CN107841475B - 一种海洋细菌及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境工程水处理技术领域，具体一种海洋细菌Shewanella sp.CNZ‑1及其应用。海洋细菌为Shewanella sp.CNZ‑1，以保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏时间为2017年10月20日，保藏编号为：CCTCC M 2017545。本发明菌株为从海洋底泥筛选得到海洋土著微生物，其能够适应复杂的海洋环境，并且能够还原贵金属金。通过本发明微生物获得的纳米金，能够用于加速硝基酚类化合物的化学还原转化。与此同时本发明获得微生物与陆源微生物相比，海洋微生物能够适应高盐、低温和寡营养的恶劣条件，抗逆性较强，更具实用价值。

Description

一种海洋细菌及其应用
技术领域
本发明属于环境工程水处理技术领域，具体一种海洋细菌Shewanella sp.CNZ-1及其应用。
背景技术
近年来，贵金属的广泛应用使得其市场价格急剧升高。为了满足日益增长的使用需求，越来越多的人们开始从环境废弃物中回收贵金属，并开发了多种贵金属回收技术，例如蒸发冷凝法、液态金属离子源法、气动雾化法、离子交换、萃取及电化学回收等方法。但是，这些回收方法不仅成本高，还会二次污染环境。并且，由于用于回收重金属的废液中组成成分复杂等原因使得这些方法难以有效实施。因此，开发新型贵金属回收技术是当前本领域研究的热点。
微生物回收方法成本低且环境友好，具有替代传统处理技术的潜力，是一种非常有前景的回收方法。微生物回收贵金属主要生物吸附和生物还原两个过程。其中，生物还原通过一种包含酶辅助的生物还原过程使金属沉降。研究证明某些具有还原能力的细菌与氧化态的金属相遇能在细胞表面形成氧化态晶体或金属单质晶体，例如硫酸盐还原菌和铁还原菌等能够将离子态的钯、铂和金等贵金属变成零价态，并在此过程中形成具有专一催化性能的金属纳米颗粒。面对日益减少的贵金属资源储备，贵金属的微生物回收受到越来越多的关注。进一步筛选具有贵金属还原能力的菌质资源，并开发基于这些功能微生物的贵金属回收技术，具有良好的应用前景。
目前已报到的具有贵金属还原能力的细菌多为陆生细菌，目前尚无海洋细菌用于贵金属还原的报道。与陆地相比，海洋环境具有高盐、高压、低温和稀营养的特征。与陆源微生物相比，海洋微生物长期适应复杂的海洋环境而生存，有其独具的特性，能够更好的适应废液复杂的组分及环境更具实用价值。因此，开发基于海洋细菌的贵金属还原研究具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明目的在于提供一种海洋细菌Shewanella sp.CNZ-1及其应用。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种海洋细菌,海洋细菌为希瓦氏菌Shewanella sp.CNZ-1，以保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏时间为2017年9月 25日，保藏编号为：CCTCC M2017545。
所述菌株以乳酸钠为碳源最温度25-35℃，盐度2％-3％，pH 7-8条件下生长。
一种海洋细菌的应用,所述海洋细菌在回收贵金属中的应用。所述贵金属为Au。
所述将海洋细菌于无机盐培养基中在10-50℃、1-9％盐度和pH 3-10，并在电子供体存在下对Au(III)进行(1-24h)还原从而得回收Au0。优选为：20-40℃、1-3％盐度和pH 5-10。
所述电子供体为0.5-2g/L的乳酸钠，甲酸钠，葡萄糖、果糖中的一种或几种的混合；优选为乳酸钠。
一种海洋细菌的应用,所述海洋细菌在制备纳米金中的应用。
一种纳米金，采用所述海洋细菌在含Au(III)的无机盐培养基中培养，离心干燥得制备的生物纳米金。
具体为：
1)将所述海洋细菌在含贵金属的无机盐培养基中30-35℃避光反应 1-24h的混合物；
2)将步骤(1)中得到的混合物离心，将得到的沉淀置于去离子水中超声处理，再次离心将沉淀干燥，所得粉状颗粒即为制备的生物纳米金。
纳米金的制备方法，采用所述海洋细菌在含Au(III)的无机盐培养基中培养，离心干燥得制备的生物纳米金。
具体为：
1)将所述海洋细菌在含Au(III)的无机盐培养基中30-35℃避光反应 1-24h的混合物；
2)将步骤(1)中得到的混合物离心，将得到的沉淀置于去离子水中超声处理，再次离心将沉淀干燥，所得粉状颗粒即为制备的生物纳米金。
一种纳米金的应用，所述纳米金在处理含硝基酚类化合物废水处理中的应用。
进一步，将所述纳米金经水超声分散，以1-100mg/L的终浓度将其加入100-200mg/L硝基酚类化合物水溶液中，而后加入0.5-2g/L NaBH4，室温下即可发生催化反应。
本发明的效果和益处是：
本发明菌株为从海洋底泥筛选得到海洋土著微生物，其能够适应复杂的海洋环境，并且能够还原贵金属金。通过本发明微生物获得的纳米金，能够用于加速硝基酚类化合物的化学还原转化。
与此同时本发明获得微生物与陆源微生物相比，海洋微生物能够适应高盐、低温和寡营养的恶劣条件，抗逆性较强，更具实用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提的Shewanella sp.CNZ-1在不同电子供体存在的条件下于24h内对Au(III)的还原图。其中，1空白对照2果糖3 乳糖4乙酸钾5葡萄糖6甲酸钠7乳酸钠。
图2是本发明实施例提的生物纳米金的X-射线光电子能谱图(pH＝7)；
图3是本发明实施例提的生物纳米金的电子透射电镜图(pH＝9)。
图4是本发明实施例提的生物纳米金的催化效果图，其中生物纳米金母液浓度为5g/L。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
取0.1g渤海海峡(N 38°30.29’,E 121°14.10’)沉积物，接种到LB 培养基中(10g/L蛋白胨，5g/L酵母膏，10g/L氯化钠)中于摇床(150 rpM)37℃过夜培养，以平板涂布法筛选得多株纯菌。进一步以含Au(III) 的无机盐培养基为测试体系，筛选能够将Au(III)还原为Au0(表观上可以从无色变粉色或紫色)的菌株用于后续研究。
基于以上背景，本发明以渤海海峡中部的海洋底泥为菌源，筛选到一株具有Au(III)还原能力的海洋土著细菌，命名为CNZ-1，经鉴定为希瓦式菌属(Shewanella sp.)，以保藏于中国典型培养物保藏中心，地址为湖北省武汉市武昌区八一路珞珈山，保藏时间为2017.10.08，保藏编号为： CCTCC M 2017545。
实施例2
将上述获得菌株CNZ-1(0.5g/L)和Au(III)(50mg/L)于100mL无机盐培养基中混匀，盐度为2％，将pH调为7，再加入2g/L的不同的电子供体(果糖，乳糖，乙酸钾，葡萄糖，甲酸钠，乳酸钠)，曝氮气10min，在30℃的厌氧培养箱中避光反应24h，颜色变化参见图1。
所述无机盐培养基为每升，1g NH4Cl,0.8gNa2HPO4,0.2gKH2PO4, 0.2g MgCl2·7H2O,0.1g CaCl2·2H2O,20g NaCl，余量为去离子水。
由图1可以看出，CNZ-1可以在多种电子供体存在的条件下将无色的Au(III)还原为粉色或紫色的Au纳米颗粒，其中颜色越深还原效果越好。结果表明，在当前的反应体系中，乳酸钠和甲酸钠为最优的电子供体。
实施例3
生物纳米金的制备：
将上述获得菌株CNZ-1(0.5g/L)和Au(III)(50mg/L)于100mL无机盐培养基中混匀，盐度为2％，将pH调为7，再加入2g/L的乳酸钠，曝氮气10min，在30℃的培养箱中避光反应24h，将得到的混合物(参见图1)离心(10000rpm,5min)，把沉淀置于去离子水中超声处理1h，再次离心将沉淀置于60℃烘箱中干燥，经过X-射线衍射能谱验证所得粉状即为制备的生物纳米金(参见图2)。
所述无机盐培养基为每升，1g NH4Cl,0.8gNa2HPO4,0.2gKH2PO4, 0.2g MgCl2·7H2O,0.1g CaCl2·2H2O,20g NaCl，余量为去离子水。
由上述图中记载可知，Au的4f7/2结合能位置出现在83.7eV，而标准谱图中Au(III)的4f7/2结合能位置出现在87.2eV，由此推断，Au(III)被还原为Au0。
实施例4
生物纳米金的制备：
将菌株CNZ-1(0.5g/L)和Au(III)(50mg/L)于100mL所述无机盐培养基中混匀，盐度为2％，将pH调为9，在加入2g/L的乳酸钠，曝氮气 10min，在30℃的培养箱中避光反应2h，将得到的混合物离心(10000 rpm,5min)，把沉淀置于去离子水中超声处理1h，再次离心将沉淀置于 60℃烘箱中干燥，经过透射电镜验证所得粉状即制备的生物纳米金(图 3)。
由上述图中记载可知，箭头指向位置即为在细胞内部和外部产生的纳米金颗粒。)
实施例5
采用上述实施例获得生物纳米金进行对硝基酚进行降解的检测：
设置不同试验组，分别为对照组和实验组，实验组包含不同的催化剂浓度，以上述实施例获得生物纳米金作为催化剂，而后分别取上述不同试验组的反应体系3mL，使用分光光度计于400nm处监测对硝基酚的浓度变化(参见图4)。
其中对照组为：0.3mL NaBH4(20g/L)，30μL对硝基酚(10mM)， 2.67mL超纯水；
含材料实验组为：0.3mL NaBH4(20g/L)，30μL对硝基酚(10mM)， 40μL上述制备的生物纳米金(5g/L，pH＝7反应体系)，2.63mL超纯水。其中，生物纳米金母液浓度为5g/L)。
由如4可见含材料的实验组对硝基酚的还原率比对照组均有显著提高。

Claims (4)

1.一种海洋细菌的应用,其特征在于：海洋细菌在回收Au的应用；
所述海洋细菌为Shewanella sp. CNZ-1，以保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏时间为2017年10月20日，保藏编号为：CCTCC M 2017545；
所述将海洋细菌于无机盐培养基中在20-40 oC、1-3%盐度和pH 5-10，并在电子供体存在下对Au(III)进行还原从而得回收Au0。
2.一种海洋细菌的应用,其特征在于：所述海洋细菌在制备纳米金中的应用；
所述海洋细菌为Shewanella sp. CNZ-1，以保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏时间为2017年10月20日，保藏编号为：CCTCC M 2017545。
3.一种纳米金的制备方法，其特征在于：采用海洋细菌在含Au(III)的无机盐培养基中培养，离心干燥得制备的生物纳米金；
所述海洋细菌为Shewanella sp. CNZ-1，以保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏时间为2017年10月20日，保藏编号为：CCTCC M 2017545。
4.按权利要求3所述的纳米金的制备方法，其特征在于：
1）将所述海洋细菌在含Au(III)的无机盐培养基中30-35 oC避光反应1-24 h 的混合物；
2) 将步骤 (1) 中得到的混合物离心，将得到的沉淀置于去离子水中超声处理，再次离心将沉淀干燥，所得粉状颗粒即为制备的生物纳米金。
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Rapid production of Pd nanoparticle by a marine electrochemically active bacterium Shewanella sp. CNZ-1 and its catalytic performance on 4-nitrophenol reduction;Haikun Zhang等;《RSC Adv》;20170823;第7卷;摘要 *
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