CN111925460A - 一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体及其制备方法和用途 - Google Patents

一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体及其制备方法和用途，涉及微生物固定技术领域。该微生物固定化载体包括壳聚糖衍生物和磁性材料，其制备方法包括：称取磁性材料，加入壳聚糖衍生物溶液、液体石蜡、司盘‑80，超声搅拌，再加入戊二醛溶液，机械搅拌，调节pH、恒温反应，过滤、洗涤，真空干燥后研磨即得微生物固定化载体。该微生物固定化载体具有良好的传质性能和吸附性能，有利于微生物的吸附和负载，增加微生物的数量和活性，进而提高对重金属离子的吸附能力；且该固定化载体具有较好的稳定性。

Description

一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体及其制备方法和 用途
技术领域
本发明属于微生物固定技术领域，具体涉及一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体及其制备方法和用途。
背景技术
随着现代工业的发展，每年都会产生大量的工业废水，尤其是冶金、造纸、煤化工、纺织印染和制药等行业的废水，若不经过恰当处理，定会对环境造成严重危害。工业废水中所含有的重金属种类越来越多，导致水环境中重金属污染情况格外严峻。然而，重金属作为一类重要的宝贵资源，又具有很高的使用价值，因此如何有效治理水体重金属污染，保护人类健康和生态环境，同时回收利用重金属，缓解我国资源和环境的压力，是当前不可忽略的问题。
固定化微生物技术是指运用物理或化学的手段，将处于游离状态的微生物定位在一定大小的空间范围内，在其过程中保持其活性总体不变，并可进行重复循环利用。利用固定化微生物技术，可将选择性地筛选优势菌种加以固定，构成一种高效、快速、能连续处理的废水处理系统，可以有效地减少二次污染。固定化微生物技术具有细胞密度高、反应速度快、稳定性强、耐毒害能力强、产物分离容易等优点。这些突出优点使其在废水处理，特别是在重金属废水处理中受到重视。而固定化微生物技术中很重要的一环是载体的选择。
壳聚糖是甲壳素脱乙酰化而得到的一种生物高分子，是甲壳素的主要衍生物。它作为自然界中唯一的有机碱性多糖，来源广泛、廉价易得，具有良好的生物相容性、安全性和生物降解性。然由于其较差对的生物降解抵抗力和较低的环境稳定性，在微生物固定化技术应用中受到限制。壳聚糖分子的基本结构单元是带有胺基的葡萄糖，具有较活泼的化学性质。壳聚糖主要官能团是C2-NH2、C3-OH及C6-OH，因此通过化学改性可以使壳聚糖及其衍生物具有各种功能性，扩大其应用领域，制备获得性能良好的微生物固定化载体，更好的应用于重金属废水处理中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体及其制备方法和用途，该微生物固定化载体具有良好的传质性能和吸附性能，有利于微生物的吸附和负载，进而提高对重金属离子的吸附能力；且该固定化载体具有较好的稳定性。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种壳聚糖衍生物，利用蓖麻油酸和N-羟基琥珀亚胺对壳聚糖进行改性获得。采用蓖麻油酸通过交联改性的方法来制备获得壳聚糖衍生物，使得壳聚糖高聚物分子链呈枝化结构，既不会破坏其基本结构，保留其生物活性，又引入新的活性功能基团，可通过化学键键合的方法与微生物细胞连接，固定化更加牢固，微生物不易脱落且不影响其活性。同时增加分子比表面积，分散活性官能团，增强分子稳定性；可提高其耐酸性和耐降解性、对金属离子的吸附性能和生物粘附性。且具有较好的机械性能。
优选地，壳聚糖衍生物的结构式为：
Figure BDA0002587793440000021
其中：50≤n≤530。
优选地，壳聚糖衍生物的接枝率≥23％。
优选地，蓖麻油酸、N-羟基琥珀亚胺、壳聚糖的摩尔比为1～1.5:1～1.2:1。
优选地，壳聚糖衍生物的制备方法为：将壳聚糖溶于1～2％的醋酸中，并搅拌至完全溶解。按照蓖麻油酸与壳聚糖摩尔比为1～1.5:1的量加入蓖麻油酸；接着将N-羟基琥珀亚胺(N-羟基琥珀亚胺与壳聚糖摩尔比为1～1.2:1)加入1～2mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)3-乙基碳二亚胺(EDC)中溶解后，加入上述混合溶液中，继续搅拌至完全溶解后调节pH至8～9，接着搅拌22～24h。然后将溶液装入透析袋放进蒸馏水中透析3～4天，期间适时更换蒸馏水。之后将透析袋转入PEG溶液中浓缩1～2天。接着取浓缩液，加入丙酮(1:2～2.5)，使改性的壳聚糖沉淀10～12h。将溶液离心(转速12000～15000rpm)，取沉淀部分用无水乙醇清洗2～3次，然后在50～60℃条件下烘干即可。
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体，包括壳聚糖衍生物和磁性材料；所述磁性材料包括：累托石和铷铁硼磁粉。由壳聚糖衍生物和磁性材料构建的微生物固定化复合载体材料，兼具磁性粒子和高分子材料的双重特性。一方面因其具有超顺磁性，在外加磁场的作用下能快速简单的分离，并可在磁场作用下定位，且在弱磁场下可诱导微生物的活性和酶活性；另一方面因其具有生物活性物质反应的特殊官能团，如-OH，-COOH，-NH2，可作为生物活性物质的载体。两者主要通过范德华力、氢键、配位键的作用结合，形成坚实的球状结构。该结构特征比表面激增，微球官能团密度及选择性吸附能力变大，达到吸附平衡时间大大缩短，粒子的稳定性大大提高；微球粒径可控，内部具有规则的多孔、多层类蜂巢结构，有利于微生物负载，增加微生物的数量和活性，进而提高污水处理效果，增强对金属离子的吸附能力；同时本发明制得的固定化载体具有较好的传质性能和稳定性。
优选地，磁性材料与壳聚糖衍生物的质量比为0.7～0.9：1。
优选地，铷铁硼磁粉与累托石的质量比为1：2～2.5。
更优选地，磁性材料的制备方法为：
累托石的预处理：在室温(20-25，℃以下相同)下，将累托石粉末按固液比1～1.2:10g/mL加入蒸馏水制成累托石悬浮液，按累托石与碳酸钠质量比1:0.05～0.08加入碳酸钠进行钠化，洗涤、离心后，研磨至74～76μm，于105～108℃条件下干燥至恒重。
在室温下，称取0.8～1.2g纳米微晶铷铁硼(NdFeB)磁粉，按固液比1～1.2:10g/mL加入蒸馏水，制成铷铁硼磁流体，在磁流体中按质量比(铷铁硼磁粉：累托石为1：2～2.5)加入预处理后的累托石粉末，超声使其分散均匀，置于105～108℃下真空干燥至恒重。接着取100～110mg上述产物在100～120mL DMF溶液中超声30～40min，剧烈搅拌下加入1～1.2mLKH550，继续搅拌22～24h。随后将产物离心分离，用乙醇和去离子水进行多次洗涤，60～65℃条件下真空干燥即得磁性材料。
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备方法，包括：
称取磁性材料，加入壳聚糖衍生物溶液、液体石蜡、司盘-80，超声搅拌，再加入戊二醛溶液，机械搅拌，调节pH、恒温反应，过滤、洗涤，真空干燥后研磨即得微生物固定化载体。
优选地，壳聚糖衍生物溶液、液体石蜡、司盘-80的体积比为1:2～2.3:0.02～0.03。
本发明还公开了一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体在微生物固定化中的应用。
优选地，固定化微生物包括细菌、真菌和藻类。
优选地，在基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备方法中，加入云母粉；云母粉与磁性材料的质量比为0.8～1:2。云母粉具有层状结构，富弹性，可弯曲，抗磨性和耐磨性好；耐热绝缘，难溶于酸碱溶液，化学性质稳定。云母粉特有的高径厚比结构，使其在载体材料中具有突出的增强效果，且赋予固定化载体结构中孔径尺寸稳定性，有利于微生物的附着；提高固定化载体的传质性能，进一步促进对金属离子的吸附性能。
本发明由于采用了壳聚糖衍生物与磁性材料复合，因而具有如下有益效果：
由壳聚糖衍生物和磁性材料构建的微生物固定化复合载体材料，既有生物活性物质反应的特殊官能团，可作为微生物的载体；又可在外加磁场的作用下快速简单的分离和定位。两者通过化学键键合作用相结合，形成坚实的球状结构。比表面激增，选择性吸附能力变大，缩短达到吸附平衡的时间，粒子的稳定性高；且微球内部规则的多孔结构，有利于微生物负载，增加微生物的数量和活性，进而提高污水处理效果，增强对金属离子的吸附能力；同时本发明微生物固定化载体还具有较好的传质性能。云母粉的加入进一步提高固定化载体的吸附性能和传质性能。
因此，本发明提供了一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体及其制备方法和用途，该微生物固定化载体具有良好的传质性能和吸附性能，有利于微生物的吸附和负载，进而提高对重金属离子的吸附能力；且该固定化载体具有较好的稳定性。
附图说明
图1为本发明试验例1中壳聚糖衍生物红外吸收光谱示意图；
图2为本发明试验例2中壳聚糖衍生物拉伸强度和断裂伸长率测试结果对比示意图；
图3为本发明试验例3中固定化载体稳定性测试结果对比示意图；
图4为本发明试验例3中固定化载体含水量测试结果对比示意图；
图5为本发明试验例3中固定化载体传质性能测试结果对比示意图；
图6为本发明试验例4中吸附性能测试结果对比示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
本发明实施例所使用的壳聚糖为市购，外观为白色粉末，脱乙酰度＞95％。
实施例1：
一种壳聚糖衍生物的制备：
称取0.23g壳聚糖溶于20mL 1％的醋酸中，并磁力搅拌至完全溶解。按照蓖麻油酸与壳聚糖摩尔比为1:1的量加入蓖麻油酸；接着将N-羟基琥珀亚胺(N-羟基琥珀亚胺与壳聚糖摩尔比为1:1)加入1mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)3-乙基碳二亚胺(EDC)中溶解后，加入上述混合溶液中，继续磁力搅拌至完全溶解后调节pH至8，继续搅拌24h。接着将溶液装入透析袋放进蒸馏水中透析4天，期间适时更换蒸馏水。之后将透析袋转入PEG溶液中浓缩1天。然后把溶液倒进小烧杯，加入丙酮(1:2)，使改性的壳聚糖沉淀12h。将溶液离心(转速15000rpm)，取沉淀部分用无水乙醇清洗3次，然后放到干燥箱(50℃)烘干备用。
磁性材料的制备：
累托石的预处理：在室温(20-25℃，以下相同)下，将累托石粉末按固液比1:10g/mL加入蒸馏水制成累托石悬浮液，按累托石与碳酸钠质量比1:0.08加入碳酸钠进行钠化，洗涤、离心后，研磨至76μm，于105℃条件下干燥至恒重。
在室温下，称取1.2g纳米微晶铷铁硼(NdFeB)磁粉，按固液比1:10g/mL加入蒸馏水，制成铷铁硼磁流体，在磁流体中按质量比(铷铁硼磁粉：累托石为1：2)加入预处理后的累托石粉末，用超声波使其分散均匀，置于105℃下真空干燥至恒重。接着取100mg上述产物在100mL DMF溶液中超声30min，剧烈搅拌下加入1.2mL KH550，继续搅拌24h。随后将产物离心分离，用乙醇和去离子水进行多次洗涤，置于60℃真空烘箱内干燥。
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
称取0.2g磁性材料于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(磁性材料与壳聚糖衍生物的质量比为0.8:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-800.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/L NaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
实施例2：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
壳聚糖衍生物的制备、磁性材料的制备与实施例1相同。
称取0.2g磁性材料于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(磁性材料与壳聚糖衍生物的质量比为0.9:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-800.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/L NaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
实施例3：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
壳聚糖衍生物的制备、磁性材料的制备与实施例1相同。
称取0.2g磁性材料于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(磁性材料与壳聚糖衍生物的质量比为0.7:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-800.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/L NaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
实施例4：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
壳聚糖衍生物的制备、磁性材料的制备与实施例1相同。
称取0.2g磁性材料和0.1g云母粉于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(磁性材料与壳聚糖衍生物的质量比为0.8:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-80 0.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/L NaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
对比例1：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
称取0.23g壳聚糖溶于20mL 1％的醋酸中，并磁力搅拌至完全溶解。按照蓖麻油酸与壳聚糖摩尔比为1:1的量加入蓖麻油酸；接着将N-羟基琥珀亚胺(N-羟基琥珀亚胺与壳聚糖摩尔比为1:1)加入1mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)3-乙基碳二亚胺(EDC)中溶解后，加入上述混合溶液中，继续磁力搅拌至完全溶解后调节pH至8，继续搅拌24h。接着将溶液装入透析袋放进蒸馏水中透析4天，期间适时更换蒸馏水。之后将透析袋转入PEG溶液中浓缩1天。然后把溶液倒进小烧杯，加入丙酮(1:2)，使改性的壳聚糖沉淀12h。将溶液离心(转速15000rpm)，取沉淀部分用无水乙醇清洗3次，然后放到干燥箱(50℃)烘干备用。
对比例2：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
壳聚糖衍生物的制备、累托石的预处理与实施例1相同。
称取0.2g累托石于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(累托石与壳聚糖衍生物的质量比为0.8:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-80 0.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/LNaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
对比例3：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
壳聚糖衍生物的制备、纳米微晶铷铁硼磁粉的处理与实施例1相同。
称取0.2g纳米微晶铷铁硼磁粉于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(纳米微晶铷铁硼磁粉与壳聚糖衍生物的质量比为0.8:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-80 0.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/L NaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
对比例4：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
壳聚糖衍生物的制备与实施例1相同。
称取0.1g云母粉于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(云母粉与壳聚糖衍生物的质量比为0.8:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-80 0.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/LNaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
对比例5：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
壳聚糖衍生物的制备、纳米微晶铷铁硼磁粉的处理与实施例1相同。
称取0.2g纳米微晶铷铁硼磁粉和0.1g云母粉于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(纳米微晶铷铁硼磁粉与壳聚糖衍生物的质量比为0.8:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-80 0.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/L NaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
对比例6：
一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备：
壳聚糖衍生物的制备、累托石的预处理与实施例1相同。
称取0.2g累托石和0.1g云母粉于烧杯中，加入壳聚糖衍生物溶液20mL(累托石与壳聚糖衍生物的质量比为0.8:1)，超声分散20min，再在搅拌下缓慢加入液体石蜡40mL、司盘-800.5mL，常温下充分搅拌20min后，再加入3mL 25％戊二醛溶液，40℃下搅拌反应1h；接着用1mol/L NaOH将其pH调至9，70℃水浴中反应3h，过滤，用石油醚充分洗涤，并用丙酮洗涤脱水，于60℃真空干燥箱中干燥即得微生物固定化载体微球。
试验例1：
红外光谱测定(FT-IR)
将样品在恒温干燥箱中除水处理后，取少量样品与溴化钾在玛瑙研钵中混合均匀、研磨和压片后，放置在TENSOR 27型红外光谱仪上进行测试，其中扫描波数范围为4000～400cm-1，扫描分辨率为6cm-1，扫描次数为18。
对实施例1中制备得到的壳聚糖衍生物进行红外测试，结果如图1所示。其中，Ⅰ表示壳聚糖的红外吸收光谱，Ⅱ表示蓖麻油酸的红外吸收光谱，Ⅲ表示壳聚糖衍生物的红外吸收光谱。从图中分析可知，壳聚糖有一个重要特征吸收峰为1559cm-1附近的NH2弯曲振动峰。壳聚糖衍生物红外吸收光谱中，在1559cm-1附近的伯胺的N-H吸收峰向右转移，说明伯胺消失，出现仲胺峰；同时，在1680cm-1附近具有强吸收峰为酰胺C＝O伸缩振动特征峰，表明蓖麻油酸成功接枝到壳聚糖上。且在3100cm-1附近出现双键的C-H伸缩振动特征峰，为蓖麻油酸特征吸收峰。然后，选用蓖麻油酸的特征吸收峰和壳聚糖的特征峰作为分析波数，利用OMNIC软件选择积分面积法计算其吸光度，从而计算其蓖麻油酸的接枝指数，和蓖麻油酸接枝率作标准曲线，根据标准曲线可求算其接枝率为25％。
试验例2：
力学性能测试
采用DMA—Q800对膜的力学性能进行测试，从应力-应变曲线中得到样品的拉伸强度和断裂伸长率。将样品裁剪成一定规格的长条状并置于夹具上，分别选择Control-Force和Stress-Strain为实验模式和方法，各个样品分别测试3次，取三者的平均值作为样品的力学强度。
对壳聚糖(对照样)和实施例1制得的壳聚糖衍生物进行上述力学性能测试，结果如图2所示。从图中可以看出，实施例1制得的壳聚糖衍生物的拉伸强度和断裂伸长率明显高于壳聚糖，表明对壳聚糖进行改性后，其力学性能有明显的提升。
试验例3：
1、稳定系数：
将200个样品微球放入600mL活化液中曝气活化一个月，完好的微球占原微球总数的百分率表示其稳定系数。
机械稳定性：
将200个样品微球放入反应器内，加入600mL去离子水，用磁力搅拌器均匀搅拌一个月，完好的微球数占原微球总数的百分率表示其机械稳定性。
对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6制得的固定化载体进行上述传质性能的测试，结果如图3所示。机械性能表示固定化载体在使用过程中对机械搅拌等外力的耐冲击性能。稳定系数表示生物对载体的降解性能，稳定系数越高，表示该载体越不易被微生物降解腐蚀，使用周期越长。从图中分析可知，实施例中制得的固定化载体具有较好的稳定系数和机械性能，测试结果值明显高于对比例，表明本发明制得的微生物固定化载体具有良好的稳定性，耐降解性能较好，使用周期长。且实施例4稍好于其它实施例，表明加入云母粉对固定化载体的稳定性具有增强作用。
2、含水量：
取120粒样品微球，分成12组，每组10粒，用滤纸吸取样品表面水份，称取质量，算出每组重量的平均值m1，然后在103℃下干燥至恒重，称取获得干燥后的重量，依次算出每组重量的平均值m2，依据下式计算含水率：
W(％)＝(m2-m1)/m1
对实施例1、实施例2、实施例3、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6制得的固定化载体进行上述含水量的测试，结果如图4所示。从图中可以看出，实施例1、实施例2、实施例3的单位重量载体的含水量均大于85％，且明显高于对比例，说明载体吸水性能较好，保证负载微生物生长的水环境，为生物在其内部的生长提供丰富的空间和附着点，增大单位体积内的菌浓度。同时外部物质随水的大量进入为生物新陈代谢提供了营养物质，从而提升对污水重金属的除去效率。
3、传质性能测定
在容量为250mL的烧杯中加入5mL墨水和200mL去离子水，将样品放入烧杯中，然后放置摇床上震荡，转速为120r/min。每隔2min取样品进行切片，观察墨水的渗透情况传质效率计算式如下：
S(％)＝(L-L1)/L
其中，L1—渗透层厚度(mm)；L—总厚度(mm)。通过比较传质程度达到100％时所用的时间长短来说明固定化载体的传质性能。
对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6制得的固定化载体进行上述传质性能的测试，结果如图5所示。从图中可以看出，实施例制得的固定化载体的传质性能明显高于对比例，表明本发明制得的微生物固定化载体具有良好的传质性能。且实施例4要好于其它实施例，表明加入云母粉可以进一步增强载体材料的传质性。
试验例4：
菌体固定化：
将枯草芽孢杆菌在50mL LB培养基扩大培养后离心，用PBS洗涤3次。将制得的样品固定化载体和菌体一同分散在50mL PBS中，30℃、150rpm条件下，置于恒温摇床振荡24h。然后收集小球，用无菌水清洗直至溶液pH为7.0，将小球浸泡在浓度0.9％的生理盐水中，然后转入4℃冰箱中备用。
重金属溶液的配置及测定
铜离子储备液的配置：准确称取硝酸铜3.8023g放置于烧杯中，加入去离子水用玻璃棒搅拌使之溶解，然后移入1L容量瓶中，加入去离子水准确定容至标线。配置好的铜离子溶液质量浓度约为1g/L。实验中所需各种浓度的铜离子溶液由此标准溶液稀释而成。用原子吸收分光光度发来测定实验中的铜离子浓度。
吸附实验：
称取3％(w/v)的固定化枯草芽孢杆菌吸附剂加入已调好pH值为6.0的100mL金属溶液中，在培养箱中37℃恒温下以150rpm的速度振荡12h后，以10000rpm的速度离心10min，取上清液测定溶液中剩余重金属离子浓度。所有实验均在250mL锥形瓶中恒温振荡进行。
吸附容量采用以下公式计算：
qt＝(C0-Ct)V/M
去除率采用以下公式计算：
Y＝(C0-Ct)×100/Ci
其中，qt为重金属离子在t时刻的吸附容量，即每克固定化吸附剂吸附的重金属离子质量，是一个衡量吸附能力指标(mg/g)；C0为重金属离子初始浓度(mg/L)，Ct为反应后溶液中重金属离子的浓度(mg/L)，M为吸附剂用量(g)，V为溶液体积(L)，Y为重金属离子去除率(％)。
吸附实验结束后，收集固定化载体，放入培养皿中，置于65℃恒温干燥箱中烘干至恒重，用电子天平精确称重即为固定化载体干重，用以计算实验室中重金属的吸附容量。
对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6制得的固定化载体进行上述吸附性能的测试，结果如图6所示。从图中分析可得，实施例制得的固定化枯草芽孢杆菌吸附剂的吸附性能和去除率明显高于对比例的，表明本发明制得的微生物固定化载体固定微生物后具有较好的金属离子吸附能力。且实施例4的吸附性能要高于其它实施例，表明云母粉的加入对整体载体材料的性能具有增强作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种壳聚糖衍生物，利用蓖麻油酸和N-羟基琥珀亚胺对壳聚糖进行改性获得。
2.根据权利要求1所述的一种壳聚糖衍生物，其特征在于：所述壳聚糖衍生物的结构式为：
Figure FDA0002587793430000011
其中：50≤n≤530。
3.根据权利要求1所述的一种壳聚糖衍生物，其特征在于：所述壳聚糖衍生物的接枝率≥23％。
4.一种基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体，包括权利要求1所述的壳聚糖衍生物和磁性材料；所述磁性材料包括：累托石和铷铁硼磁粉。
5.根据权利要求4所述的基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体，其特征在于：所述磁性材料与壳聚糖衍生物的质量比为0.7～0.9：1。
6.根据权利要求4所述的基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体，其特征在于：所述铷铁硼磁粉与累托石的质量比为1：2～2.5。
7.权利要求4所述的基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体的制备方法，包括：
称取磁性材料，加入壳聚糖衍生物溶液、液体石蜡、司盘-80，超声搅拌，再加入戊二醛溶液，机械搅拌，调节pH、恒温反应，过滤、洗涤，真空干燥后研磨即得微生物固定化载体。
8.权利要求4所述的基于壳聚糖衍生物的微生物固定化载体在微生物固定化中的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于：所述微生物包括细菌、真菌和藻类。
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