CN114588772B

CN114588772B - 降解甲醛的方法

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Publication number: CN114588772B
Application number: CN202210050399.9A
Authority: CN
Inventors: 史纯珍; 郭威; 姚志良
Original assignee: Beijing Technology and Business University
Current assignee: Beijing Technology and Business University
Priority date: 2022-01-17
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2042-01-17
Also published as: CN114588772A

Abstract

本发明涉及甲醛降解领域，公开了降解甲醛的方法，该方法包括：在促进剂的存在下，将解淀粉芽孢杆菌与含甲醛的环境接触，并进行甲醛的降解；其中，所述解淀粉芽孢杆菌的保藏号为CGMCC No.18396；其中，所述促进剂为葡萄糖、丝氨酸和叶酸；其中，所述含甲醛的环境中，葡萄糖的含量为0.01‑1g/L，丝氨酸的含量为0.05‑1g/L，叶酸的含量为0.05‑1g/L。采用本发明所述的技术方案能够显著提高甲醛的降解效果，促进本发明所述的菌株的生长，缓解甲醛带来的生长抑制。

Description

降解甲醛的方法

技术领域

本发明涉及甲醛降解领域，具体涉及一种降解甲醛的方法。

背景技术

甲醛是一种无色、具有强烈刺激性的有毒气体。在我国优先控制名单上甲醛高居第二位，被世界卫生组织确定为致癌和致畸性物质，具有强烈的致癌和促癌作用。甲醛来源涉及到很多行业领域，如装修与建筑材料，化工行业，另外，随着环境质量的改善和污染源排放特征的系统研究发现，油烟中也会排放大量的甲醛。目前住宅楼烟道口并未安装有效处理措施。大量的油烟未经处理直排至大气环境，成为了导致大气雾霾的重要排放源。

目前处理甲醛的工艺主要有催化净化法、吸附式净化法和生物法。催化净化法的原理是在催化剂的作用下，使废气中的有害组分发生化学反应并转化为无害或易于去除物质的一种方法。吸附式净化法处理甲醛利用活性炭或其他多孔材料的吸附特性，对空气中的甲醛等有机分子进行吸附但是活性炭的吸附作用会产生饱和，吸附能力会逐渐减弱，必须经常更换滤料，因此维护成本较高，且细菌、霉菌还可能在活性碳上繁殖、发臭，从而造成二次污染。生物法处理甲醛的原理主要是微生物通过降解废气中的有机成分，从而获得其生命活动所需的能源和养分，同时不断繁殖自身合成细胞组成物质、排泄终产物、二氧化碳和水。生物法废气净化技术是为解决低浓度工业有机废气净化处理难题而开发的，是目前世界上工业废气净化处理领域的前沿热点技术。与传统方法相比，生物法具有效果好，投资和运行费用低，安全性好，二次污染少，易于管理等优点。如何提供处理甲醛的效率是生物法降解甲醛的主要研究方向。

发明内容

本发明的目的是为了提高生物法降解甲醛的效果，提供一种降解甲醛的方法，该方法能够提高甲醛降解效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种降解甲醛的方法，该方法包括：在促进剂的存在下，将解淀粉芽孢杆菌与含甲醛的环境接触，并进行甲醛的降解；

其中，所述解淀粉芽孢杆菌的保藏号为CGMCC No.18396；

其中，所述促进剂为葡萄糖、丝氨酸和叶酸；

其中，所述含甲醛的环境中，葡萄糖的含量为0.01-1g/L，丝氨酸的含量为0.05-1g/L，叶酸的含量为0.05-1g/L。

本发明的发明人在实验过程中发现，单独使用葡萄糖作为促进剂时，在甲醛降解前期能够在一定程度上缓解抑制，但是不利于菌株对甲醛的降解，同时不利于降解后期的菌株生长，而采用叶酸和丝氨酸作为促进剂时会造成前期更为严重的抑制，当所述促进剂为葡萄糖、丝氨酸和叶酸的组合时，不仅能够克服由甲醛带来的生长抑制，还能克服单独使用葡萄糖或者使用叶酸和丝氨酸时的缺陷，进一步促进菌株的生长和代谢，提高甲醛降解效果。

生物保藏

本发明提供的菌株的分类命名为解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens，于2019年8月19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(缩写为CGMCC)，其保藏编号为CGMCC No.18396，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。

附图说明

图1是实施例1中无外源添加物、添加葡萄糖或者叶酸+丝氨酸的菌株生长曲线图。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供一种降解甲醛的方法，该方法包括：将解淀粉芽孢杆菌接种到含甲醛的降解培养基中进行甲醛的降解；

其中，所述解淀粉芽孢杆菌的保藏号为CGMCC No.18396；

其中，所述促进剂为葡萄糖、丝氨酸和叶酸；

优选地，所述含甲醛的环境中，葡萄糖的含量为0.02-0.2g/L(比如可以为0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、0.14、0.16、0.18、0.2g/L以及任意两个值之间组成的任意范围)，丝氨酸的含量为0.1-0.6g/L(比如可以为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6g/L以及任意两个值之间组成的任意范围)，叶酸的含量为0.1-0.6g/L(比如可以为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6g/L以及任意两个值之间组成的任意范围)。

在本发明中，所述含甲醛的环境可以为甲醛污染的土壤或水体。

在本发明中，甲醛含量的测定方法参照GB/T 13197-1991，可以为取适量待测样品加入10mL具塞刻度试管，用蒸馏水定容至10mL刻度线后，吸取2mL乙酰丙酮溶液加入该试管，混匀，60℃水浴15min，取出室温冷却1h后,以水为参比检测在波长413nm处的吸光度。

本发明的菌株为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，于2019年8月19日被保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮政编码：100101)(保藏单位的缩写为CGMCC)，保藏编号为CGMCC No.18396。

所述菌株的具体信息参见CN 111073833 A。

所述解淀粉芽孢杆菌可以以液体或固体的形式添加，其中，液体可以为种子液或液体菌剂，固体可以为固体菌剂。

优选地，所述解淀粉芽孢杆菌的接种量使得所述含甲醛的环境中的活菌数为10⁵-10⁹cfu/g。

优选地，所述降解的条件包括：温度为25-40℃，pH为5-8。

在本发明中，为了进一步提高本发明提供的解淀粉芽孢杆菌在含甲醛的环境中的生存能力以及活性，从而提高对甲醛降解率，本发明的方法还包括向所述含甲醛的环境中添加无机盐。

其中，所述额外的无机盐的种类可以为本领域公知的用于培养解淀粉芽孢杆菌的无机盐的种类。优选地，所述无机盐选自含氮无机盐、含磷无机盐、钠盐、镁盐和钙盐中的至少一种。

优选地，所述含氮无机盐选自硫酸铵、碳酸铵、氯化铵、硝酸钾和硝酸铵中的至少一种。

优选地，所述含磷无机盐选自磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠中的至少一种。

优选地，所述钠盐为氯化钠。

优选地，所述镁盐为硫酸镁。

优选地，所述钙盐为氯化钙。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述无机盐包含氯化铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、氯化钠、硫酸镁和氯化钙。

优选地，所述无机盐的添加量使得含甲醛的环境中含有NH₄Cl 0.5-4g/L，KH₂PO₄0.2-0.8g/L，Na₂HPO₄ 0.2-0.8g/L，NaCl 4-8g/L，CaCl₂ 0.01-0.05g/L，MgSO₄ 0.1-0.5g/L。

更优选地，所述无机盐的添加量使得含甲醛的环境中含有NH₄Cl 1.5-2g/L，KH₂PO₄0.4-0.5g/L，Na₂HPO₄ 0.4-0.5g/L，NaCl 4.5-5.5g/L，CaCl₂ 0.01-0.03g/L，MgSO₄ 0.2-0.3g/L。

所述无机盐还可以包含比如铁盐、钼盐、钴盐、铜盐、锌盐、锰盐等。

优选地，所述无机盐的添加量使得含甲醛的环境中含有FeSO₄ 0.05-1mg/L，ZnSO₄0.1-0.5mg/L，MnSO₄ 0.1-0.5mg/L，Co(NO₃)₂ 0.01-0.1mg/L，CuSO₄ 0.01-0.1m g/L，(NH₄)₆MO₇O₂₄ 0.01-0.05mg/L。

优选地，所述无机盐的添加量使得含甲醛的环境中含有FeSO₄ 0.2-4mg/L，ZnSO₄0.1-0.2mg/L，MnSO₄ 0.1-0.2mg/L，Co(NO₃)₂ 0.03-0.07mg/L，CuSO₄ 0.01-0.05mg/L，(NH₄)₆MO₇O₂₄ 0.02-0.03mg/L。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例中，无碳培养基：NH₄Cl 1.77g·L^-1，NaCl 5g·L^-1，KH₂PO₄ 0.45g·L^-1，Na₂HPO₄ 0.47g·L^-1，CaCl₂ 0.02g·L^-1，MgSO₄ 0.25g·L^-1，微量元素(FeSO₄·7H₂O 0.55g·L^-1，ZnSO₄·7H₂O 0.23g·L^-1，MnSO₄·7H₂O 0.34g·L^-1，Co(NO₃)₂·6H₂O 0.075g·L^-1，CuSO₄·5H₂O 0.047g·L^-1，(NH₄)₆MO₇O₂₄·4H₂O 0.025g·L^-1)1mL·L^-1。

以下使用的菌株为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，于2019年8月19日被保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮政编码：100101)(保藏单位的缩写为CGMCC)，保藏编号为CGMCC No.18396。

甲醛含量的测定方法：参照GB/T 13197-1991，取适量待测样品加入10mL具塞刻度试管，用蒸馏水定容至10mL刻度线后，吸取2mL乙酰丙酮溶液加入该试管，混匀，60℃水浴15min，取出室温冷却1h后，以水为参比检测在波长413nm处的吸光度。建立甲醛标准曲线，甲醛浓度和吸光度在412nm下呈现良好的线性关系，线性范围为0.2-3.5mg/L，线性方程为y＝0.22073x+0.00053，相关度R²＝0.99997，说明413nm下所测的吸光度与甲醛浓度可进行一个良好的拟合。

甲醛降解率的计算：设Y₀为甲醛初始含量，Y_x为菌株开始降解甲醛后某一时刻的甲醛含量，则某一时刻的甲醛降解率为：(Y₀-Y_x)/Y₀。

如无特殊说明，使用的试剂和材料均可通过商购获得。

制备例

本制备例用于制备下述实施例中使用的活化种子液。

取LB培养基在121℃下灭菌20min，冷却至室温。从-80℃冰箱取解淀粉芽孢杆菌菌种，接种于上述灭菌后的LB培养基中，在170rpm、30℃的条件下培养12h，得到活化种子液。

实施例1

将制备例制备得到的活化种子液以10体积％的接种量接种到甲醛初始浓度为300mg/L的无碳培养基中，并加入促进剂，测定该菌株在添加叶酸、丝氨酸和葡萄糖后甲醛的降解率，以验证高效降解甲醛激活策略的有效性。

各组分别为：None组(无促进剂)、Glc组(0.1g·L^-1葡萄糖)和BS组(0.5g·L^-1叶酸+0.5g·L^-1丝氨酸)。每个组别设定三个平行样(有菌)和一个空白样(不含菌，分别记为None-control、Glc-control和BS-control)。培养条件包括：温度30℃，pH为6，在170r/min的摇床中培养，初始OD_600nm为0.3。

取样检测OD_600nm和OD_413nm，并计算甲醛的降解率，所有取样均在无菌操作台里操作。

如图1所示，各组别中的空白组因为未添加菌，OD_600nm无明显变化。且在此过程中，甲醛的含量也无明显的变化。其他组别的甲醛降解率均随着时间的延长而提高。

未添加外源物的None组，可以明显看到菌株在前期(72h前)受到了生长抑制；而在72-96h间曲线呈大幅度上升趋势，进入生长对数期；之后趋于平缓，进入生长稳定期，OD_600nm在120h时最高，达到0.55，此时的甲醛降解率为91.40％。

以葡萄糖为促进剂的Glc组，在24h以前也出现了生长抑制现象，但24-72h间即进入了生长对数期，之后进入稳定期，OD_600nm在72h时最高，达到0.63，120h甲醛降解率达到97.88％。

以叶酸+丝氨酸为促进剂的BS组，同样在0-72h期间呈现生长抑制的现象，而却在72-96h间出现菌株大幅增长的现象，进入对数期；之后有进入稳定期，OD_600nm在96h时最高，达到0.98，120h时的甲醛降解率为97.62％。

综上，由菌株生长情况的变化和甲醛降解率变化可以得到：添加葡萄糖可在短时间内(24h)缓解菌株因甲醛不耐受引起的生长抑制现象，但后期生长不如BS组；添加叶酸+丝氨酸虽不可在短时间内缓解菌株的生长抑制现象，但72h后菌株会出现更旺盛的生长繁殖现象。

总体而言，Glc组和BS组的生长和甲醛降解效果均优于未添加组(None组)，说明葡萄糖和叶酸+丝氨酸都能够起到促进含甲醛环境中解淀粉芽孢杆菌的生长以及甲醛的降解，但是存在一定的缺陷。

实施例2

将制备例制备得到的活化种子液以10体积％的接种量接种到甲醛初始浓度为300mg/L的无碳培养基中，并加入促进剂，促进剂的添加体积保持2ml不变。

各组分别为：None组(无促进剂)、Glc组(0.1g·L^-1葡萄糖)、BS组(0.5g·L^-1叶酸+0.5g·L^-1丝氨酸)、GBS1组(0.033g·L^-1葡萄糖+0.167g·L^-1叶酸+0.167g·L^-1丝氨酸)、GBS2组(0.05g·L^-1葡萄糖+0.125g·L^-1叶酸+0.125g·L^-1丝氨酸)、GBS3组(0.025g·L-1葡萄糖+0.25g·L^-1叶酸+0.125g·L^-1丝氨酸)和GBS4组(0.025g·L^-1葡萄糖+0.125g·L^-1叶酸+0.25g·L^-1丝氨酸)。

每个组别设定三个平行样(有菌)和一个空白样(不含菌)。培养条件包括：温度30℃，pH为6，在170r/min的摇床中培养，初始OD_600nm为0.45。

分别在0h、6h、72h和96h取样，检测OD_600nm和OD_413nm，并计算甲醛的降解率。所有取样均在无菌操作台里操作。

结果发现，各组别中的空白组因为未添加菌，OD_600nm无明显变化，且甲醛的含量也无明显的变化，Glc组以及BS组的趋势与实施例1中的趋势一致，4组GBS组均未出现前期抑制和后期生长状态不佳的问题。

其中，表1示出了第72h和第96h时的OD_600nm和甲醛降解率。

表1

组别

None

BS

Glc

GBS1

GBS2

GBS3

GBS4

OD<sub>600nm</sub>-72h

0.553

0.442

0.813

0.903

0.866

0.864

0.928

OD<sub>600nm</sub>-96h

0.788

0.894

0.795

0.958

0.92

0.906

1.019

甲醛降解率-72h

85.07％

92.83％

81.74％

95.13％

95.09％

93.64％

95.81％

甲醛降解率-96h

89.46％

96.73％

95.08％

98.28％

98.07％

97.93％

98.91％

通过以上数据可以看出，相比于单独使用葡萄糖或者使用叶酸+丝氨酸的组合，采用本发明所述的促进剂进行甲醛的降解时能够克服葡萄糖以及叶酸和丝氨酸使用时的缺陷，进一步促进所述菌株的生长，缓解由甲醛产生的生长抑制，进一步提高甲醛降解率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种降解甲醛的方法，其特征在于，该方法包括：在促进剂的存在下，将解淀粉芽孢杆菌与含甲醛的环境接触，并进行甲醛的降解；

其中，所述解淀粉芽孢杆菌的保藏号为CGMCC No.18396；

其中，所述促进剂为葡萄糖、丝氨酸和叶酸；

其中，所述含甲醛的环境中，葡萄糖的含量为0.01-1g/L，丝氨酸的含量为0.05-1 g/L，叶酸的含量为0.05-1 g/L；

其中，含甲醛的环境中甲醛的含量不超过1.5g/L；所述解淀粉芽孢杆菌的接种量使得所述含甲醛的环境中的活菌数为10⁵-10⁹cfu/L。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含甲醛的环境中，葡萄糖的含量为0.02-0.2g/L，丝氨酸的含量为0.1-0.6 g/L，叶酸的含量为0.1-0.6 g/L。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述降解的条件包括：温度为25-40℃，pH为5-8。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：向所述含甲醛的环境中添加无机盐。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述无机盐选自含氮无机盐、含磷无机盐、钠盐、镁盐和钙盐中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述含氮无机盐选自硫酸铵、碳酸铵、氯化铵、硝酸钾和硝酸铵中的至少一种；和/或

所述含磷无机盐选自磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠中的至少一种；和/或

所述钠盐为氯化钠；和/或

所述镁盐为硫酸镁；和/或

所述钙盐为氯化钙。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述无机盐包含氯化铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、氯化钠、硫酸镁和氯化钙。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述无机盐的添加量使得含甲醛的环境中含有NH₄Cl 0.5-4 g/L，KH₂PO₄0.2-0.8 g/L，Na₂HPO₄0.2-0.8 g/L，NaCl 4-8 g/L，CaCl₂ 0.01-0.05 g/L，MgSO₄ 0.1-0.5 g/L。