CN110172456A - 一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料以及该生物材料的制备方法，以活性炭纤维‑不动杆菌复合材料为核心，在活性炭纤维‑不动杆菌复合材料的表面自组装包覆壳聚糖‑海藻酸钙聚合物；活性炭纤维‑不动杆菌复合材料是以活性炭纤维为固定化载体，负载不动杆菌(Acinetobacter sp.)后得到的复合材料；壳聚糖‑海藻酸钙聚合物是以壳聚糖与海藻酸钙相互键合交联后形成的多孔聚合物溶胶。该生物材料不仅可以同时溶解藻细胞、降解藻毒素、除氮磷，而且具有降解效率高、环境友好、环境耐受性强、稳定性良好、可重复利用、储存性良好等优点，能有效地解决水体富营养化导致的蓝藻爆发及藻毒素污染问题。

Description

一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料及其制 备方法和应用
技术领域
本发明涉及废水处理、蓝藻水华、藻毒素污染治理领域，尤其涉及一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料及其制备方法和应用。
背景技术
生活污水、工农业废水的不当排放以及水产养业的污染，水体氮磷元素含量过高，富营养化加剧，导致蓝藻类藻水华、赤潮不断发生。微囊藻毒素是由蓝藻产生的一类单环七肽肝毒素，它对人体及动物肝、肠、脑、肾、肺和心脏等不同的器官具有极大的危害，微囊藻毒素的污染对自然生态系统和公共健康构成了巨大的威胁。藻毒素具有环状结构，化学性质稳定，传统的水治理工艺很难将其从水体中有效的去除。
目前，控制蓝藻爆发的方法主要有化学、物理以及生物法。一些物理和化学方法如光催化、电解、过氧化氢、硫酸铜臭氧等可有效抑制有害藻类的生长，但这些方法存在可能对水体造成二次污染、成本高、效率低等缺点。生物法具有较安全有效、对环境危害更小、有利于生态修复等特点，目前是众多研究者感兴趣的研究方向，相关文献报道细菌类的红球菌、芽孢杆菌、交替单胞菌等具有溶藻功能，鞘氨醇单胞菌、铜绿假单胞菌等具有藻毒素降解活性，一些好氧菌如产碱杆菌、副球菌等具有除氮磷作用。但上述细菌在处理藻类污染问题时存在下列缺陷：(1)细菌只具备单一溶藻或降解藻毒素或除氮除磷的功能；(2)溶藻菌溶解蓝藻细胞的同时却释放出了蓝藻细胞内的藻毒素，有效抑制藻类爆发的同时却造成了更严重的藻毒素污染，故不能同步解决蓝藻及藻毒素污染问题；(3)游离菌株在自然水体中存在降解效率较低、抗水流冲击力低、易流失、菌株相对浓度较低、原生动物侵蚀、易受环境因素影响、难以实现重复利用等问题，使得菌株在实际运用中受到了很大的限制。
因此，寻找一种可以同时溶解藻细胞、降解藻毒素及除氮磷，且降解效率高、稳定性良好、可重复利用的复合生物材料，对本技术领域具有十分重要的现实意义。
活性炭纤维(ACF)是一种新型碳基材料，与粉末活性炭和颗粒活性炭相比，ACF具有较发达的微孔结构、良好的吸附性与生物相容性、较高的抗机械强度，无细胞毒性，易于微生物附着与生长繁殖，是优质的微生物载体。因其吸附特点，ACF可运用于废气、污水处理工艺，但因吸附容积有限、长期使用导致解吸附等问题，限制了ACF在环保领域的应用。
海藻酸钠(SA)是一种从天然褐藻植物中提取的水溶性阴离子高分子多糖，价廉易得、储量丰富，可再生，具有良好的安全性，细胞毒性极低，是生物兼容性的支架材料。壳聚糖(CTS)是一种聚阳离子多糖，CTS及其衍生物具有具有优越的生物相容性、黏附吸附性、无毒、可降解。在水溶液中，CTS中带正电的氨基可与SA中带负电的羧基通过静电作用形成聚电解质复合物，再与氯化钙发生离子交联，可形成具有较高的传质性能与生物活性的多孔聚合物壳聚糖-海藻酸钙，且此操作条件温和，固化成形方便，目前CTS/SA固定化技术在工业废水和生活污水处理领域有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可以在溶解藻细胞的同时降解藻毒素、除氮磷的复合生物材料及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料，以活性炭纤维-不动杆菌复合材料为核心，在所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料的表面自组装包覆壳聚糖-海藻酸钙聚合物；所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料是以活性炭纤维为固定化载体，负载不动杆菌(Acinetobacter sp.，菌株号为A2(KM 926342))后得到的复合材料；所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物是以壳聚糖与海藻酸钙相互键合交联后形成的多孔聚合物溶胶。
上述的生物材料，优选的，所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料中活性炭纤维与不动杆菌的质量比为1︰(0.1-3)，所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料与壳聚糖-海藻酸钙聚合物的质量比为1︰(0.5-3)，所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物中壳聚糖与海藻酸钙的质量比为(1-3)︰1。
相对于单功能微生物，不动杆菌具有溶藻、降解藻毒素以及除氮磷等多种生物性能，为同时解决水体富营养化、藻类及藻毒素污染提供了可行性。
活性炭纤维具有发达的微孔结构、较强的吸附性能、良好的生物相容性，有利于不动杆菌附着生长，减少菌体运动所需消耗的能量，同时能提高其环境耐受性，减少有害因素对菌体的损伤。
壳聚糖是一种聚阳离子的多糖，而海藻酸钙属于聚阴离子多糖，两者通过电荷作用，在钙离子溶液中，可形成具有良好生物相容性和机械性能的壳聚糖-海藻酸钙聚合物，相比于海藻酸钙，壳聚糖-海藻酸钙聚合物稳定性更加优良。壳聚糖-海藻酸钙聚合物可在活性纤维表面形成一层薄膜，从而将不动杆菌包裹在其中，减少材料运用过程中菌体流失，同时，壳聚糖-海藻酸钙聚合物与活性炭纤维的结合也增加了材料整体的机械强度和稳定性。
基于一个总的技术构思，本发明还相应提供一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取经驯化培养后的不动杆菌菌液，离心弃上清，用生理盐水重悬菌细胞，将重悬菌液滴加到活性炭纤维中，静置后得到活性炭纤维-不动杆菌复合材料；
(2)将所述步骤(1)后得到的活性炭纤维-不动杆菌复合材料浸泡到海藻酸钠溶液中，然后将包覆有海藻酸钠的活性炭纤维-不动杆菌复合材料取出后浸泡于壳聚糖-氯化钙乙酸溶液中，静置一段时间后，活性炭纤维-不动杆菌复合材料上的海藻酸钠会与壳聚糖-氯化钙乙酸溶液中钙离子发生化学交联反应，形成海藻酸钙，同时海藻酸钠中的负电荷羧基与壳聚糖中的正电荷氨基通过电荷作用，形成电解质，从而在活性炭纤维-不动杆菌复合材料表面形成壳聚糖-海藻酸钙聚合物，用生理盐水洗涤后，即得到所述的生物材料。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，不动杆菌的驯化培养具体包括如下步骤：首先，配制牛肉膏蛋白胨液体培养基，加入藻毒素水溶液，经高压蒸汽灭菌后，接种不动杆菌，于摇床中进行驯化培养；然后，取驯化培养后得到的菌液，离心弃上清后，接种于新的牛肉膏蛋白胨液体培养基上，于摇床中进行增殖培养，即得到驯化培养后的不动杆菌菌液。通过驯化，使不动杆菌适应藻毒素环境，提高其耐受性，并诱导或增强其对藻毒素的降解作用。
更优选的，所述牛肉膏蛋白胨液体培养基的成分为：蛋白胨10g/L，牛肉膏5g/L，NaCl10g/L，余量为水；所述牛肉膏蛋白胨液体培养基的pH＝7.2；所述藻毒素水溶液中藻毒素的浓度为0.5-2μg/mL；所述摇床的转速为200-250r/min；在摇床中驯化培养的温度控制为25-35℃，驯化培养的时间控制为20-24h；在摇床中增殖培养的温度控制为25-35℃，增殖培养的时间控制为20-24h；所述高压蒸汽灭菌采用的压力控制在103-120kPa，温度控制在121℃，时间控制在30min。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，在滴加重悬菌液之前要先对活性炭纤维进行预处理，具体包括以下步骤：用超纯水将未预处理的活性炭纤维冲洗至无浮渣后放入烧杯中，加入氢氧化钾溶液，进行第一次煮沸，然后用蒸馏水冲洗至pH为7，再加入到盐酸溶液中，进行第二次煮沸，再用超纯水冲洗至pH为7，用锡纸封盖后烘干，高压蒸汽灭菌，再烘干，即得到预处理后的活性炭纤维。活性炭纤维具有发达的微孔结构，极易吸附空气中的挥发性物质，使得吸附性能下降，经过酸碱预处理后，可以去除活性炭纤维表面的杂质，改善其吸附性。
更优选的，所述氢氧化钾溶液的体积分数为4-10％，所述盐酸溶液的体积分数为5-10％；所述第一次煮沸的时间控制在至少2h，所述第二次煮沸的时间控制在至少30min；所述烘干的温度控制在60-80℃；所述高压蒸汽灭菌采用的压力控制在103-120kPa，温度控制在121℃，时间控制在30min。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，静置的时间为30-60min；所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料中所含活性炭纤维与不动杆菌的质量比为1︰(0.1-3)。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，壳聚糖-氯化钙乙酸溶液由质量分数为1％的壳聚糖乙酸溶液与质量分数为15％的氯化钙水溶液按(10-20)︰1的体积比混合后得到，所述壳聚糖-氯化钙乙酸溶液的pH为4-6；静置的时间为30-60min；所述的生物材料中活性炭纤维-不动杆菌复合材料与壳聚糖-海藻酸钙聚合物的质量比为1︰(0.5-3)，所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物中壳聚糖与海藻酸钙的质量比为(1-3)︰1。
基于一个总的技术构思，本发明还相应提供一种上述生物材料在废水处理、蓝藻水华和/或藻毒素污染治理领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的生物材料，不仅可以同时溶解藻细胞、降解藻毒素、除氮磷，而且具有降解效率高、环境友好、环境耐受性强、稳定性良好、可重复利用、储存性良好等优点，能有效地解决水体富营养化导致的蓝藻爆发及藻毒素污染问题。
2、本发明的制备方法，制备过程简易方便，其主要成分ACF、SA、CTS和不动杆菌都具有绿色环保、易于生态修复等特点。
3、本发明所涉及的生物材料可应用于废水处理、蓝藻水华和/或藻毒素污染治理领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1得到的生物材料透射电镜图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的说明书附图和实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的生物材料(如图1所示)，以活性炭纤维-不动杆菌复合材料为核心，在所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料的表面自组装包覆壳聚糖-海藻酸钙聚合物；所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料是以活性炭纤维为固定化载体，负载不动杆菌(Acinetobacter sp.，菌株号为A2(KM 926342))后得到的复合材料；所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物是以壳聚糖与海藻酸钙相互键合交联后形成的多孔聚合物溶胶。
该生物材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)不动杆菌的驯化培养：称取1.0g蛋白胨、1.0g NaCl、0.5g牛肉膏放入100ml锥形瓶中，加入超纯水至100ml，搅拌，调pH＝7.2，得到牛肉膏蛋白胨液体培养基；加入10mL 2μg/mL藻毒素水溶液，110kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，作为菌株驯化培养基；取100μL不动杆菌菌液，接种于培养基中，于气浴式振荡培养箱(摇床)中驯化培养24h，转速250r/min，温度30℃；
称取1.0g蛋白胨、1.0g NaCl、0.5g牛肉膏放入100ml锥形瓶中，加入超纯水至100ml，搅拌，调pH＝7.2，得到新的牛肉膏蛋白胨液体培养基，110kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，作为菌株增殖培养基；取上述菌液100uL，5000rpm离心8min，去上清，将菌体加入到增殖培养基，于气浴式振荡培养箱(摇床)中增殖培养24h，转速250r/min，温度30℃；
(2)活性炭纤维的预处理：用超纯水将未预处理的活性炭纤维冲洗至无浮渣后放入烧杯中，加入体积分数4％氢氧化钾溶液，煮沸(至少2h)，然后用蒸馏水冲洗至pH为7，加入体积分数5％盐酸溶液，煮沸30min，用超纯水冲洗至pH为7，用锡纸封盖后放入烘箱，烘干，将其剪成面积为1cm×1cm大小的块状纤维片，110kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，60℃烘箱中烘干至质量不变，得预处理后的活性炭纤维；
(3)制备活性炭纤维-不动杆菌复合材料：取200μl菌液，5000rpm离心8min，去上清，取200μl生理盐水重悬菌体，滴加到活性炭纤维中，静置30min，得到活性炭纤维-不动杆菌复合材料，其中活性炭纤维与不动杆菌的质量比为1︰0.5；
(4)制备壳聚糖-氯化钙乙酸溶液：称取15g氯化钙溶于85ml超纯水中，取0.5g壳聚糖溶于49.5ml乙酸溶液中，分别取2ml 15％氯化钙溶液与40ml 1％壳聚糖乙酸溶液混合，调pH为5，得到壳聚糖-氯化钙乙酸溶液；
(5)制备生物材料：将上述活性炭纤维-不动杆菌复合材料浸泡到海藻酸钠溶液中，30s后取出，然后将包覆有海藻酸钠的活性炭纤维-不动杆菌复合材料放入壳聚糖-氯化钙乙酸溶液中浸泡，静置30min，使活性炭纤维-不动杆菌复合材料表面形成壳聚糖-海藻酸钙聚合物，其中壳聚糖与海藻酸钙的质量比为3︰1，用生理盐水冲洗2-3次，即得到具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料，其中活性炭纤维-不动杆菌复合材料与壳聚糖-海藻酸钙聚合物的质量比为1：1。
(6)pH变化耐受实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入藻毒素初始浓度为6.0μg/mL，pH分别为3、5、7、9、11的溶液中，置于转速250r/min，温度30℃的气浴培养箱中，分别于0d和3d取100μL水样，5000rpm，离心8min，取上清液，测藻毒素浓度，计算藻毒素降解率；不同pH下藻毒素降解率分别为34.6％、47.8％、55.6％、45.2％、27.7％。
(7)温度变化耐受实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入藻毒素初始浓度为6.0μg/mL，pH为7的溶液中，置于转速250r/min，温度分别为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃的气浴培养箱中，分别于0d和24d取100μL水样，5000rpm，离心8min，取上清液，测藻毒素浓度，计算藻毒素降解率；不同温度下藻毒素降解率分别为33.8％、44.1％、55.8％、43.2％、32.4％。
(8)溶藻性能实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入2x 106cells/mL的蓝藻溶液中，置于温度30℃，光照/黑暗周期为12h/12h的光照培养箱中，于0d和3d取样，计算溶藻率为67.6％。
(9)氮磷去除实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入总氮和总磷浓度分别为200mg/mL和100mg/mL溶液中，置于转速250r/min，温度30℃的气浴培养箱中，分别于0d和3d取水样，计算总氮和总磷去除率分别为46.3％、89.4％。
(10)重复利用性评估：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入藻毒素初始浓度为6.0μg/mL，pH为7的溶液中，置于转速250r/min，温度30℃的气浴培养箱，3d后取出，重复利用5次，第1、2、3、4、5次重复利用的藻毒素降解率分别为58.5％，55.7％、53.1％、45.1％、41.8％。
(11)储存性评估：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料置于4℃中储存，分别于第0d、5d、10d、15d、20d取出放入藻毒素初始浓度为6.0μg/mL，pH为7的溶液中，置于转速250r/min，温度30℃的气浴培养箱，分别于0d和3d后取样，计算藻毒素降解率。第0、5、10、15、20d藻毒素降解率分别为53.1％、50.7％、48.5％、42.3％、36.7％。
实施例2：
一种本发明的生物材料，以活性炭纤维-不动杆菌复合材料为核心，在所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料的表面自组装包覆壳聚糖-海藻酸钙聚合物；所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料是以活性炭纤维为固定化载体，负载不动杆菌(Acinetobacter sp.，菌株号为A2(KM 926342))后得到的复合材料；所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物是以壳聚糖与海藻酸钙相互键合交联后形成的多孔聚合物溶胶。
该生物材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)不动杆菌的驯化培养：称取1.0g蛋白胨、1.0g NaCl、0.5g牛肉膏放入100ml锥形瓶中，加入超纯水至100ml，搅拌，调pH＝7.2，得到牛肉膏蛋白胨液体培养基；加入10mL 1μg/mL藻毒素水溶液，115kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，作为菌株驯化培养基；取100μL不动杆菌菌液，接种于培养基中，于气浴式振荡培养箱(摇床)中驯化培养24h，转速200r/min，温度35℃；
称取1.0g蛋白胨、1.0g NaCl、0.5g牛肉膏放入100ml锥形瓶中，加入超纯水至100ml，搅拌，调pH＝7.2，得到新的牛肉膏蛋白胨液体培养基，115kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，作为菌株增殖培养基；取上述菌液100uL，5000rpm离心8min，去上清，将菌体加入到增殖培养基，于气浴式振荡培养箱(摇床)中增殖培养24h，转速200r/min，温度35℃；
(2)活性炭纤维的预处理：用超纯水将未预处理的活性炭纤维冲洗至无浮渣后放入烧杯中，加入体积分数6％氢氧化钾溶液，煮沸(至少2h)，然后用蒸馏水冲洗至pH为7，加入体积分数5％盐酸溶液，煮沸30min，用超纯水冲洗至pH为7，用锡纸封盖后放入烘箱，烘干，将其剪成面积为1cm×1cm大小的块状纤维片，115kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，70℃烘箱中烘干至质量不变，得预处理后的活性炭纤维；
(3)制备活性炭纤维-不动杆菌复合材料：取200μl菌液，5000rpm离心8min，去上清，取200μl生理盐水重悬菌体，滴加到活性炭纤维中，静置45min，得到活性炭纤维-不动杆菌复合材料，其中活性炭纤维与不动杆菌的质量比为1︰1；
(4)制备壳聚糖-氯化钙乙酸溶液：称取15g氯化钙溶于85ml超纯水中，取0.5g壳聚糖溶于49.5ml乙酸溶液中，分别取2ml 15％氯化钙溶液与20ml 1％壳聚糖乙酸溶液混合，调pH为5，得到壳聚糖-氯化钙乙酸溶液；
(5)制备生物材料：将上述活性炭纤维-不动杆菌复合材料浸泡到海藻酸钠溶液中，45s后取出，然后将包覆有海藻酸钠的活性炭纤维-不动杆菌复合材料放入壳聚糖-氯化钙乙酸溶液中浸泡，静置45min，使活性炭纤维-不动杆菌复合材料表面形成壳聚糖-海藻酸钙聚合物，其中壳聚糖与海藻酸钙的质量比为2︰1，用生理盐水冲洗2-3次，即得到具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料，其中活性炭纤维-不动杆菌复合材料与壳聚糖-海藻酸钙聚合物的质量比为1︰2。
(6)pH变化耐受实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入藻毒素初始浓度为6.0μg/mL，pH分别为3、5、7、9、11的溶液中，置于转速200r/min，温度30℃的气浴培养箱中，分别于0d和3d取100μL水样，5000rpm，离心8min，取上清液，测藻毒素浓度，计算藻毒素降解率；不同pH下藻毒素降解率分别为29.3％、33.5％、40.2％、31.6％、25.6％。
(7)温度变化耐受实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入藻毒素初始浓度为6.0μg/mL，pH为7的溶液中，置于转速200r/min，温度分别为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃的气浴培养箱中，分别于0d和24d取100μL水样，5000rpm，离心8min，取上清液，测藻毒素浓度，计算藻毒素降解率；不同温度下藻毒素降解率分别为26.5％、33.1％、41.2％、32.5％、29.8％。
(8)溶藻性能实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入2x 106cells/mL的蓝藻溶液中，置于温度30℃，光照/黑暗周期为12h/12h的光照培养箱中，于0d和3d取样，计算溶藻率为45.9％。
(9)氮磷去除实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入总氮和总磷浓度分别为200mg/mL和100mg/mL溶液中，置于转速200r/min，温度30℃的气浴培养箱中，分别于0d和3d取水样，计算总氮和总磷去除率分别为30.5％、78.8％。
实施例3：
一种本发明的生物材料，以活性炭纤维-不动杆菌复合材料为核心，在所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料的表面自组装包覆壳聚糖-海藻酸钙聚合物；所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料是以活性炭纤维为固定化载体，负载不动杆菌(Acinetobacter sp.，菌株号为A2(KM 926342))后得到的复合材料；所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物是以壳聚糖与海藻酸钙相互键合交联后形成的多孔聚合物溶胶。
该生物材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)不动杆菌的驯化培养：称取1.0g蛋白胨、1.0g NaCl、0.5g牛肉膏放入100ml锥形瓶中，加入超纯水至100ml，搅拌，调pH＝7.2，得到牛肉膏蛋白胨液体培养基；加入10mL1.2μg/mL藻毒素水溶液，120kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，作为菌株驯化培养基；取100μL不动杆菌菌液，接种于培养基中，于气浴式振荡培养箱(摇床)中驯化培养20h，转速220r/min，温度25℃；
称取1.0g蛋白胨、1.0g NaCl、0.5g牛肉膏放入100ml锥形瓶中，加入超纯水至100ml，搅拌，调pH＝7.2，得到新的牛肉膏蛋白胨液体培养基，120kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，作为菌株增殖培养基；取上述菌液100uL，5000rpm离心8min，去上清，将菌体加入到增殖培养基，于气浴式振荡培养箱(摇床)中增殖培养20h，转速220r/min，温度25℃；
(2)活性炭纤维的预处理：用超纯水将未预处理的活性炭纤维冲洗至无浮渣后放入烧杯中，加入体积分数8％氢氧化钾溶液，煮沸(至少2h)，然后用蒸馏水冲洗至pH为7，加入体积分数10％盐酸溶液，煮沸30min，用超纯水冲洗至pH为7，用锡纸封盖后放入烘箱，烘干，将其剪成面积为1cm×1cm大小的块状纤维片，120kPa、121℃高压蒸汽灭菌30min，80℃烘箱中烘干至质量不变，得预处理后的活性炭纤维；
(3)制备活性炭纤维-不动杆菌复合材料：取200μl菌液，5000rpm离心8min，去上清，取200μl生理盐水重悬菌体，滴加到活性炭纤维中，静置60min，得到活性炭纤维-不动杆菌复合材料，其中活性炭纤维与不动杆菌的质量比为1︰0.3；
(4)制备壳聚糖-氯化钙乙酸溶液：称取15g氯化钙溶于85ml超纯水中，取0.5g壳聚糖溶于49.5ml乙酸溶液中，分别取2ml 15％氯化钙溶液与30ml 1％壳聚糖乙酸溶液混合，调pH为5，得到壳聚糖-氯化钙乙酸溶液；
(5)制备生物材料：将上述活性炭纤维-不动杆菌复合材料浸泡到海藻酸钠溶液中，60s后取出，然后将包覆有海藻酸钠的活性炭纤维-不动杆菌复合材料放入壳聚糖-氯化钙乙酸溶液中浸泡，静置60min，使活性炭纤维-不动杆菌复合材料表面形成壳聚糖-海藻酸钙聚合物，其中壳聚糖与海藻酸钙的质量比为1︰1，用生理盐水冲洗2-3次，即得到具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料，其中活性炭纤维-不动杆菌复合材料与壳聚糖-海藻酸钙聚合物的质量比为1︰2.5。
(6)pH变化耐受实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入藻毒素初始浓度为6.0μg/mL，pH分别为3、5、7、9、11的溶液中，置于转速220r/min，温度30℃的气浴培养箱中，分别于0d和3d取100μL水样，5000rpm，离心8min，取上清液，测藻毒素浓度，计算藻毒素降解率；不同pH下藻毒素降解率分别为27.4％、36.5％、40.9％、32.1％、24.5％。
(7)温度变化耐受实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入藻毒素初始浓度为6.0μg/mL，pH为7的溶液中，置于转速220r/min，温度分别为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃的气浴培养箱中，分别于0d和24d取100μL水样，5000rpm，离心8min，取上清液，测藻毒素浓度，计算藻毒素降解率；不同温度下藻毒素降解率分别为28.7％、32.1％、41.1％、31.9％、28.5％。
(8)溶藻性能实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入2x 106cells/mL的蓝藻溶液中，置于温度30℃，光照/黑暗周期为12h/12h的光照培养箱中，于0d和3d取样，计算溶藻率为36.9％。
(9)氮磷去除实验：将本实施例中具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料放入总氮和总磷浓度分别为200mg/mL和100mg/mL溶液中，置于转速220r/min，温度30℃的气浴培养箱中，分别于0d和3d取水样，计算总氮和总磷去除率分别为30.9％、68.6％。
实施例4：
一种上述实施例1的生物材料应用于蓝藻水华和藻毒素污染治理的方法，包括如下步骤：
现场采集原藻液，加入实施例1的生物材料，于0、3d取水样，5000rpm，离心8min，取上清液，分别测定藻毒素、藻细胞、总氮磷浓度，计算藻毒素降解率、溶藻率、氮磷去除率。
试验结果：藻毒素降解率为56.8％，溶藻率为34.5％，总氮去除率为20.5％，总磷去除率为56.8％。

Claims (10)

1.一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料，其特征在于，以活性炭纤维-不动杆菌复合材料为核心，在所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料的表面自组装包覆壳聚糖-海藻酸钙聚合物；所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料是以活性炭纤维为固定化载体，负载不动杆菌(Acinetobacter sp.)后得到的复合材料；所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物是以壳聚糖与海藻酸钙相互键合交联后形成的多孔聚合物溶胶。
2.根据权利要求1所述的生物材料，其特征在于，所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料中活性炭纤维与不动杆菌的质量比为1︰(0.1-3)，所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料与壳聚糖-海藻酸钙聚合物的质量比为1︰(0.5-3)，所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物中壳聚糖与海藻酸钙的质量比为(1-3)︰1。
3.一种具有溶藻、降解藻毒素及除氮磷作用的生物材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取经驯化培养后的不动杆菌菌液，离心弃上清，用生理盐水重悬菌细胞，将重悬菌液滴加到活性炭纤维中，静置后得到活性炭纤维-不动杆菌复合材料；
(2)将所述步骤(1)后得到的活性炭纤维-不动杆菌复合材料浸泡到海藻酸钠溶液中，然后将包覆有海藻酸钠的活性炭纤维-不动杆菌复合材料取出后浸泡于壳聚糖-氯化钙乙酸溶液中，静置，使活性炭纤维-不动杆菌复合材料表面形成壳聚糖-海藻酸钙聚合物，用生理盐水洗涤后，即得到所述的生物材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，不动杆菌的驯化培养具体包括如下步骤：首先，配制牛肉膏蛋白胨液体培养基，加入藻毒素水溶液，经高压蒸汽灭菌后，接种不动杆菌，于摇床中进行驯化培养；然后，取驯化培养后得到的菌液，离心弃上清后，接种于新的牛肉膏蛋白胨液体培养基上，于摇床中进行增殖培养，即得到驯化培养后的不动杆菌菌液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述牛肉膏蛋白胨液体培养基的成分为：蛋白胨10g/L，牛肉膏5g/L，NaCl 10g/L，余量为水；所述牛肉膏蛋白胨液体培养基的pH＝7.2；所述藻毒素水溶液中藻毒素的浓度为0.5-2μg/mL；所述摇床的转速为200-250r/min；在摇床中驯化培养的温度控制为25-35℃，驯化培养的时间控制为20-24h；在摇床中增殖培养的温度控制为25-35℃，增殖培养的时间控制为20-24h；所述高压蒸汽灭菌采用的压力控制在103-120kPa，温度控制在121℃，时间控制在30min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在滴加重悬菌液之前要先对活性炭纤维进行预处理，具体包括以下步骤：用超纯水将未预处理的活性炭纤维冲洗至无浮渣后放入烧杯中，加入氢氧化钾溶液，进行第一次煮沸，然后用蒸馏水冲洗至pH为7，再加入到盐酸溶液中，进行第二次煮沸，再用超纯水冲洗至pH为7，用锡纸封盖后烘干，高压蒸汽灭菌，再烘干，即得到预处理后的活性炭纤维。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾溶液的体积分数为4-10％，所述盐酸溶液的体积分数为5-10％；所述第一次煮沸的时间控制在至少2h，所述第二次煮沸的时间控制在至少30min；所述烘干的温度控制在60-80℃；所述高压蒸汽灭菌采用的压力控制在103-120kPa，温度控制在121℃，时间控制在30min。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，静置的时间为30-60min；所述活性炭纤维-不动杆菌复合材料中所含活性炭纤维与不动杆菌的质量比为1︰(0.1-3)。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，壳聚糖-氯化钙乙酸溶液由质量分数为1％的壳聚糖乙酸溶液与质量分数为15％的氯化钙水溶液按(10-20)︰1的体积比混合后得到，所述壳聚糖-氯化钙乙酸溶液的pH为4-6；静置的时间为30-60min；所述的生物材料中活性炭纤维-不动杆菌复合材料与壳聚糖-海藻酸钙聚合物的质量比为1︰(0.5-3)，所述壳聚糖-海藻酸钙聚合物中壳聚糖与海藻酸钙的质量比为(1-3)︰1。
10.一种如权利要求1或2所述或由权利要求3-9中任一项所述制备方法制备得到的生物材料在废水处理、蓝藻水华和/或藻毒素污染治理领域中的应用。
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