CN114011346A - 一种通过微生物法固定srb的多功能水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种通过微生物法固定srb的多功能水凝胶及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114011346A
CN114011346A CN202111498640.6A CN202111498640A CN114011346A CN 114011346 A CN114011346 A CN 114011346A CN 202111498640 A CN202111498640 A CN 202111498640A CN 114011346 A CN114011346 A CN 114011346A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
hydrogel
srb
acryloyl
stirring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202111498640.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王黎瑾
李长兴
严侦云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lishui University
Original Assignee
Lishui University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lishui University filed Critical Lishui University
Priority to CN202111498640.6A priority Critical patent/CN114011346A/zh
Publication of CN114011346A publication Critical patent/CN114011346A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0052—Preparation of gels
    • B01J13/0065—Preparation of gels containing an organic phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
    • B01J20/261—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon to carbon unsaturated bonds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28047—Gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/58—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide containing oxygen in addition to the carbonamido oxygen, e.g. N-methylolacrylamide, N-(meth)acryloylmorpholine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds

Abstract

本发明公开了一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法，通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶能去除废水中的SO4 2‑、重金属离子，为改善酸性矿山废水的pH和重金属的高效去除提供了切实有效的新方法。吸附重金属后的水凝胶在酸洗后可实现重金属离子的脱附，进行资源的合理化再利用，实现经济的循环和可持续性。此外，水凝胶具有稳定的物理化学性能，可进行多次循环使用，降低废水处理的成本。

Description

一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法，属于高分子材料技术和废水的治理以及资源再利用领域。
背景技术
水不仅是一种不可或缺的资源，也是很多其他有价值资源的载体。在人口持续增长和气候加速变化的今天，我们的经济急需过渡到一个更可持续发展的模式。实现这样的一个过渡不仅需要我们从工业生态的角度重新评估和优化全社会层面的资源利用，还需要发展新的技术以从非常规的来源获取或回收稀缺的资源。很多这些非常规的来源以水溶液的形式存在，包括工业废水、市政废水、海水在内的各种高盐分水溶液。以工业废水中的酸性矿山废水为例，酸性矿山废水是一种在开采和利用矿物过程中产生的工业废水，其中含有高浓度的H+、硫酸盐和较多种类、毒性较强的重金属离子(如Fe3+、Mn2+、Pb2+、Zn2+)，所含的重金属离子会消耗水体中大量的溶解氧，且在酸性条件下，会使水体的自净效果大大降低，对环境造成严重的毒害作用，因而工业废水的有效处理刻不容缓。
然而，水体量庞大的工业废水却对“从水中开采资源”这一领域存在着巨大的潜力。从工业废水中再利用的化学物质，包括金属元素、有机溶剂、酸碱、染料等，既可以在该生产过程中重新利用，本质上降低了生产过程对该资源的消耗，也可以用于工业园区内其他的产业以实现工业共生。这为工业废水处理带来新的挑战，也为资源的深度利用带来了机遇，因而迫切需要开发新颖有效的技术，并深入了解此类技术对经济和生命周期的影响，对工业废水进行高效处理和资源再利用。
目前，处理酸性矿山废水的常用方法主要有物理法、中和法和微生物法。微生物法中的SRB处理法以经济、高效、简单、环保的特点，被广泛的应用在水处理领域。硫酸盐还原菌(SRB)是一类能通过异化作用将硫酸盐还原的厌氧菌，在一般的酸性废水处理中具有很强的发展潜力。然而，在强酸性和含有重金属的矿山废水中，SRB的生长会受到抑制，目前通常采用SRB固定化技术以解决上述问题。随着科学技术的发展和社会对可持续发展的高要求，水凝胶作为近年来备受青睐的新型材料，在多个应用领域不断地开拓创新。将水凝胶作为SRB固定的基质，不仅使得细菌能在相对稳定的环境中活动和生长，对细菌起到保护作用，而且水凝胶还能对SRB细菌进行缓慢释放，有利于SRB细菌对废水中的SO4 2-进行长期有效的处理。此外，水凝胶中含有丰富的吸附位点，有利于吸附工业废水中的重金属离子。吸附重金属后的水凝胶经酸洗后可实现重金属的脱附，其可逆的吸脱附特性为资源的合理化再利用提高了经济的循环性和可持续性。以具有成本效益的方式回收这些资源，从而降低工业废水处理的成本。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法，本发明通过将SRB固定在高机械强度的水凝胶中，二者的协同作用不仅提高了去除SO4 2-、重金属离子的效率，而且延长了其使用寿命，后续的重金属回收再利用，更实现了工业生态的提升和资源循环的优化。
为实现上述目的，本发明提供了一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法，其特征在于，包括如下反应步骤：
(1)高机械强度的含丙烯酰基水凝胶的合成
将甘氨酰胺盐酸盐溶解在50-100mL N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却；随后向溶液中滴加丙烯酰氯，将溶液在室温下进行搅拌1-8小时；搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，再用乙醚洗3-5次；然后通过添加NaOH溶液将pH值调整至中性，接着将溶液冷冻干燥过夜；将冷冻干燥后的初产物使用甲醇/乙醇混合溶液进行萃取，萃取后的有机层在真空中浓缩并冷却以重结晶，得到N-丙烯酰基甘氨酰胺；
将L-丙氨酸溶于50-100mL含有乙二胺的N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却；之后将丙烯酰氯滴加到溶液中，同时将混合溶液在冰浴中搅拌1-6h，随后在室温下搅拌2-13h；搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，用乙酸乙酯萃取初产物；收集有机层，用无水MgSO4进行干燥，得到N-丙烯酰基丙氨酸；
以上述合成的N-丙烯酰基甘氨酰胺和N-丙烯酰基丙氨酸为单体溶于水中，加入交联剂、0.05-3.15g过硫酸铵搅拌均匀，然后将混合溶液进行凝胶聚合，最后用纯水彻底清洗合成的含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶；
(3)微生物法固定硫酸盐还原菌的含丙烯酰基水凝胶的合成
将培养过夜的球红假单胞菌和硫酸盐还原菌分别以12000r/min离心10min，取离心后的沉淀备用；在上述制备的含丙烯酰基水凝胶中，加入玉米芯粉末，球红假单胞菌浓缩液和SRB浓缩液，在冰浴中搅拌4-10h后取出，用5-10g/L NaCl溶液冲洗3-5次，洗涤后放在模具中定型并于4℃条件下冷藏备用。使用前12h，将固定SRB的水凝胶加入到无机改进型Starkey式培养基溶液进行激活。
优选地，所述步骤(1)的甘氨酰胺盐酸盐用量为1.5-8.0g，丙烯酰氯用量为2.8-10.3mL，酸化后的pH为1.5-5.5，甲醇与乙醇的体积比为1:1-1:10。
优选地，所述步骤(1)的L-丙氨酸用量为2.6-13.9g，乙二胺用量为0.5-10.0mL，酸化后的pH为1.3-6.2。
优选地，所述步骤(1)的N-丙烯酰基甘氨酰胺单体浓度0.7-6.4mol/L，N-丙烯酰基丙氨酸单体浓度为1.2-9.5mol/L，交联剂包括亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任意一种或几种的混合，加入交联剂后的溶液交联率为0.5％-9.2％，聚合温度为30℃-90℃，聚合时间为1-48h。
优选地，所述步骤(2)的含丙烯酰基水凝胶用量为40-105g，玉米芯粉末用量为0.2-12.3g，球红假单胞菌浓缩液用量为3.7-8.6g，SRB浓缩液用量为5.3-15.2g。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶，SRB通过异化还原将SO4 2-还原为S2-，S2-与金属离子生成沉淀，能有效改善酸性矿山废水的pH。与SRB一同固定的球红假单胞菌能分解玉米芯为SRB提供碳源，满足了SRB的生长条件并促进了对SO4 2-的还原。
(2)本发明制备的高机械强度的多功能水凝胶利用双网络的交联结构，克服了一般水凝胶在溶胀中易破裂、使用寿命短等缺点，在多次的吸脱附过程中仍保持物理化学性能的稳定，并具有优异的延展性、柔韧性，能进行长期的循环使用。同时，水凝胶上丰富的活性位点能吸附大量重金属离子，从而极大程度地改善了酸性矿山废水的重金属含量。
(3)酸性矿山废水中的重金属离子对球红假单胞菌和SRB有明显的毒害作用，其强酸性对水凝胶的结构有一定的影响。然而，将SRB固定在水凝胶中，水凝胶可对细菌产生隔离保护作用，且在溶胀过程中形成的多孔结构为SRB还原SO4 2-提供了足够的场所。SRB还原过程中对废水pH的改善也缓解了水凝胶结构受高浓度H+的影响，进而提高了废水的处理效率。
附图说明
图1本发明实施例1的含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶的ATR-FTIR；
图2本发明实施例1的含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶的力学性能；
图3本发明实施例1的微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶的光密度随培养时间变化的曲线；
图4本发明实施例1的微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶的溶解性有机碳含量随培养时间变化的曲线；
图5本发明实施例1的微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶对酸性矿山废水的SO42-去除和pH的改善效果曲线；
图6本发明实施例1的微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶对不同重金属离子的吸附量随时间变化的曲线；
图7本发明实施例1的微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶关于SO42-和Cu2+去除率与使用次数的曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)可自愈、高机械强度的含丙烯酰基水凝胶的合成
将3.2g甘氨酰胺盐酸盐溶解在50mL N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却。随后向溶液中滴加3.5mL丙烯酰氯，将溶液在室温下进行搅拌4小时。搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，酸化后的pH为2.0，再用乙醚洗3-5次。然后通过添加NaOH溶液将pH值调整至中性，接着将溶液冷冻干燥过夜。将冷冻干燥后的初产物使用体积比为1:2的甲醇/乙醇混合溶液进行萃取，萃取后的有机层在真空中浓缩并冷却以重结晶，得到N-丙烯酰基甘氨酰胺。
将5.6g L-丙氨酸溶于50mL含有1.5mL乙二胺的N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却。之后将3.1mL丙烯酰氯滴加到溶液中，同时将混合溶液在冰浴中搅拌2h，随后在室温下搅拌2h。搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，酸化后的pH为2.0，用乙酸乙酯萃取初产物。收集有机层，用无水MgSO4进行干燥，得到N-丙烯酰基丙氨酸。
以上述合成的N-丙烯酰基甘氨酰胺和N-丙烯酰基丙氨酸为单体溶于水中，其中N-丙烯酰基甘氨酰胺单体浓度为0.7mol/L，N-丙烯酰基丙氨酸单体浓度为1.4mol/L。加入亚甲基双丙烯酰胺，使溶液交联率为0.8％，以及0.15g过硫酸铵搅拌均匀，然后将混合溶液在60℃聚合10h，最后用纯水彻底清洗合成的含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶。
(2)微生物法固定硫酸盐还原菌的含丙烯酰基水凝胶的合成
将培养过夜的球红假单胞菌和硫酸盐还原菌分别以12000r/min离心10min，取离心后的沉淀备用。称取50g上述制备的含丙烯酰基水凝胶，加入2.0g玉米芯粉末，4.0g球红假单胞菌浓缩液和5.0gSRB浓缩液，在冰浴中搅拌5h后取出，用6g/L NaCl溶液冲洗3-5次，洗涤后放在模具中定型并于4℃条件下冷藏备用。使用前12h，将固定SRB的水凝胶加入到无机改进型Starkey式培养基溶液进行激活。
实施例2
(1)可自愈、高机械强度的含丙烯酰基水凝胶的合成
将4.3g甘氨酰胺盐酸盐溶解在80mL N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却。随后向溶液中滴加5.1mL丙烯酰氯，将溶液在室温下进行搅拌3小时。搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，酸化后的pH为3.0，再用乙醚洗3-5次。然后通过添加NaOH溶液将pH值调整至中性，接着将溶液冷冻干燥过夜。将冷冻干燥后的初产物使用体积比为1:1的甲醇/乙醇混合溶液进行萃取，萃取后的有机层在真空中浓缩并冷却以重结晶，得到N-丙烯酰基甘氨酰胺。
将2.8g L-丙氨酸溶于80mL含有1.0mL乙二胺的N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却。之后将4.2mL丙烯酰氯滴加到溶液中，同时将混合溶液在冰浴中搅拌1h，随后在室温下搅拌3h。搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，酸化后的pH为3.0，用乙酸乙酯萃取初产物。收集有机层，用无水MgSO4进行干燥，得到N-丙烯酰基丙氨酸。
以上述合成的N-丙烯酰基甘氨酰胺和N-丙烯酰基丙氨酸为单体溶于水中，其中N-丙烯酰基甘氨酰胺单体浓度为1.2mol/L，N-丙烯酰基丙氨酸单体浓度为1.7mol/L。加入聚乙二醇二丙烯酸酯，使溶液交联率为1.3％，以及0.24g过硫酸铵搅拌均匀，然后将混合溶液在40℃聚合6h，最后用纯水彻底清洗合成的含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶。
(2)微生物法固定硫酸盐还原菌的含丙烯酰基水凝胶的合成
将培养过夜的球红假单胞菌和硫酸盐还原菌分别以12000r/min离心10min，取离心后的沉淀备用。称取70g上述制备的含丙烯酰基水凝胶，加入2.6g玉米芯粉末，4.3g球红假单胞菌浓缩液和3.8g SRB浓缩液，在冰浴中搅拌6h后取出，用5g/L NaCl溶液冲洗3-5次，洗涤后放在模具中定型并于4℃条件下冷藏备用。使用前12h，将固定SRB的水凝胶加入到无机改进型Starkey式培养基溶液进行激活。
实施例3
(1)可自愈、高机械强度的含丙烯酰基水凝胶的合成
将5.8g甘氨酰胺盐酸盐溶解在80mL N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却。随后向溶液中滴加6.2mL丙烯酰氯，将溶液在室温下进行搅拌6小时。搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，酸化后的pH为4.5，再用乙醚洗3-5次。然后通过添加NaOH溶液将pH值调整至中性，接着将溶液冷冻干燥过夜。将冷冻干燥后的初产物使用体积比为1:4的甲醇/乙醇混合溶液进行萃取，萃取后的有机层在真空中浓缩并冷却以重结晶，得到N-丙烯酰基甘氨酰胺。
将8.2g L-丙氨酸溶于80mL含有1.6mL乙二胺的N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却。之后将7.3mL丙烯酰氯滴加到溶液中，同时将混合溶液在冰浴中搅拌4h，随后在室温下搅拌2h。搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，酸化后的pH为4.5，用乙酸乙酯萃取初产物。收集有机层，用无水MgSO4进行干燥，得到N-丙烯酰基丙氨酸。
以上述合成的N-丙烯酰基甘氨酰胺和N-丙烯酰基丙氨酸为单体溶于水中，其中N-丙烯酰基甘氨酰胺单体浓度为3.5mol/L，N-丙烯酰基丙氨酸单体浓度为5.4mol/L。加入二甲基丙烯酸乙二醇酯，使溶液交联率为1.8％，以及0.28g过硫酸铵搅拌均匀，然后将混合溶液在30℃聚合14h，最后用纯水彻底清洗合成的含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶。
(2)微生物法固定硫酸盐还原菌的含丙烯酰基水凝胶的合成
将培养过夜的球红假单胞菌和硫酸盐还原菌分别以12000r/min离心10min，取离心后的沉淀备用。称取65g上述制备的含丙烯酰基水凝胶，加入5.1g玉米芯粉末，5.6g球红假单胞菌浓缩液和7.2g SRB浓缩液，在冰浴中搅拌7h后取出，用6g/L NaCl溶液冲洗3-5次，洗涤后放在模具中定型并于4℃条件下冷藏备用。使用前12h，将固定SRB的水凝胶加入到无机改进型Starkey式培养基溶液进行激活。
实施例4
(1)可自愈、高机械强度的含丙烯酰基水凝胶的合成
将7.1g甘氨酰胺盐酸盐溶解在100mL N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却。随后向溶液中滴加8.3mL丙烯酰氯，将溶液在室温下进行搅拌7小时。搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，酸化后的pH为5.1，再用乙醚洗3-5次。然后通过添加NaOH溶液将pH值调整至中性，接着将溶液冷冻干燥过夜。将冷冻干燥后的初产物使用体积比为1:6的甲醇/乙醇混合溶液进行萃取，萃取后的有机层在真空中浓缩并冷却以重结晶，得到N-丙烯酰基甘氨酰胺。
将10.4g L-丙氨酸溶于100mL含有2.5mL乙二胺的N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却。之后将9.7mL丙烯酰氯滴加到溶液中，同时将混合溶液在冰浴中搅拌3h，随后在室温下搅拌5h。搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，酸化后的pH为5.1，用乙酸乙酯萃取初产物。收集有机层，用无水MgSO4进行干燥，得到N-丙烯酰基丙氨酸。
以上述合成的N-丙烯酰基甘氨酰胺和N-丙烯酰基丙氨酸为单体溶于水中，其中N-丙烯酰基甘氨酰胺单体浓度为4.8mol/L，N-丙烯酰基丙氨酸单体浓度为5.2mol/L。加入聚乙二醇二丙烯酸酯，使溶液交联率为2.3％，以及0.26g过硫酸铵搅拌均匀，然后将混合溶液进行凝胶聚合，最后用纯水彻底清洗合成的含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶。
(2)微生物法固定硫酸盐还原菌的含丙烯酰基水凝胶的合成
将培养过夜的球红假单胞菌和硫酸盐还原菌分别以12000r/min离心10min，取离心后的沉淀备用。称取85g上述制备的含丙烯酰基水凝胶，加入7.5g玉米芯粉末，8.5g球红假单胞菌浓缩液和10.4g SRB浓缩液，在冰浴中搅拌10h后取出，用5g/L NaCl溶液冲洗3-5次，洗涤后放在模具中定型并于4℃条件下冷藏备用。使用前12h，将固定SRB的水凝胶加入到无机改进型Starkey式培养基溶液进行激活。
实验结果分析
根据实施例1，图1是含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶的ATR-FTIR图，图中在3415、3210和2944cm-1处出现的吸光度带，分别对应于“-N-H”、“-O-H”和“-C-H”的键拉伸。在1665cm-1处的拉伸带为“-COOH”和“-CONH2”的“-C＝O”的拉伸频率。通常，-COOH的-C＝O的拉伸频率应出现在1710cm-1处，而分子间氢键作用使其拉伸频率降低到一个较低的波数，与“-CONH2”的“-C＝O”的拉伸频率合并。以上证明了含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶的成功合成。
图2是含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶的力学性能图，结果表明该含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶具有较高的机械强度，其抗拉强度为0.2-0.3MPa，断裂极限伸长率为600-1000％，杨氏模量为30-40kpa。
图3是微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶的光密度随培养时间变化的曲线图。随着培养时间的增加，固定SRB水凝胶的光密度逐渐增加到峰值后开始缓慢减少，而没有固定SRB水凝胶的光密度保持不变。SRB数量增长导致光密度的增加，在到达最大容纳量后，SRB的数量逐渐减少，对应于光密度曲线的降低。
图4是微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶的溶解性有机碳含量随培养时间变化的曲线图。随着培养时间的增加，含玉米芯的固定SRB水凝胶的溶解性有机碳含量(DOC)逐渐增多至平稳，最高可达30mg/mL，而不含玉米芯的固定SRB水凝胶的DOC保持不变。
图5是微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶对酸性矿山废水的SO42-去除和pH的改善效果曲线图。当处理时间为48h后，固定SRB的水凝胶能有效提升酸性矿山废水的pH，pH值可达到7.5。随着时间的增加，废水的pH逐渐趋于平稳。对SO42-的去除率呈现先增加再趋于平稳的趋势，最终去除率可达94％。
图6是微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶对不同重金属离子的吸附量随时间变化的曲线图。随着处理时间的增加，固定SRB的水凝胶对重金属离子的吸附量逐渐增加至平稳，其中吸附量最多的为Cu2+和Zn2+。当处理废水24h后，每克固定SRB的水凝胶可分别吸附428mg和421mg。
图7是微生物法固定SRB的含丙烯酰基水凝胶关于SO42-和Cu2+去除率与使用次数的曲线图。当使用至第10次时，对酸性矿山废水的中SO42-和Cu2+去除效果仍分别达到86％和391mg，说明本发明可进行多次循环使用，降低了生产成本。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所做出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法，其特征在于，该材料制备包括如下反应步骤：
(1)高机械强度的含丙烯酰基水凝胶的合成
将甘氨酰胺盐酸盐溶解在50-100mL N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却；随后向溶液中滴加丙烯酰氯，将溶液在室温下进行搅拌1-8小时；搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，再用乙醚洗3-5次；然后通过添加NaOH溶液将pH值调整至中性，接着将溶液冷冻干燥过夜；将冷冻干燥后的初产物使用甲醇/乙醇混合溶液进行萃取，萃取后的有机层在真空中浓缩并冷却以重结晶，得到N-丙烯酰基甘氨酰胺；
将L-丙氨酸溶于50-100mL含有乙二胺的N,N-二甲基甲酰胺中，并置于冰浴中冷却；之后将丙烯酰氯滴加到溶液中，同时将混合溶液在冰浴中搅拌1-6h，随后在室温下搅拌2-13h；搅拌结束后，加入HCl溶液进行酸化，用乙酸乙酯萃取初产物；收集有机层，用无水MgSO4进行干燥，得到N-丙烯酰基丙氨酸；
以上述合成的N-丙烯酰基甘氨酰胺和N-丙烯酰基丙氨酸为单体溶于水中，加入交联剂、0.05-3.15g过硫酸铵搅拌均匀，然后将混合溶液进行凝胶聚合，最后用纯水彻底清洗合成的含丙烯酰基甘氨酰胺水凝胶；
(2)微生物法固定硫酸盐还原菌的含丙烯酰基水凝胶的合成
将培养过夜的球红假单胞菌和硫酸盐还原菌分别以12000r/min离心10min，取离心后的沉淀备用；在上述制备的含丙烯酰基水凝胶中，加入玉米芯粉末，球红假单胞菌浓缩液和SRB浓缩液，在冰浴中搅拌4-10h后取出，用5-10g/L NaCl溶液冲洗3-5次，洗涤后放在模具中定型并于4℃条件下冷藏备用；使用前12h，将固定SRB的水凝胶加入到无机改进型Starkey式培养基溶液进行激活。
2.根据权利要求1所述的一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的L-丙氨酸用量为2.6-13.9g，乙二胺用量为0.5-10.0mL，酸化后的pH为1.3-6.2。
3.根据权利要求1所述的一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的N-丙烯酰基甘氨酰胺单体浓度为0.7-6.4mol/L，N-丙烯酰基丙氨酸单体浓度为1.2-9.5mol/L，交联剂包括亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任意一种或几种的混合，加入交联剂后溶液的交联率为0.5％-9.2％，聚合温度为30℃-90℃，聚合时间为1-48h。
4.根据权利要求1所述的一种通过微生物法固定SRB的多功能水凝胶及其制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的含丙烯酰基水凝胶用量为40-105g，玉米芯粉末用量为0.2-12.3g，球红假单胞菌浓缩液用量为3.7-8.6g，SRB浓缩液用量为5.3-15.2g。
CN202111498640.6A 2021-12-09 2021-12-09 一种通过微生物法固定srb的多功能水凝胶及其制备方法 Withdrawn CN114011346A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111498640.6A CN114011346A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 一种通过微生物法固定srb的多功能水凝胶及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111498640.6A CN114011346A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 一种通过微生物法固定srb的多功能水凝胶及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114011346A true CN114011346A (zh) 2022-02-08

Family

ID=80068288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111498640.6A Withdrawn CN114011346A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 一种通过微生物法固定srb的多功能水凝胶及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114011346A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114515555A (zh) * 2022-03-16 2022-05-20 中南大学 一种硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法与应用
CN115445580A (zh) * 2022-08-11 2022-12-09 中南大学 一种无机矿物复合污臭气体吸附剂材料及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114515555A (zh) * 2022-03-16 2022-05-20 中南大学 一种硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法与应用
CN115445580A (zh) * 2022-08-11 2022-12-09 中南大学 一种无机矿物复合污臭气体吸附剂材料及其制备方法
CN115445580B (zh) * 2022-08-11 2023-08-15 中南大学 一种无机矿物复合污臭气体吸附剂材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109206553B (zh) 一种太阳能光热转换材料及其制备方法
CN114011346A (zh) 一种通过微生物法固定srb的多功能水凝胶及其制备方法
CN114230021B (zh) 一种生物复合填料及其制备方法和应用
CN106622178B (zh) 一种磁性多孔阳离子高分子附剂及其制备方法
CN101992068A (zh) 一种氮磷吸附剂
CN111495318B (zh) 氨基嫁接改造专用猪粪炭、制备方法及其在农田退水氮回用方面的应用
CN109734199A (zh) 固定化微生物结构体及其制备方法
CN101962222B (zh) 序批式反应器絮状污泥快速好氧颗粒化的方法
CN105505913A (zh) 一种厌氧菌固定化方法
CN101343111B (zh) 一种提高附着生长废水处理生物膜反应器效能的方法
CN112973630A (zh) 一种生物质基重金属吸附材料及其制备方法与应用
CN104829044A (zh) 一种利用厌氧氨氧化固定化技术实现全程自养脱氮的方法
CN113385174B (zh) 钴改性水合氧化铁催化剂及其制备方法和应用
CN111925965B (zh) 一种生物污水处理复合菌剂及其制备方法
WO2020192536A1 (zh) 一种基于DNRA-Anammox固定化小球高效处理含氮废水的方法
CN1693457A (zh) 生物相容性固定化载体、其制备方法及在固定化微生物中的应用
CN101050456A (zh) 一种固定化细胞聚丙烯酰胺大孔凝胶载体及其制备方法
CN110538643A (zh) 用于吸附废水中重金属离子的水凝胶材料的制备方法
CN113234220A (zh) 一种光降解环丙沙星用花状结构Fe3O4/Bi2WO6催化剂的制备方法
CN104845960A (zh) 产表面活性剂微生物复合载体的制备方法
CN106279548A (zh) 一种用于处理含重金属离子废水的聚乙烯醇水凝胶及其制备方法
CN114031170B (zh) 一种基于改性纤维素微藻生物膜的制备方法及应用
CN115896089B (zh) 一种耐高盐度群体感应淬灭菌凝胶载体的制备与应用
CN115286119B (zh) 一种以矿物/生物质为载体用于去除六价铬的微生物强化药剂及其制备方法
CN117343924B (zh) 一种用于水质改良的复合型生物菌剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20220208