对镉有吸附作用，但韩芝菌丝体本身起着主要作用。
本实验还用液体培养基来测试韩芝对镉的耐受能力，对培养10天后的韩芝富集镉的能力进行测试，发现液体培养基中韩芝对镉的耐受能力较固体培养基中弱，其不同镉浓度下韩芝对镉的富集及去除能力见表4。
表4液体培养基中不同镉浓度下韩芝对镉的富集及去除能力
移除率＝(培养基原始镉浓度－培养后培养基剩余镉浓度)/培养基原始镉浓度
实验例2高效镉吸附真菌菌剂对镉的吸附实验
取实施例1-5制得的高效镉吸附真菌菌剂50g于锥形瓶中，分别加入镉浓度为0、10、20、30、40、50、60、80、100mg/L的硝酸镉溶液100mL，置于170r/min，28℃振荡24h，最后经滤膜过滤，取上清液，测定剩余镉浓度，计算移除率。取本实验制备的吸附剂也做同样的实验，进行对比，移除率结果见表5。
表5本发明产品与吸附剂对镉的移除率
本发明在培养韩芝的加富培养基中添加了吸附剂，而吸附剂是将农业废弃物经过特定的处理制得，在加入加富培养基中，可以与韩芝菌丝体结合，在镉吸附方面起着协同作用。由表5可知，本发明高效镉吸附真菌菌剂对水体中镉有明显的去除效果，镉浓度很高时还具有较强的吸附作用。
我们对本方案所用韩芝进行基因鉴定，提取其基因组DNA，利用rDNA内转录间隔区(ITS)序列，通过PCR扩增和测序分析得到ITS序列，其序列如SEQ ID NO.1所示：
GTTCAGCGGGTAGTCCTACCTGATTTGAGGTCAGAGGTCATAAAGCTGTCTTATAAGACGGTTAGAAGCTCGCCAAACGCTTCACGGTCACGGCGTAGACATTATCACACCGAGAGCCGATCCGCAAGGAACCAAGCTAATGCATTTAAGAGGAGCCGACCAATAACGGCCGACAAGCCTCCAAGTCCAAGCCTACAAACCACAAAAGCTTGTAGGTTGAAGATTTCATGACACTCAAACAGGCATGCTCCTCGGAATACCAAGGAGCGCAAGGTGCGTTCAAAGATTCGATGATTCACTGAATTCTGCAATTCACATTACTTATCGCATTTCGCTGCGTTCTTCATCGATG CGAGAGCCAAGAGATCCGTTGCTGAAAGTTGTATATAGATGTGTTACATCGCAATACACATTCTGTTACTTTATAGAGTTTGTGATAAACGCAGGCACAGATATGCTCCGCAAGCCCGGTAAAGAGCGTGCCTCGCAATCTGAAGCCCACAGTAAGTGCACAGGTGTAGAGTGGATGAACAGGGCGTGCACATGCCTCGGAAGGCCAGCTACAACCCGGTCAAAACTCGATAATGATCCTTCCGCAGGTTCACCTACGGA。
运用在线工具BLAST将ITS序列与NCBI数据库中已登记序列进行比对，得分最高的三条序列(相对应的菌株编号为Ganoderma lucidum strain ASI 7091、Ganodermalucidum strain IUM-4537和Ganoderma lucidum strain 77002)如表6所示：
表6 ITS比对结果
由表6可知，本方案韩芝菌株与Ganoderma lucidum strain ASI 7091、Ganodermalucidum strain IUM-4537和Ganoderma lucidum strain 77002同源性较高，可判断其与这3种菌株为同种菌株。

Claims (7)

1.一种高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)活化菌种
将韩芝接种于PDA固体培养基中，置于26-28℃暗培养，待长至3/4平板时，将菌种转接至新的PDA固体培养基中，置于26-28℃暗培养；
(2)待活化菌种的菌丝长至3/4平板时，将菌丝体接种于液体加富培养基中，置于26-28℃，160-170r/min条件下暗培养5-6天，离心，除滤液，制得；其中，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉3-5g、葡萄糖20-23g、KH2PO41-1.5g、MgSO4 0.2-0.3g、蔗糖1.5-2.5g和吸附剂5-8g；
其中，营养液通过以下方法制备得到：将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为130-160:20-25:0.8-1.2混合，然后加入6-8倍混合物重量的去离子水中煮10-20min，过滤，得营养液；
吸附剂通过以下方法制得：
①分别将椰壳、水稻根和棉籽壳去杂，粉碎至60-80目，分别将芦苇、油菜秸秆和水稻秸秆去杂，剪至2-4cm，混合，于90-100℃烘2-3h；
②将步骤①所得物放入炭化炉内，在氮气保护下，以5-8℃/min的速率升温至200-250℃，然后再以3-5℃/min的速率升温至500-550℃，恒温保持2.5-3h，冷却至室温，研磨，过60-80目筛，得吸附剂。
2.根据权利要求1所述的高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，其特征在于，将棉籽壳、麸皮和蔗糖按重量比为150:20:1混合，然后加入8倍混合物重量的去离子水中煮20min，过滤，得营养液。
3.根据权利要求1所述的高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，其特征在于，加富培养基为每升营养液中加入马铃薯浸粉3g、葡萄糖20g、KH2PO4 1g、MgSO40.25g、蔗糖2g和吸附剂8g。
4.根据权利要求1所述的高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，其特征在于，步骤①中将混合物置于90℃烘2.5h。
5.根据权利要求1所述的高效镉吸附真菌菌剂的制备方法，其特征在于，步骤②中在氮气保护下，以8℃/min的速率升温至200℃，然后再以5℃/min的速率升温至500℃，恒温保持3h。
6.权利要求1-5任一项所述的方法制得的高效镉吸附真菌菌剂。
7.权利要求6所述的高效镉吸附真菌菌剂在去除水体中镉离子方面的应用。
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