CN107470335A - 一种利用负载型生物铁锰复合氧化物修复土壤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及苯胂酸类污染物修复领域，具体涉及一种利用负载型生物铁锰复合氧化物修复土壤的方法；主要包括制备营养肉汤培养基、菌群培养、制备生物锰铁培养基、制备负载型生物铁锰复合氧化物和修复苯胂酸类化合物污染土壤等步骤；其通过恶臭假单胞菌以碳酸矿为电子供体，在碳酸锰表面形成层状生物铁锰复合氧化物，即制得负载型生物铁锰复合氧化物。该产物可以将土壤中的苯胂酸类化合物及二次产物如亚砷酸盐和砷酸盐，同时固定于矿物表面，可实现苯胂酸类污染物的原位或异位修复，该方法主要适用于表层污染的土壤，该方法操作简单，处理成本低，效果较好，无二次污染。
Description
技术领域：
本发明涉及苯胂酸类污染物修复领域，具体涉及一种利用负载型生物铁锰复合氧化物修复土壤的方法。
技术背景：
随着世界人口的持续增长和居民生活水平的日益提高，全球对于粮食尤其是蛋白质的需求日趋强劲。猪肉、鸡蛋和鸡肉作为居民获取必须蛋白质的重要来源，其充足的产量和低廉的价格是满足广大人民群众营养需求的重要保障。在传统的养殖模式下，生猪、肉鸡和蛋鸡的饲养周期一般较长，养殖效率低下、养殖成本高，极大的束缚了上述产品的产量。在上述严峻形势的迫使下和巨大市场利益的驱使下，集约化生猪、肉禽以及蛋禽养殖技术应用而生，旨在降低养殖成本和缩短养殖周期的同时增加上述产品的产量。为满足上述要求，推广和使用具有抗菌、抗病、促饲料转化和促进生长的饲料添加剂具有重要的社会价值和经济价值。
苯胂酸类化合物是一类苯环上含有砷酸基团的物质，掺和在饲料中，能明显抑制动物体内使肠壁加厚微生物的活动，提高饲料的利用率和转化率，使动物能汲取更多的养分，促进蛋白质的合成和骨骼的造血功能，最终改善和提高禽畜的成活率和日增重率。苯胂酸类化合物的水溶性高，极易迁移到附近土壤和水环境中，从而对水环境质量造成一定程度的影响。释放到环境中的苯胂酸类物质，苯胂酸类化合物能进一步降解、转化生成毒性更强的无机砷，如亚砷酸盐和砷酸盐。
铁锰复合氧化物作为一种新型吸附剂，同时具有丰富活性吸附点位的铁氧化物与表面活性强的锰氧化物，多应用于污染物的治理与修复，研究发现制备的铁锰复合氧化物比表面积远高于水铁矿，使其具有比纯铁锰氧化物或锰氧化物更高的吸附五价砷的能力。大多数情况，铁锰复合氧化物的制备主要通过化学法。与无机的铁锰复合氧化物相比，生物铁锰复合氧化物具有更高的比表面积，对污染物的吸附效率更高，且制备成本低廉，无二次污染。在土壤环境中，生物铁锰复合氧化物多存在于矿物表面，对污染物的截留起到至关重要的地位。因此，寻求设计一种利用负载型生物铁锰复合氧化物的修复土壤的方法对于苯胂酸类化合物污染土壤的修复有着重要的意义。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，寻求提供一种利用负载型生物铁锰复合氧化物修复土壤的方法；通过选取二价铁锰氧化物的好氧恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida MnB1)，将该菌培养后接种到含有碳酸锰矿的培养基中培养得到生物铁锰复合氧化物负载的碳酸锰矿，将其加到污染的土壤中实现土壤的修复。
本发明涉及的利用负载型生物铁锰复合氧化物修复土壤的方法的具体包括以下步骤：
(1)、制备营养肉汤培养基
选取牛肉浸粉1-5g、白胨2-10g、氯化钠1-5g和去离子水0.5-1.5L混合得到PH＝7-7.4的营养肉汤培养基备用；
(2)菌群培养
选取菌株为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida MnB1)菌液按体积比为1-5％的接种量接种到步骤(1)制备的100-500ml的营养肉汤培养基中，在20-30℃温度下，放置在水平振荡器中，设置转速为100-200转/分钟富集培养1-5天备用；
(3)制备生物锰铁培养基
选取硫酸亚铁铵0.015-1.5g、酵母浸粉0.0075-0.75g、柠檬酸钠0.015-1.5g，焦磷酸钠0.005-0.5g和去离子水0.5-1.51L在具塞聚氯乙烯瓶中混合得到PH值为6.5-7.5的生物锰铁培养基备用；
(4)制备负载型生物铁锰复合氧化物
将步骤(2)富集得到的细菌菌液按体积比1-5％的接种量接入到含有步骤(3)制备的100-500ml的生物锰铁培养基的具塞聚氯乙烯瓶中，然后加入0.1-10g的碳酸锰，再将聚氯乙烯瓶置于翻转振荡器中，设置转速为20-40转/分钟，在温度为20-30℃下好氧培养2-7d，得到负载型生物铁锰复合氧化物；
(5)修复苯胂酸类化合物污染土壤
选取步骤(4)中得到的负载型生物铁锰复合氧化物悬浊液100-1000ml加入到50-500g含有1-100mg/kg苯胂酸类化合物污染的粒径小于0.5mm的土壤中，静置或以10-200转/分钟的转速搅拌1-48小时，然后在15-35℃温度下静 止培养3-30d，即可原位修复苯胂酸类化合物污染的土壤。
本发明与现有技术相比，其通过恶臭假单胞菌以碳酸矿为电子供体，在碳酸锰表面形成层状生物铁锰复合氧化物，即制得负载型生物铁锰复合氧化物。该产物可以将土壤中的苯胂酸类化合物及二次产物如亚砷酸盐和砷酸盐，同时固定于矿物表面，可实现苯胂酸类污染物的原位或异位修复，该方法主要适用于表层污染的土壤，该方法操作简单，处理成本低，效果较好，无二次污染。
附图说明：
图1为实施例3涉及的合成碳酸锰负载前后SEM图，其中a为负载前，b为负载后。
图2：为实施例3涉及的合成碳酸锰负载前后XRD谱图，其中R为碳酸锰。
图3：为实施例2涉及的商业碳酸锰负载前后SEM图，其中a为负载前b为负载后。
图4：为实施例3涉及的负载型生物铁锰复合氧化物修复前后土壤中阿散酸含量变化。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明，而非限制本发明。
实施例1：
本实施例涉及的利用负载型生物铁锰复合氧化物修复土壤的方法的具体包括以下步骤：
(1)、制备营养肉汤培养基
选取牛肉浸粉1-5g、白胨2-10g、氯化钠1-5g和去离子水0.5-1.5L混合得到PH＝7-7.4的营养肉汤培养基备用；
(2)菌群培养
选取菌株为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida MnB1)菌液按体积比为1-5％的接种量接种到步骤(1)制备的100-500ml的营养肉汤培养基中，在20-30℃温度下，放置在水平振荡器中，设置转速为100-200转/分钟富集培养1-5天备用；
(3)制备生物锰铁培养基
选取硫酸亚铁铵0.015-1.5g、酵母浸粉0.0075-0.75g、柠檬酸钠0.015-1.5g，焦磷酸钠0.005-0.5g和去离子水0.5-1.51L在具塞聚氯乙烯瓶中混合得到PH值 为6.5-7.5的生物锰铁培养基备用；
(4)负载型生物铁锰复合氧化物的制备
将步骤(2)富集得到的细菌菌液按体积比1-5％的接种量接入到含有步骤(3)制备的100-500ml的生物锰铁培养基的具塞聚氯乙烯瓶中，然后加入0.1-10g的碳酸锰，再将聚氯乙烯瓶置于翻转振荡器中，设置转速为20-40转/分钟，在温度为20-30℃下好氧培养2-7d，得到负载型生物铁锰复合氧化物；
(5)修复苯胂酸类化合物污染土壤
选取步骤(4)中得到的负载型生物铁锰复合氧化物悬浊液100-1000ml加入到50-500g含有1-100mg/kg苯胂酸类化合物污染的粒径小于0.5mm的土壤中，静置或以10-200转/分钟的转速搅拌1-48小时，然后在15-35℃温度下静止培养3-30d，即可原位修复苯胂酸类化合物污染的土壤。
实施例2：
(1)菌种来源与培养
选取菌株为恶臭假单胞菌Pseudomonas putida MnB1，购买于美国模式菌收集中心，保藏号ATCC 23483；该菌菌液按体积比为3％的接种量接种到含有200ml的液体营养肉汤培养基中，组成为：牛肉浸粉3.0g，蛋白胨10.0g，氯化钠5.0g，去离子水1L，pH＝7.2，在温度为25℃，转速为150转/分钟的水平振荡器富集培养3d；
(2)负载型生物铁锰复合氧化物的制备
将步骤(1)富集得到的细菌菌液按体积比5％的接种量接入到含有200ml培养基为硫酸亚铁铵0.15g，酵母浸粉0.075g，柠檬酸钠，0.15g，焦磷酸钠，0.05g，去离子水1L，pH＝6.8的无菌具塞聚氯乙烯瓶中，同时加入0.8g商业的碳酸锰(购买于国药集团上海化学药剂有限公司)，将聚氯乙烯瓶置于翻转振荡器培养，转速为30转/分钟，在温度为25℃好氧培养2d，可制得负载型生物铁锰复合氧化物。
商业碳酸锰负载前后SEM图如图3所示。由图3(a)可知，商业碳酸锰负载前为粒径为0.5-3.0μm的类球状颗粒。在负载之后(图3(b))，商业碳酸锰表面出现薄膜状的层状生物铁锰复合氧化物，该物质即为负载的生物铁锰复合氧化物。
实施例3：
(1)菌种来源与培养
选取菌株为恶臭假单胞菌Pseudomonas putida MnB1，购买于美国模式均收集中心，保藏号ATCC 23483。该菌菌液按体积比为2％的接种量接种到含有200ml的液体营养肉汤培养基中，组成为：牛肉浸粉3.0g，蛋白胨10.0g，氯化钠5.0g，去离子水1L，pH＝7.2，在温度为25℃，转速为150转/分钟的水平振荡器富集培养2d；
(2)负载型生物铁锰复合氧化物的制备
将步骤(1)富集得到的细菌菌液按体积比1％的接种量接入到含有200ml培养基为硫酸亚铁铵0.15g，酵母浸粉0.075g，柠檬酸钠，0.15g，焦磷酸钠，0.05g，去离子水1L，pH＝6.8的无菌具塞聚氯乙烯瓶中，同时加入1g合成的碳酸锰，将聚氯乙烯瓶置于翻转振荡器培养，转速为30转/分钟，在温度为25℃好氧培养3d，得到负载型生物铁锰复合氧化物。
(3)修复苯胂酸类化合物污染土壤
将步骤(2)中得到的负载型生物铁锰复合氧化物悬浊液200ml加入到100g含有20mg/kg阿散酸污染的土壤中(粒径约为100μm)，搅拌(50转/分钟)2h，之后在室温条件下(25℃)，静止培养7d，可实现阿散酸污染土壤的修复。由图4可知，经负载型生物铁锰复合氧化物修复，阿散酸的含量由20.0mg/kg变为2.6mg/kg，修复效率为87.0％，取得了良好的修复效果。
合成碳酸锰负载前后SEM和XRD谱图如图1和2所示。由图1(a)可知，合成碳酸锰负载前为粒径为1.2-3.1μm的类球状颗粒。在负载之后(图1(b))，碳酸锰表面出现薄膜状的层状生物铁锰复合氧化物。由XRD结果可知(图2)，合成碳酸锰负载前后晶型未发现明显变化，主要因为生物成因的铁锰复合氧化物多数为无定型或弱晶型的铁锰复合矿物。
Claims (1)
1.一种利用负载型生物铁锰复合氧化物修复土壤的方法，其特征在于其具体包括以下步骤：
(1)、制备营养肉汤培养基
选取牛肉浸粉1-5g、白胨2-10g、氯化钠1-5g和去离子水0.5-1.5L混合得到PH＝7-7.4的营养肉汤培养基备用；
(2)菌群培养
选取菌株为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida MnB1)菌液按体积比为1-5％的接种量接种到步骤(1)制备的100-500ml的营养肉汤培养基中，在20-30℃温度下，放置在水平振荡器中，设置转速为100-200转/分钟富集培养1-5天备用；
(3)制备生物锰铁培养基
选取硫酸亚铁铵0.015-1.5g、酵母浸粉0.0075-0.75g、柠檬酸钠0.015-1.5g，焦磷酸钠0.005-0.5g和去离子水0.5-1.51L在具塞聚氯乙烯瓶中混合得到PH值为6.5-7.5的生物锰铁培养基备用；
(4)制备负载型生物铁锰复合氧化物
将步骤(2)富集得到的细菌菌液按体积比1-5％的接种量接入到含有步骤(3)制备的100-500ml的生物锰铁培养基的具塞聚氯乙烯瓶中，然后加入0.1-10g的碳酸锰，再将聚氯乙烯瓶置于翻转振荡器中，设置转速为20-40转/分钟，在温度为20-30℃下好氧培养2-7d，得到负载型生物铁锰复合氧化物；
(5)修复苯胂酸类化合物污染土壤
选取步骤(4)中得到的负载型生物铁锰复合氧化物悬浊液100-1000ml加入到50-500g含有1-100mg/kg苯胂酸类化合物污染的粒径小于0.5mm的土壤中，静置或以10-200转/分钟的转速搅拌1-48小时，然后在15-35℃温度下静止培养3-30d，即可原位修复苯胂酸类化合物污染的土壤。
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Inventor after: Wang Yanan Inventor after: Wang Huawei Inventor after: Sun Yingjie Inventor after: Fan Xinxiu Inventor after: Gao Ying Inventor before: Wang Huawei Inventor before: Wang Yanan Inventor before: Fan Xinxiu Inventor before: Sun Yingjie Inventor before: Gao Ying |
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| GR01 | Patent grant | ||
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