CN107988083B - 拟盾壳霉属微生物、生物质炭基复合材料制备方法及应用 - Google Patents

拟盾壳霉属微生物、生物质炭基复合材料制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

一种拟盾壳霉属微生物、生物质炭基复合材料制备方法及应用，该拟盾壳霉属微生物为拟盾壳霉属ZNT‑10(Pseudocamarosporium sp.ZNT‑10)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M 2017468。上述拟盾壳霉属ZNT‑10(Pseudocamarosporium sp.ZNT‑10)，培养条件简单，生长快，成本低，生物量大，无环境生态毒性，具备高Mn、高Cd抗性。其与Fe3+和/或Mn2+结合制备得到生物质炭基复合材料可有效去除水中Cd2+。

Description

拟盾壳霉属微生物、生物质炭基复合材料制备方法及应用
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别是涉及拟盾壳霉属微生物、生物质炭基复合材料制备方法及应用
背景技术
随着经济的发展、人口的增长、工矿业的发展、城市化进程的加快，生产、生活用水需求日益增大，污水排放日趋增加，水资源供需矛盾日渐突出。污水处理对于有效缓解我国水资源短缺，缓和工矿业和生活用水紧张，提高水资源利用效率，保障供水安全具有非常重要的意义。受污水处理生产成本、污水处理厂工艺技术水平等因素影响，污水处理后仍然存在各种有毒有害重金属污染物。实现污水中有毒有害重金属污染物高效去除对于降低重金属污染物生态风险，提高水资源利用效率，保障水安全，保护水环境具有十分重要的意义。经污水处理厂处理后的水中往往含一种或几种主要重金属污染物。水中即使微量残留的重金属都会给动植物带来严重危害，并通过食物链进入生态系统，造成生态系统破坏，最终损害人体健康。因此，高效、针对性去除污水中低浓度、高毒性重金属污染物，对于消除污水处理后排放的生态风险，保障水安全，保护水环境非常重要。
现阶段，污水中重金属污染物去除多采用化学沉淀法、膜分离技术、吸附法等。化学沉淀法去除污水中重金属存在二次污染的可能。膜分离技术去除污水中重金属过程容易受到污染，技术成本高。吸附法是一种利用吸附材料去除水中重金属的方法。吸附材料与水中重金属去除效率密切相关。从特定重金属污染环境中筛选出对重金属具有强抗性、强吸附能力的微生物，制备重金属吸附材料，实现污水中重金属高效吸附去除非常有意义。
发明内容
本发明针对污水中重金属污染物高效去除的问题，提供一种用于重金属吸附去除的拟盾壳霉属微生物、生物质炭基复合材料制备方法及应用。
一种拟盾壳霉属微生物，拟盾壳霉属微生物为拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCM 2017468。
一种生物质炭基复合材料，生物质炭基复合材料包括上述的拟盾壳霉属微生物和金属离子的混合隔氧烧结物，金属离子为Fe3+和/或Mn2+。
一种生物质炭基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)于20℃～30℃在含Fe3+和/或Mn2+的PDA培养基中培养3天～5天；
收集吸附了Fe3+和/或Mn2+的拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp. ZNT-10)，在无氧条件下，200℃～450℃烧制0.5h～1.5h，得到生物质炭基复合材料。
进一步地，PDA培养基中含Fe3+100mg/L～300mg/L和/或含Mn2+ 500mg/L～2000mg/L。
进一步地，Fe3+选自FeCl3或者Fe2(SO4)3，Mn2+选自MnCl2或者MnSO4。
进一步地，Fe3+选自FeCl3，Mn2+选自MnCl2。
进一步地，制备温度为400℃，制备时间为1h，无氧条件为N2保护。
进一步地，拟盾壳霉属ZNT-10的扩增条件为：
将拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)于20℃～30℃在 PDA培养基中扩增培养3天～5天。
一种生物质炭基复合材料在水处理的应用，生物质炭基复合材料去除水中的重金属Cd2+，Cd2+去除浓度为0mg/L～50mg/L。
上述拟盾壳霉属微生物，培养条件简单，生长快，成本低，生物量大，无环境生态毒性，具备高Mn、高Cd抗性。其与Fe3+和/或Mn2+制备得到生物质炭基复合材料可有效降低污水中的Cd2+浓度。
附图说明
图1为拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)平板菌落正面观察照片；
图2为拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)显微镜照片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明的拟盾壳霉属微生物，拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)是从湖南省湘潭市竹埠港重金属污染农田中分离得到，并于2017年9 月4日保藏在中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO: M 2017468，地址：中国，武汉，武汉大学。拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10) 重金属Mn抗性可达到8000mg/L，重金属Cd抗性可达到300mg/L。
拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)筛选过程包括：
取湖南省湘潭市竹埠港重金属污染农田土壤10g，加入90mL无菌水，摇床反应20min～30min后，静置10min，取100μL上清液涂布于含Mn 8000mg/L或者含Cd 300mg/L的PDA培养基中，20℃～30℃条件下培养3天～5天，挑取单菌落鉴定；鉴定结果证实是拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp. ZNT-10)。该菌在PDA培养基菌落生长缓慢，如图1所示，绒毡状，颜色初为白色，数天后转为浅褐色，背面黑褐色，菌丝纤细，分生孢子圆形。其显微镜如图2所示。
上述拟盾壳霉属微生物，培养条件简单，生长快，成本低，生物量大，无环境生态毒性，具备高Mn、高Cd抗性。其吸附Fe3+和/或Mn2+后制备得到生物质炭基复合材料可有效吸附去除污水中的Cd2+污染物。
一种生物质炭基复合材料，生物质炭基复合材料包括上述的拟盾壳霉属微生物和金属离子的混合隔氧烧结物，金属离子为Fe3+和/或Mn2+。
拟盾壳霉属微生物和金属离子的混合隔氧烧结物，即拟盾壳霉属微生物和金属离子的混合后在一般生物炭的烧结条件下，如相同或基本相同的烧结温度和烧结时间在隔氧的条件下烧结，得到含有负载氧化铁或者氧化锰的生物质炭基复合材料。
一种上述生物质炭基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)于25℃在含Fe3+或Mn2+的PDA培养基中培养3天～5天。
收集吸附了Fe3+或Mn2+的拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp. ZNT-10)在保护气体下，200℃～450℃烧制0.5h-1.5h，得到生物质炭基复合材料。
拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)培养温度过高或过低，将导致其生长缓慢，不利于产生大量微生物体。拟盾壳霉属ZNT-10 (Pseudocamarosporiumsp.ZNT-10)培养时间不足3天，Fe3+和/或Mn2+吸附不充分，拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)培养时间超过5 天，吸附在其表面的Fe3+和/或Mn2+发生解吸附。
收集吸附了Fe3+和/或Mn2+的拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp. ZNT-10)在无氧条件下，200℃～450℃烧制0.5h～1.5h，得到生物质炭基复合材料。烧制温度过低，时间过短，导致复合材料碳化不足；烧制温度过高，时间过长，导致复合材料产率低。
拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)进行扩增；向培养基中加入Fe3+和/或Mn2+继续培养；收集吸附了Fe3+和/或Mn2+的拟盾壳霉属 ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)；在N2条件下，高温隔氧烧制得到含氧化铁或者氧化锰的生物质炭基复合材料。
进一步地，PDA培养基中含Fe3+100mg/L～300mg/L或者含Mn2+ 500mg/L～2000mg/L。
进一步地，拟盾壳霉属ZNT-10的扩增条件为：
将拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)于25℃在PDA 培养基中扩增培养3天-5天。
进一步地，Fe3+选自FeCl3或者Fe2(SO4)3，Mn2+选自MnCl2或者MnSO4。
进一步地，Fe3+优选FeCl3，Mn2+优选MnCl2。
进一步地，烧制温度为400℃，烧制时间为1h，保护气体为N2。
一种生物质炭基复合材料在污水中的应用，生物质炭基复合材料去除污水中的Cd2+，Cd2+去除浓度为0mg/L～50mg/L。负载了氧化铁和氧化锰的生物质炭基复合材料具备大比表面积、强表面活性。同时，其表面含有羟基、羧基等含氧官能团，有利于Cd2+吸附。
实施例1
(1)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)25℃条件下，在PDA培养基中，扩增培养3天；
(2)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)25℃条件下，在含150mg/L FeCl3的PDA培养基中培养4天；
(3)收集吸附了Fe3+的拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp. ZNT-10)；
(4)N2保护条件下，450℃烧制1.5h，制备生物质炭基复合材料；
(5)将1g生物质炭基复合材料投入至1L含Cd2+25mg/L的污水中，3h后，过滤生物质炭基复合材料，取上清液1mL，稀释25倍，使用原子分光光度计方法检测上清液中的Cd2+含量，Cd2+含量为0mg/L，换算后，去除率达到100％。
实施例2
(1)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)20℃条件下，在PDA培养基中，扩增培养5天；
(2)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)20℃条件下，在含300mg/L FeCl3的PDA培养基中培养3天；
(3)收集吸附了Fe3+的拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp. ZNT-10)；
(4)N2保护条件下，400℃烧制1h，制备生物质炭基复合材料；
(5)将1g生物质炭基复合材料投入至0.5L含Cd2+50mg/L的污水中，2h 后，过滤生物质炭基复合材料，取上清液1mL，稀释25倍，使用原子分光光度计方法检测上清液中的Cd2+含量，Cd2+含量为0.034mg/L，换算后，去除率达到 98.28％。
实施例3
(1)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)25℃条件下，在PDA培养基中，扩增培养5天；
(2)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)25℃条件下，在含1000mg/L MnCl2的PDA培养基中培养3天；
(3)收集吸附了Mn2+的拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp. ZNT-10)；
(4)N2保护条件下，400℃烧制1h，制备生物质炭基复合材料；
(5)将1g生物质炭基复合材料投入至0.5L含Cd2+50mg/L的污水中，3h 后，过滤生物质炭基复合材料，取上清液1mL，稀释25倍，使用原子分光光度计方法检测上清液中的Cd2+含量，Cd2+含量为0mg/L，换算后，去除率达到100％。
实施例4
(1)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)25℃条件下，在PDA培养基中，扩增培养5天；
(2)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)25℃条件下，在含2000mg/L MnCl2的PDA培养基中培养3天；
(3)收集吸附了Mn2+的拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp. ZNT-10)；
(4)N2保护条件下，300℃烧制1h，制备生物质炭基复合材料；
(5)将1g生物质炭基复合材料投入至0.5L含Cd2+50mg/L的污水中，2h 后，过滤生物质炭基复合材料，取上清液1mL，稀释25倍，使用原子分光光度计方法检测上清液中的Cd2+含量，Cd2+含量为0mg/L，换算后，去除率达到100％。
实施例5
(1)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)25℃条件下，在PDA培养基中，扩增培养4天；
(2)拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)25℃条件下，在含500mg/L MnSO4和含200mg/L FeCl3的PDA培养基中培养3天；
(3)收集吸附了Mn2+和Fe3+的拟盾壳霉属ZNT-10(Pseudocamarosporium sp.ZNT-10)；
(4)N2保护条件下，300℃烧制1h，制备生物质炭基复合材料；
(5)将1g生物质炭基复合材料投入至1L含Cd2+50mg/L的污水中，1h后，过滤生物质炭基复合材料，取上清液1mL，稀释25倍，使用原子分光光度计方法检测上清液中的Cd2+含量，Cd2+含量为0.026mg/L，换算后，去除率达到98.7％。
Figure BDA0001439880520000071
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种拟盾壳霉属微生物，其特征在于，所述拟盾壳霉属微生物为Pseudocamarosporium sp.ZNT-10(拟盾壳霉属ZNT-10)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M 2017468。
2.一种生物质炭基复合材料，其特征在于，所述生物质炭基复合材料包括权利要求1所述的拟盾壳霉属微生物和金属离子的混合隔氧烧结物，所述金属离子为Fe3+和/或Mn2+。
3.一种权利要求2所述的生物质炭基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述拟盾壳霉属Pseudocamarosporium sp.ZNT-10(拟盾壳霉属ZNT-10)于20℃～30℃在含Fe3+和/或Mn2+的PDA培养基中培养3天～5天；
收集吸附了Fe3+和/或Mn2+的Pseudocamarosporium sp.ZNT-10(拟盾壳霉属ZNT-10)，在无氧条件下，200℃～450℃烧制0.5h～1.5h，得到所述生物质炭基复合材料。
4.根据权利要求3所述的生物质炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述PDA培养基中含Fe3+100mg/L～300mg/L和/或含Mn2+500mg/L～2000mg/L。
5.根据权利要求4所述的生物质炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述Fe3+选自FeCl3或者Fe2(SO4)3，所述Mn2+选自MnCl2或者MnSO4。
6.根据权利要求5所述的生物质炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述Fe3+选自FeCl3，所述Mn2+选自MnCl2。
7.根据权利要求3所述的生物质炭基复合材料的制备方法，其特征在于，制备温度为400℃，制备时间为1h，所述无氧条件为N2保护。
8.根据权利要求3～7中任一项所述的生物质炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述拟盾壳霉属ZNT-10的扩增条件为：
将Pseudocamarosporium sp.ZNT-10(拟盾壳霉属ZNT-10)于20℃～30℃在PDA培养基中扩增培养3天～5天。
9.一种权利要求3～8中任一项制备的生物质炭基复合材料在水处理的应用,其特征在于，生物质炭基复合材料去除水中的重金属Cd2+，所述Cd2+去除浓度为25mg/L～50mg/L。
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