CN107475237A - 一种固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂及其制备方法，该固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂是由改性蕈菌基活性炭结合海藻酸钠固定化铜绿假单胞菌制得。制备方法包括（1）制备改性蕈菌基活性炭；（2）将改性蕈菌基活性炭、海藻酸钠加入生理盐水中混合均匀，制备固定化基质；（3）将铜绿假单胞菌悬液与固定化基质搅拌均匀后，挤压到氯化钙溶液中进行交联反应，得到固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂。本发明的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂对Cd2+具有吸附效率高，选择性好，成本低，制备工艺简单等优点。

Description

一种固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及重金属废水处理领域，具体涉及一种固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂及其制备方法。
背景技术
随着科学技术、工农业生产和国民经济的不断发展，重金属污染变得日益严重。重金属污染主要来源有采矿、冶金、电镀以及一些表面清洗等一系列的工业生产过程，在这些工业生产过程中向大气、水体以及土壤等环境中以不同的化合物形式排放了大量有毒、有害重金属物质，一旦重金属被排放到了自然环境中，它们作为毒性物质长期地存在，具有致癌、致畸等危害，对生态环境和人类健康造成了重大威胁。
含镉废水作为危害最严重的重金属废水之一，严重威胁人类的健康和安全。镉会对呼吸道产生刺激，长期暴露会对肝和肾脏造成损害，还可导致骨质疏松。随着镉资源的开发和镉化合物的应用范围不断扩大，其造成的污染也日益严重。因此，对含镉废水的处理是迫在眉睫。
固定化微生物技术是利用物理或化学手段将游离微生物限定在特定区域内，使其高浓度密集、保持较高生物活性且可持续使用的一种新型生物工程技术。固定化微生物技术是将选定的高效优势菌属固定在载体上，选择理想的载体材料对固定化微生物的应用很关键，需要考虑载体对固定化微生物的机械强度、传质性能、弹性、成球难易程度及其生物毒性等方面的影响；天然有机高分子载体机械性能差，微生物流失大，抗微生物分解性能差；人工合成有机高分子聚合物载体黏性和水溶胀性大而对固定化载体的制备产生附聚作；无机载体的缺点是微生物易流化、吸附量有限且易脱落。因此，研发新型的耐用廉价、强度高、传质好、性能稳定、环境友好型复合固定化载体是生物修复技术的当务之急。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种吸附效率高、吸附容量大、成本低、操作简单、能有效去除重金属废水中的镉离子的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂，并相应提供一种工艺简单、成本低廉的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂，所述固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂是由改性蕈菌基活性炭结合海藻酸钠固定化铜绿假单胞菌制备得到；所述改性蕈菌基活性炭经浓硫酸与浓硝酸组成的混酸氧化后制得，所述蕈菌基活性炭由蕈菌经磷酸活化得到。
作为一个总体的发明构思，本发明还提供一种固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备方法，包括以下步骤。
（1）蕈菌基活性炭的制备：将农业废弃物蕈菌下脚料洗净煮沸后，烘干至重量不变，然后进行粉碎研磨，得到蕈菌粉末，称取蕈菌粉末5g~20g于坩埚中，加入20g~80g质量分数为50%的磷酸溶液，搅拌混匀，室温下浸渍24h~36h后，升温至500℃~600℃进行活化，升温速率10℃/min~20℃/min，保温1h~2h，用煮沸的去离子水将活化样洗涤至中性后，115℃~120℃干燥4h~5h，研磨，即得蕈菌基活性炭。
（2）改性蕈菌基活性炭的制备：将蕈菌基活性炭与浓硫酸和浓硝酸组成的混酸按一定比例混合均匀，在50℃~60℃温度下，水浴回流4h~5h，然后在室温下放置24h~72h，再进行离心分离，将所得沉淀物洗涤至中性后，115℃~120℃下干燥8h~10h，得到改性蕈菌基活性炭。
（3）固定化基质的制备：将海藻酸钠和步骤（2）得到的改性蕈菌基活性炭加入生理盐水中混合，加热搅拌均匀，静置冷却并灭菌，得到固定化基质，其中，改性蕈菌基活性炭、海藻酸钠与固定化基质的比例为1.0g~1.6g：2.0g~6.0g：100mL。
（4）固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备：将铜绿假单胞菌悬液加入到步骤（3）所得的固定化基质中，铜绿假单胞菌悬液与固定化基质的体积比为10~20：100，搅拌均匀后，经注射装置挤压到氯化钙溶液中进行交联反应，交联反应时间为10~48h，再将得到的凝胶颗粒用无菌生理盐水冲洗2~3次，置于发酵液中固定化培养24h~36h，得到固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂。
上述的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂制备方法中，所述步骤（1）中，蕈菌粉末与50%的磷酸溶液的质量比为1:4，搅拌均匀，室温下浸渍24h后，升温至500℃进行活化，升温速率为10℃/min，保温1h，用煮沸的去离子水将活化样洗涤至中性，120℃干燥4h，研磨，即得蕈菌基活性炭。
上述的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂制备方法中，所述步骤（3）中，改性蕈菌基活性炭、海藻酸钠与固定化基质的比例为1.2g：4g：100mL；所述步骤（4）中，铜绿假单胞菌悬液与固定化基质的体积比为15:100，交联10h。
上述的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂制备方法中，所述步骤（4）中，铜绿假单胞菌悬液由以下方法制备得到：从斜面培养基上用接种环划取铜绿假单胞菌接种于种子液中，于35℃、150rpm的摇床速度下培养24h，取培养后的种子液1mL加到一瓶新配种子液中，35℃、150rpm的摇床转速下培养至铜绿假单胞菌的生长对数期，即得到铜绿假单胞菌悬液。
与现在技术相比，本发明的优点在于。
本发明的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂是以改性蕈菌基活性炭为固定化载体，该固定化载体制备是以农业废弃物蕈菌下脚料为原料，成本低廉且能很好实现废弃物的循环利用，同时，固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂制备工艺简单、吸附效率高和选择性好等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的改性蕈菌基活性炭图。
图2为本发明实施例的铜绿假单胞菌微生物图。
图3为本发明实施例中铜绿假单胞菌的生长曲线图。
图4为本发明实施例的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂表观图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1。
一种本发明的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂，包括铜绿假单胞菌和用于固定化该铜绿假单胞菌活菌的混合载体，混合载体主要由质量比为12:40的改性蕈菌基活性炭和海藻酸钠组成。
一种上述本实施例的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备方法，包括以下步骤。
1、制备蕈菌基活性炭。
（1）蕈菌基粉末：将农业废弃物蕈菌下脚料洗净后，放入超纯水中煮沸10min后，烘干至重量不变，然后进行粉碎研磨，过100目筛，得到蕈菌粉末。
（2）蕈菌基活性炭：称取蕈菌粉末10g于100mL坩埚中，加入40g质量分数为50%的磷酸溶液，搅拌混匀，室温下浸渍24h后，升温至500℃进行活化，升温速率10℃/min，保温1h，用煮沸的去离子水将活化样洗涤至中性，120℃干燥4h，研磨，即得蕈菌基活性炭。
2、制备改性蕈菌基活性炭。
称取5g蕈菌基活性炭，加入总体积为20mL的质量分数为67%的HNO3和质量分数为98%的H2SO4的混酸摇匀，HNO3∶H2SO4体积比为1∶3，50℃水浴回流4h，然后在室温下放置24h~72h再进行离心分离，将所得沉淀物洗涤至中性后，115℃~120℃下干燥8h~10h，得到改性蕈菌基活性炭，如图1所示。
3、制备铜绿假单胞菌悬液。
（1）菌种的培养：种子液配方为，牛肉膏5.0g/L、蛋白胨10.0g/L、氯化钠10.0g/L、琼脂20.0g/L，用0.1mol/L的NaOH调节pH值为7.0~7.4；发酵液配方为，蔗糖40.0g/L、酵母浸膏4.0g/L、K2HPO4 5.0 g/L、KH2PO4 2.0 g/L、NaCl 0.1g/L、MgSO4 0.2g/L。
（2）制备铜绿假单胞菌悬液：从培养基上用接种环划取少量新鲜的铜绿假单胞菌于种子液中，培养基上的铜绿假单胞菌如图2所示。在35℃、150rpm的摇床速度下培养24h取培养后的种子液1mL加到一瓶新配种子液中，35℃、150rpm的摇床转速下培养至铜绿假单胞菌的生长对数期，即得到铜绿假单胞菌悬液，由图3可知，0~4小时为铜绿假单胞菌的迟缓期，4~14小时为铜绿假单胞菌的对数期，14~20小时为铜绿假单胞菌的稳定期，20小时以后为铜绿假单胞菌的衰亡期。
4、固定化基质的制备：将改性蕈菌基活性炭、海藻酸钠加入生理盐水中混合，加热搅拌均匀后，静置冷却并灭菌，得到固定化基质，其中，改性蕈菌基活性炭、海藻酸钠与固定化基质的比例为1.0g~1.6g：2.0g~6.0g：100mL。
5、固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备：将铜绿假单胞菌悬液加入到上述所得的固定化基质中，铜绿假单胞菌悬液与固定化基质的体积比为10~20:100，搅拌均匀后，将所得混合液挤压到氯化钙溶液中形成凝胶颗粒进行交联反应，交联反应时间为10~48h，再将得到的凝胶颗粒用无菌生理盐水冲洗2~3次，置于发酵液中固定化培养24h~36h，得到固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂，如图4所示。
实施例2。
将上述实施例制备的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂按照0.6mg（干重）加入到50mL的Cd2+为60mg/L的模拟重金属废水中，废水的pH值为4.5~5.5，35℃、150rpm条件下进行振荡吸附，待吸附12h后，直接过滤，分离水及吸附剂，利用原子吸收分光光度计测定溶液中剩余的镉离子浓度，结果表明，本实施例的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂对镉离子的去除率为90.10%。
实施例3。
将上述本实施例制备的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂按0.9g（干重）加入到50mL的Cd2+为80mg/L的模拟重金属废水中，废水pH值为4.5~5.5，35℃、150rpm条件下进行振荡吸附，待吸附12h后，直接过滤，分离水及吸附剂，利用原子吸收分光光度计测定溶液中剩余的镉离子浓度，结果表明，本实例的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂对镉离子的去除率为88.01%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂，其特征在于，所述固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂是由改性蕈菌基活性炭结合海藻酸钠固定化铜绿假单胞菌制备得到；所述改性蕈菌基活性炭是将蕈菌基活性炭经浓硫酸与浓硝酸组成的混酸氧化后制得，所述蕈菌基活性炭是蕈菌经磷酸活化后制得。
2.一种固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
（1）蕈菌基活性炭的制备：将农业废弃物蕈菌下脚料洗净煮沸后，烘干至重量不变，然后进行粉碎研磨，得到蕈菌粉末，称取蕈菌粉末5g~20g于坩埚中，加入20g~80g质量分数为50%的磷酸溶液，搅拌混匀，室温下浸渍24h~36h后，升温至500℃~600℃进行活化，升温速率10℃/min~20℃/min，保温1h~2h，用煮沸的去离子水将活化样洗涤至中性后，115℃~120℃干燥4h~5h，研磨，即得蕈菌基活性炭；
（2）改性蕈菌基活性炭的制备：将蕈菌基活性炭与浓硫酸和浓硝酸组成的混酸按一定比例混合均匀，在50℃~60℃温度下，水浴回流4h~5h，然后在室温下放置24h~72h，再进行离心分离，将所得沉淀物洗涤至中性后，115℃~120℃下干燥8h~10h，得到改性蕈菌基活性炭；
（3）固定化基质的制备：将海藻酸钠和步骤（2）得到的改性蕈菌基活性炭加入生理盐水中混合，加热搅拌均匀，静置冷却并灭菌，得到固定化基质，其中，改性蕈菌基活性炭、海藻酸钠与固定化基质的比例为1.0g~1.6g：2.0g~6.0g：100mL；
（4）固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备：将铜绿假单胞菌悬液加入到步骤（3）所得的固定化基质中，铜绿假单胞菌悬液与固定化基质的体积比为10~20：100，搅拌均匀后，经注射装置挤压到氯化钙溶液中进行交联反应，交联反应时间为10~48h，再将得到的凝胶颗粒用无菌生理盐水冲洗2~3次，置于发酵液中固定化培养24h~36h，得到固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂。
3.根据权利要求2所述的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，改性蕈菌基活性炭、海藻酸钠与固定化基质的比例为1.2g：4g：100mL；所述步骤（4）中，铜绿假单胞菌与固定化基质的体积比为15：100，交联反应时间为10h。
4.根据权利要求2所述的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，铜绿假单胞菌悬液的制备过程如下：从斜面培养基上用接种环划取铜绿假单胞菌接种于种子液中，于35℃、150rpm的摇床速度下培养24h，取培养后的种子液1mL加到一瓶新配种子液中，35℃、150rpm的摇床转速下培养至铜绿假单胞菌的对数生长期，即得到铜绿假单胞菌悬液。
5.根据权利要求2~4中任一项所述的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，蕈菌基活性炭的制备中，称取蕈菌粉末10g于坩埚中，加入40g质量分数为50%的磷酸溶液，搅拌混匀，室温下浸渍24h后，升温至500℃进行活化，升温速率为10℃/min，保温1h，用煮沸的去离子水洗至中性，120℃干燥4h，研磨，即得到蕈菌基活性炭。
6.根据权利要求2~4中任一项所述的固定化铜绿假单胞菌生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，改性蕈菌基活性炭的制备中，称取5g蕈菌基活性炭，加入总体积为20mL的67%HNO3和98%H2SO4的混酸中摇匀，HNO3：H2SO4体积比为1:3，50℃水浴回流4h，然后在室温下放置24h，再进行离心分离，将所得沉淀物洗涤至中性，115℃下干燥10h，得到改性蕈菌基活性炭。
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