CN108866105B - 用肠杆菌ly6生产纳米硫化镉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为用肠杆菌LY6生产纳米硫化镉上的方法，解决肠杆菌合成纳米硫化镉污染环境的问题。培养基121℃灭菌20‑30 min以后冷却至37℃后加入镉离子，培养基中镉离子重量百分浓度为0.002‑0.02%，接种肠杆菌菌株LY6，接种量为培养基重量的5‑10%，摇床振荡发酵36h或通气发酵48h后镉离子被转化为纳米硫化镉。

Description

用肠杆菌LY6生产纳米硫化镉的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料的微生物制备领域，具体涉及微生物新菌株生物转化生产纳米硫化镉的方法以及该方法在环境治理中的应用。
背景技术
纳米CdS是一种重要的半导体功能材料。纳米CdS因其具有较深的价带能级，故可使一些吸热的化学反应在被光辐射的CdS表面得到实现和加速。CdS还具有一些特殊的电化学性能，被广泛应用于自洁材料、介电材料、催化剂极载体、传感器、光催化太阳能电池、光裂解水制氢以及光催化降解水和大气中污染物等领域。
纳米材料的制备方法可分为物理和化学两种方法，而从制备的状态分类，也能分为气相法、固相法和液相法三种。但以上方法往往要在高温高压无氧等苛刻的条件下进行，或者需要利用毒性较大的原料及有机溶剂。微生物方法条件温和，目前报道的有关制备纳米硫化物的微生物也可以分为细菌、酵母菌以及霉菌。目前细菌已有光合细菌、硫酸盐还原菌、大肠杆菌合成纳米硫化镉的报道。高艳等（2015）用硫酸盐还原菌在黑暗厌氧条件合成纳米硫化镉。Sweenye等（2004）的研究表明大肠杆菌中的E.coli ABLE C菌株在含有1mM的CdCl2的培养基中加入Na2S可在细胞内形成纤锌矿机构的纳米CdS晶体，而大肠杆菌E. coliRI89和DH10B则不能形成纳米硫化镉；但 E.coli ABLE C必须在外源添加Na2S的条件下才能将镉离子转化为硫化镉，而Na2S是一种危化品，易产生硫化氢污染大气。
镉是生物毒性极强的一种重金属元素，在环境中的化学活性强、移动性大、毒性持久，易通过食物链的富集作用危及人类健康，能诱发肝、肾、骨骼病变，还有致癌作用。目前，镉等重金属污染主要的修复方法有物理修复、化学修复和生物修复等方法。以土壤为例，物理修复主要包括客土、土壤淋洗和电动修复；该法修复彻底，但修复成本高，难以大面积应用。化学修复主要指化学固定，即加入改良剂（如石灰、磷矿石、硫化物、有机物等）改变土壤的理化性质，通过重金属的吸附或(共)沉淀作用来降低其生物有效性达到固化失活的目的。但，长期施用石灰等物质易造成土壤板结，磷灰石等矿物质本身含有重金属Cd，金属硫化物释放到环境中产生硫化氢会造成二次环境污染。生物修复主要包括植物提取和微生物修复。植物提取是通过超积累植物进行富集，通过收集植物达到去除重金属的目的，但效率低，且占用粮食作物种植面积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用微生物新菌株在=生产纳米硫化镉方法。
本发明的另一目的提供一种用微生物新菌株修复镉污染介质的方法。
本发明是这样实现的：
1.用肠杆菌LY6生产纳米硫化镉的方法，所述的肠杆菌LY6的拉丁文名Enterobactersp.，2014年8月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO 9539，生产纳米硫化镉的肠杆菌LY6菌株所需培养基成分由以下重量百分比计：蔗糖0.5-1.5%、K2HPO4 0.1-0.2%、(NH4)2SO4 0.05-0.15%、MgSO4·7H2O0.002%-0.006%、CaCO3 0.005-0.015%、CaSO4 0.005-0.015%、酵母膏 0.05-0.1%、NaCl0.005-0.015%、其余为水；培养基pH 6.0-7.0，培养基121℃灭菌20-30 min以后冷却至37℃后加入镉离子，培养基中镉离子浓度为0.002-0.02%，接种肠杆菌菌株LY6，接种量为培养基重量的5-10%，摇床振荡发酵36h或通气发酵48h后镉离子被转化为纳米硫化镉。
2.用肠杆菌LY6修复镉污染介质将其转化为纳米硫化镉的方法，将肠杆菌LY6菌株用海藻酸钠、聚乙烯醇、卡拉胶、明胶、醋酸纤维素颗粒中的一种或多种组合包埋处理，肠杆菌LY6菌株包埋后施入镉污染介质，镉离子进入包埋颗粒后被肠杆菌LY6菌株还原为纳米硫化镉滞留于包埋颗粒内，回收包埋颗粒得到纳米硫化镉。
得到的纳米硫化镉镉滞留的包埋颗粒，直接用于光催化有机污染物降解。
本发明的优点如下：
本发明可将80%以上的镉离子可被转化为纳米硫化镉。
微生物修复主要是利用某些微生物对重金属的吸收、沉淀、固定、氧化还原等作用降低重金属毒性、减少重金属移动和阻止重金属进入植株体内。
本发明微生物合成纳米硫化镉，条件温和，操作简便，设备要求较低，生产成本低，节能环保，；在重金属污染的介质中，菌株包埋处理，可将其转化为纳米硫化镉并从污染介质中提取出来，变废为宝，降低环境治理成本，具有良好的经济效益和应用前景。
具体实施方式：
实施例1：
肠杆菌LY6在生产纳米硫化镉上的应用，具体操作如下：
1、材料及设备
菌株：肠杆菌LY6其拉丁文名Enterobacter sp.，2014年8月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO 9539。该肠杆菌的发明专利申请已经于2015年6月10日被中国专利局公布。
设备：三角瓶、摇床
2、操作方法及步骤
（1）种子液制备：将肠杆菌（Enterobacter sp.）LY6斜面菌株接种到装有LB液体培养基的三角瓶中， 35℃、150r/min振荡培养，待菌液在600nm波长下吸光度达0.7时，用于接种。LB培养基成分为：胰蛋白胨10 g·L-1，酵母膏5 g·L-1，NaCl 10 g·L-1，pH 7.2。
（2）接种及发酵：发酵所用培养基（成分按重量百分比计：蔗糖1.5%、K2HPO4 0.1%、(NH4)2SO4 0.1%、MgSO4·7H2O 0.002%、CaCO3 0.005%、CaSO4 0.005%、酵母膏 0.05%、NaCl0.005%，其余为水，pH 6.0）；121℃灭菌20 min以后冷却至37℃后按10%接种量接入菌种并加入过滤除菌的镉离子溶液，培养基中镉离子浓度为0.012%，维持温度35℃、摇床振荡150r/min培养36h。培养液离心，与初始相比，上清液中镉离子含量减少82%，离心后黄色沉淀为纳米硫化镉。
实施例2：
肠杆菌LY6在生产纳米硫化镉上的应用，具体操作如下：
1、材料及设备
菌株：肠杆菌LY6其拉丁文名Enterobacter sp.，2014年8月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO 9539。该肠杆菌的发明专利申请已经于2015年6月10日被中国专利局公布。
设备：三角瓶、摇床、发酵罐及发酵控制系统。
2、操作方法及步骤
（1）种子液制备：将肠杆菌（Enterobacter sp.）LY6斜面菌株接种到装有LB液体培养基的三角瓶中， 35℃、150r/min振荡培养，待菌液在600nm波长下吸光度达0.7时，按3%接种量（V/V）接种到装有LB液体培养基的种子发酵罐中，35℃，搅拌速度180r/min，通无菌空气进行发酵，发酵 7h，菌液为二级种子液。LB培养基成分为：胰蛋白胨10 g·L-1，酵母膏5g·L-1，NaCl 10 g·L-1，pH 7.2。
（2）接种及发酵：发酵所用培养基（成分按重量百分比计：蔗糖1.5%、K2HPO4 0.1%、(NH4)2SO4 0.1%、MgSO4·7H2O 0.002%、CaCO3 0.005%、CaSO4 0.005%、酵母膏 0.05%、NaCl0.005%，其余为水，pH 6.0）；121℃灭菌20 min以后冷却至37℃后按10%接种量接入菌种并加入过滤除菌的镉离子溶液，培养基中镉离子浓度为0.01%，维持温度36℃、搅拌速度150r/min、不通入空气，溶氧0mg/kg，发酵36h。发酵液离心，与初始相比，上清液中镉离子含量减少70%，离心后黄色沉淀为纳米硫化镉。
实施例3：
肠杆菌LY6在生产纳米硫化镉上的应用，具体操作如下：
1、材料及设备
菌株：肠杆菌LY6其拉丁文名Enterobacter sp.，2014年8月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO 9539。该肠杆菌的发明专利申请已经于2015年6月10日被中国专利局公布。
设备：三角瓶、摇床、发酵罐及发酵控制系统。
2、操作方法及步骤
（1）种子液制备：将肠杆菌（Enterobacter sp.）LY6斜面菌株接种到装有LB液体培养基的三角瓶中， 35℃、150r/min振荡培养，待菌液在600nm波长下吸光度达0.7时，按3%接种量（V/V）接种到装有LB液体培养基的种子发酵罐中，35℃，搅拌速度180r/min，通无菌空气进行发酵，发酵 7h，菌液为二级种子液。LB培养基成分为：胰蛋白胨10 g·L-1，酵母膏5g·L-1，NaCl 10 g·L-1，pH 7.2。
（2）接种及发酵：发酵所用培养基（成分按重量百分比计：蔗糖1.5%、K2HPO4 0.1%、(NH4)2SO4 0.1%、MgSO4·7H2O 0.002%、CaCO3 0.005%、CaSO4 0.005%、酵母膏 0.05%、NaCl0.005%，其余为水，pH 6.0）；121℃灭菌20 min以后冷却至37℃后按10%接种量接入菌种并加入过滤除菌的镉离子溶液，培养基中镉离子浓度为0.015%，维持温度36℃、搅拌速度150r/min、发酵罐压力0.05Mpa、溶氧50mg/kg，发酵36h。发酵液离心，与初始相比，上清液中镉离子含量减少85%，离心后黄色沉淀为纳米硫化镉。
实施例4：
肠杆菌LY6在修复镉污染介质，提取镉并变废为宝上的应用，具体操作如下：
1、材料
菌株：肠杆菌（Enterobacter sp.）LY6
包埋材料：海藻酸钠
2、操作方法及步骤
（1）菌液的制备：将肠杆菌（Enterobacter sp.）LY6斜面菌株接种到装有LB液体培养基的三角瓶中， 35℃、150r/min振荡培养，待菌液在600nm波长下吸光度达0.7时。LB培养基成分为：胰蛋白胨10 g·L-1，酵母膏5 g·L-1，NaCl 10 g·L-1，pH 7.2。
（2）菌液离心去除三分之二的上清液，振荡均匀，备用。
（3）5%海藻酸钠在80ml无菌水中热融，冷却后与浓缩的菌液混合，注射器滴入交联剂中（氯化钙4%），交联2h，得到粒径0.5mm左右的球形颗粒。
（4）固定化颗粒用无菌水清洗后加入镉污染浓度为100mg·L-1的水体中曝气培养7-10d。
（5）用孔径1mm的尼龙网收集固定化颗粒，颗粒内黄色物质即为纳米硫化镉。
（6）固定化颗粒打碎后，称取5g加入到60 ml 20mg·L-1的甲基橙溶液中进行光催化，和对照相比，6h后甲基橙降解率达75%。
实施例5：
肠杆菌LY6在修复镉污染介质，提取镉并变废为宝上的应用，具体操作如下：
1、材料
菌株：肠杆菌（Enterobacter sp.）LY6
包埋材料：聚乙烯醇
2、操作方法及步骤
（1）菌液的制备：将肠杆菌（Enterobacter sp.）LY6斜面菌株接种到装有LB液体培养基的三角瓶中， 35℃、150r/min振荡培养，待菌液在600nm波长下吸光度达0.7时。LB培养基成分为：胰蛋白胨10 g·L-1，酵母膏5 g·L-1，NaCl 10 g·L-1，pH 7.2。
（2）菌液离心去除三分之二的上清液，振荡均匀，备用。
（3）5%聚乙烯醇在80ml无菌水中热融，冷却后与浓缩的菌液混合，注射器滴入交联剂中（氯化钙4%），交联2h，得到粒径0.5mm左右的球形颗粒。
（4）固定化颗粒用无菌水清洗后加入镉污染浓度为40mg·L-1的土壤中淹水培养7-10d。
（5）用孔径1mm的尼龙网洗掉泥沙，收集固定化颗粒，颗粒内黄色物质即为纳米硫化镉。
（6）固定化颗粒打碎后，称取5g加入到60 ml 20mg·L-1的甲基橙溶液中进行光催化，和对照相比，6h后甲基橙降解率达60%。
上述实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

Claims (2)

1.用肠杆菌LY6生产纳米硫化镉的方法，其特征在于，所述的肠杆菌LY6的拉丁文名Enterobacter sp.，2014年8月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO 9539，生产纳米硫化镉的肠杆菌LY6菌株所需培养基成分由以下重量百分比计：蔗糖0.5-1.5%、K2HPO4 0.1-0.2%、(NH4)2SO4 0.05-0.15%、MgSO4·7H2O0.002%-0.006%、CaCO3 0.005-0.015%、CaSO4 0.005-0.015%、酵母膏 0.05-0.1%、NaCl0.005-0.015%、其余为水，培养基pH 6.0-7.0，培养基121℃灭菌20-30 min以后冷却至37℃后加入镉离子，培养基中镉离子重量百分浓度为0.002-0.02%，接种肠杆菌菌株LY6，接种量为培养基重量的5-10%，摇床振荡发酵36h或通气发酵48h后镉离子被转化为纳米硫化镉。
2.用肠杆菌LY6修复镉污染介质将其转化为纳米硫化镉的方法，其特征在于，所述的肠杆菌LY6的拉丁文名Enterobacter sp.，2014年8月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO 9539，将肠杆菌LY6菌株用海藻酸钠、聚乙烯醇、卡拉胶、明胶、醋酸纤维素颗粒中的一种或多种组合包埋处理，肠杆菌LY6菌株包埋后施入镉污染介质，镉离子进入包埋颗粒后被肠杆菌LY6菌株还原为纳米硫化镉滞留于包埋颗粒内，回收包埋颗粒得到纳米硫化镉。
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