CN101993868A - 一种包埋型纳米铁/微生物微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包埋型纳米铁/微生物微球及其制备方法。该包埋型纳米铁/微生物微球是在海藻酸钙凝胶作用下形成的。本发明制备的纳米铁/微生物微球是采用包埋法，利用包埋剂海藻酸钠和交联剂氯化钙的交联固化作用，使得纳米铁和微生物在微球中一并被固定，且所制得微球粒径分布均匀，平均粒径小，比表面积大，可广泛应用于环境污染处理与环境修复领域。
Description
技术领域
本发明涉及纳米技术领域，尤其是一种包埋型纳米铁/微生物微球及其制备方法。
背景技术
目前微生物已经广泛地应用于地下水污染物修复。根据其电子供体不同，主要分为异养微生物和自养微生物，其中异养微生物对于有机物的依赖限制了其在地下水修复中的应用，而自养微生物通常利用H2作为电子供体，但是H2易燃易爆的特性也给实际应用带来了困难。因此通过外加强化处理措施，铁水腐蚀产氢可为自养微生物提供足够的电子供体，在两者协同作用下，加快污染物降解。近年来，纳米铁凭借其较高的比表面积和反应活性，在地下水污染物修复中展示出了极大的应用前景。
但现技术水平仅停留在将纳米铁和微生物进行简单物理混合阶段，尽管在去除污染物方面也取得了一些成果，但整个过程中纳米铁和微生物的协同作用并不明显，致使最终出现微生物稳定性差、易流失、易失活及微生物与纳米铁有效接触率不高，反应效率较低等问题，在实际污染物的原位修复中很难得到推广应用。
针对以上问题，本发明利用化学手段，将纳米铁和微生物进行包埋囊泡化处理，使微生物与纳米铁被包埋在同一微球环境中，使得它们在污染物去除过程中的协同效应更加明显，同时也可保证微生物的稳定性和活性；由于表面修饰后的纳米铁稳定性增强且易于与微生物接触附着，提高了它们的接触率，加快了其协同降解污染物的速率。另外形成的这些微球鉴于能自由悬浮在污染水体中，更加适合原位修复，也易通过过滤或利用其磁性从水环境中回收，减少二次污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种包埋型纳米铁/微生物微球及其制备方法，该方法所需设备简单，操作方便，且所制备产品性能优越。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种包埋型纳米铁/微生物微球，该包埋型纳米铁/微生物微球是通过海藻酸钠和氯化钙的交联固化作用，使得纳米铁和微生物在微球中共同固定。
包埋型纳米铁/微生物微球的制备方法包括以下步骤：
(1)包埋剂海藻酸钠溶液的制备
将海藻酸钠颗粒溶于水中加热至透明状态，得到质量百分含量为1-6％的海藻酸钠溶液；
(2)交联剂氯化钙溶液的制备
将氯化钙粉末溶于水中，得到摩尔浓度为0.1-1mol/L的氯化钙溶液；
(3)纳米铁溶液的制备
采用液相还原法，强还原剂KBH4还原FeSO4·7H2O得到Fe0，用Fe0制备摩尔浓度为0.1-0.6g/L的纳米铁溶液；
(4)反应液A的制备
向纳米铁溶液中加入菌液和海藻酸钠溶液，体积比为2∶3∶5，然后机械搅拌8-15min以使混合均匀充分，得到反应液A；
(5)反应液B的制备
在氯化钙溶液中加入海藻酸钠溶液，其体积比为1∶3-5∶1；
(6)反应体系的制备
将反应液A通过真空线缓慢导入至反应液B中，整个过程不断搅拌溶液B，使其反应充分，反应液A和反应液B的体积比为1∶1-1∶4，导入结束后，继续陈化30-60min，得到包埋型纳米铁/微生物微球；
(7)反应结束后，用脱氧去离子水反复洗涤包埋型纳米铁/微生物微球，保存。
而且，所述的包埋型纳米铁/微生物微球保存方法是指在无菌生理盐水中浸泡并放置冰箱中4℃下保存。
本发明的优点和有益效果是：
1.本发明所选用包埋剂海藻酸钠是一种天然生物高分子材料不仅价廉易得，而且无毒，具有良好的生物相容性，可广泛应用于环境污染处理和环境修复领域。
2.本发明通过海藻酸钠和氯化钙的交联固化作用，能够实现纳米铁和微生物的一并固定化处理，且所制得微球粒径分布均匀，平均粒径小，比表面积大，可广泛应用于环境污染处理与环境修复领域。
3.本发明所需设备简单、操作方便，反应在常温常压下完成，产物为固相，反应体系为液相，产物容易分离，因此，适用于大规模工业生产。
附图说明
图1为本发明的制备流程图；
图2为本发明制备的包埋型纳米铁/微生物微球的实物图。
具体实施方式
本发明通过以下实施例结合附图进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
一种包埋型纳米铁/微生物微球，该包埋型纳米铁/微生物微球是通过海藻酸钠和氯化钙的交联固化作用，使得纳米铁和微生物在微球中共同固定(如附图2所示)；本实施例所选用微生物为真养产碱杆菌(Alcaligenes eutrophus)，其OD420＝0.0229。另外所选用微生物的种类和具体浓度也可根据目标污染物进行具体确定。
该包埋型纳米铁/微生物微球的制备方法(如附图1所示)具体如下述实施例：
实施例1：
(1)包埋剂海藻酸钠溶液的制备
将海藻酸钠颗粒溶于水中加热至透明状态，得到质量百分含量为2％的海藻酸钠溶液；
(2)交联剂氯化钙溶液的制备
将氯化钙粉末溶于水中，得到摩尔浓度为0.2mol/L的氯化钙溶液；
(3)纳米铁溶液的制备
采用液相还原法，强还原剂KBH4还原FeSO4·7H2O得到Fe0，用Fe0制备摩尔浓度为0.1g/L的纳米铁溶液；
(4)反应液A的制备
向纳米铁溶液中加入菌液和海藻酸钠溶液，体积比为2∶3∶5，然后机械搅拌10min以使混合均匀充分，得到反应液A；
(5)反应液B的制备
在氯化钙溶液中加入海藻酸钠溶液，其体积比为2∶1；
(6)反应体系的制备
将反应液A通过真空线缓慢导入至反应液B中，整个过程不断搅拌溶液B，使其反应充分，反应液A和反应液B的体积比为1∶1，导入结束后，继续陈化40min，得到包埋型纳米铁/微生物微球，该微球可用于硝酸盐氮、高氯酸盐污染水体的原位修复；
(7)反应结束后，用脱氧去离子水反复洗涤包埋型纳米铁/微生物微球，在无菌生理盐水中浸泡并放置冰箱中4℃下保存。
实施例2：
(1)包埋剂海藻酸钠溶液的制备
将海藻酸钠颗粒溶于水中加热至透明状态，得到质量百分含量为3.5％的海藻酸钠溶液；
(2)交联剂氯化钙溶液的制备
将氯化钙粉末溶于水中，得到摩尔浓度为0.15mol/L的氯化钙溶液；
(3)纳米铁溶液的制备
采用液相还原法，强还原剂KBH4还原FeSO4·7H2O得到Fe0，用Fe0制备摩尔浓度为0.3g/L的纳米铁溶液；
(4)反应液A的制备
向纳米铁溶液中加入菌液和海藻酸钠溶液，体积比为2∶3∶5，然后机械搅拌15min以使混合均匀充分，得到反应液A；
(5)反应液B的制备
在氯化钙溶液中加入海藻酸钠溶液，其体积比为4∶1；
(6)反应体系的制备
将反应液A通过真空线缓慢导入至反应液B中，整个过程不断搅拌溶液B，使其反应充分，反应液A和反应液B的体积比为1∶2，导入结束后，继续陈化50min，得到包埋型纳米铁/微生物微球，该微球可用于硝酸盐氮、高氯酸盐污染水体的原位修复；
(7)反应结束后，用脱氧去离子水反复洗涤包埋型纳米铁/微生物微球，在无菌生理盐水中浸泡并放置冰箱中4℃下保存。
实施例3：
(1)包埋剂海藻酸钠溶液的制备
将海藻酸钠颗粒溶于水中加热至透明状态，得到质量百分含量为1.5％的海藻酸钠溶液；
(2)交联剂氯化钙溶液的制备
将氯化钙粉末溶于水中，得到摩尔浓度为0.3mol/L的氯化钙溶液；
(3)纳米铁溶液的制备
采用液相还原法，强还原剂KBH4还原FeSO4·7H2O得到Fe0，用Fe0制备摩尔浓度为0.1g/L的纳米铁溶液；
(4)反应液A的制备
向纳米铁溶液中加入菌液和海藻酸钠溶液，体积比为2∶3∶5，然后机械搅拌8min以使混合均匀充分，得到反应液A；
(5)反应液B的制备
在氯化钙溶液中加入海藻酸钠溶液，其体积比为1∶1；
(6)反应体系的制备
将反应液A通过真空线缓慢导入至反应液B中，整个过程不断搅拌溶液B，使其反应充分，反应液A和反应液B的体积比为1∶3，导入结束后，继续陈化30min，得到包埋型纳米铁/微生物微球，该微球可用于硝酸盐氮、高氯酸盐污染水体的原位修复；
(7)反应结束后，用脱氧去离子水反复洗涤包埋型纳米铁/微生物微球，在无菌生理盐水中浸泡并放置冰箱中4℃下保存。
实施例4：
(1)包埋剂海藻酸钠溶液的制备
将海藻酸钠颗粒溶于水中加热至透明状态，得到质量百分含量为6％的海藻酸钠溶液；
(2)交联剂氯化钙溶液的制备
将氯化钙粉末溶于水中，得到摩尔浓度为1mol/L的氯化钙溶液；
(3)纳米铁溶液的制备
采用液相还原法，强还原剂KBH4还原FeSO4·7H2O得到Fe0，用Fe0制备摩尔浓度为0.6g/L的纳米铁溶液；
(4)反应液A的制备
向纳米铁溶液中加入菌液和海藻酸钠溶液，体积比为2∶3∶5，然后机械搅拌12min以使混合均匀充分，得到反应液A；
(5)反应液B的制备
在氯化钙溶液中加入海藻酸钠溶液，其体积比为5∶1；
(6)反应体系的制备
将反应液A通过真空线缓慢导入至反应液B中，整个过程不断搅拌溶液B，使其反应充分，反应液A和反应液B的体积比为1∶4，导入结束后，继续陈化60min，得到包埋型纳米铁/微生物微球，该微球可用于硝酸盐氮、高氯酸盐污染水体的原位修复；
(7)反应结束后，用脱氧去离子水反复洗涤包埋型纳米铁/微生物微球，在无菌生理盐水中浸泡并放置冰箱中4℃下保存。
Claims (3)
1.一种包埋型纳米铁/微生物微球，其特征在于：该包埋型纳米铁/微生物微球是通过海藻酸钠和氯化钙的交联固化作用，使得纳米铁和微生物在微球中共同固定。
2.一种如权利要求1所述的包埋型纳米铁/微生物微球的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
(1)包埋剂海藻酸钠溶液的制备
将海藻酸钠颗粒溶于水中加热至透明状态，得到质量百分含量为1-6％的海藻酸钠溶液；
(2)交联剂氯化钙溶液的制备
将氯化钙粉末溶于水中，得到摩尔浓度为0.1-1mol/L的氯化钙溶液；
(3)纳米铁溶液的制备
采用液相还原法，强还原剂KBH4还原FeSO4·7H2O得到Fe0，用Fe0制备摩尔浓度为0.1-0.6g/L的纳米铁溶液；
(4)反应液A的制备
向纳米铁溶液中加入菌液和海藻酸钠溶液，体积比为2∶3∶5，然后机械搅拌8-15min以使混合均匀充分，得到反应液A；
(5)反应液B的制备
在氯化钙溶液中加入海藻酸钠溶液，其体积比为1∶3-5∶1；
(6)反应体系的制备
将反应液A通过真空线缓慢导入至反应液B中，整个过程不断搅拌溶液B，使其反应充分，反应液A和反应液B的体积比为1∶1-1∶4，导入结束后，继续陈化30-60min，得到包埋型纳米铁/微生物微球；
(7)反应结束后，用脱氧去离子水反复洗涤包埋型纳米铁/微生物微球，保存。
3.根据权利要求2所述的包埋型纳米铁/微生物微球的制备方法，其特征在于：所述的包埋型纳米铁/微生物微球保存方法是指在无菌生理盐水中浸泡并放置冰箱中4℃下保存。
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