CN105695443B - Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Triton X-100强化生物炭固定化微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Trion X‑100强化生物炭固定化微生物材料及其制备方法和应用。利用Trion X‑100强化生物炭对污染物及降解菌铜绿假单胞菌的共吸附，从而整体上提升生物炭固定化微生物材料对废水中有机污染物的去除效率。本发明制备得到的Triton X‑100强化生物炭固定化微生物材料对废水中的难降解有机物有很好的吸附去除效果，且相较于传统吸附法固定化微生物对有机物的去除效率有显著提高。

Description

Triton X-100强化生物炭固定化微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技术领域，特别涉及一种处理有机废水的固定化微生物材料的制备方法及应用。
背景技术
废水中持久性有机污染物的高效去除一直是环境科学和水处理工程研究的热点之一。微生物降解和吸附剂吸附是两种最常规的处理有机废水的途径，但单纯降解作用效率较低、单纯吸附法虽然效率高但处理不彻底。吸附剂固定化微生物的方法兼具了降解和吸附两种作用，既能快速降低废水中的有机物，同时为固定化的微生物提供高污染物浓度的微环境，利于其对污染物的高效降解。
固定化微生物技术是利用化学或物理的方法将游离的微生物固定到载体上，大大增加了微生物的数量，并保持其活性和稳定性。
生物炭(Biochar)是生物质(如植物秸秆和动物粪便等)在完全或部分缺氧的情况下经热解产生的高度芳构化的碳质材料。生物炭因富含碳素，具有发达的孔隙结构，比表面积大以及离子交换量高等优良的物理化学性质，被认为是一种高效的吸附剂。同时生物炭表面的微孔结构也为微生物栖息与繁殖提供了场所，使微生物免受不良环境条件的扰动。另一方面，生物炭含有大量碳、氮等营养元素，也为微生物提供了营养物质，对微生物的生长与繁殖起到一定的积极作用。因此，生物炭是一种理想的固定化载体。目前，生物炭固定化微生物已被用于污染水体及土壤的修复技术中。
常见的固定化方法包括吸附法、包埋法、交联法和共价结合法。其中，吸附法操作简单，成本低，对细胞活性影响小，是最常用的方法之一。但吸附法的缺点在于载体与微生物结合力较低，效果不稳定。
发明内容
本发明利用Trion X-100(聚乙二醇辛基苯基醚)对生物炭表面进行改性，强化生物炭对污染物及降解菌的共吸附，同时提高生物炭对污染物的吸附作用及降解菌的固定强度，从而达到整体上提升生物炭固定化微生物材料对废水中有机污染物的去除效率的目的。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案实现：
本发明提供一种Trion X-100强化生物炭固定化微生物材料的制备方法，具体步骤如下：步骤1)选取一种铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ 30℃条件下培养于含3.5mg/L苊的无机盐培养基中，24小时后离心，重悬浮。
本发明中的铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ于2015年12月28日保藏在中国典型培养物保藏中心，保藏号CCTCC NO：M2015786，保藏地址为中国武汉武汉大学。
步骤2)利用无机盐培养基调节菌悬液，令OD600在0.1～0.5范围内，加入Triton X-100，令Triton X-100浓度为10mg/L～30mg/L。
步骤3)将生物炭与含Triton X-100的铜绿假单胞菌悬液按质量比1:100混合，30℃条件下搅拌24h，过滤得到生物炭固定化微生物材料。
作为优选，上述步骤3)中涉及的生物炭为水稻秸秆、竹粉、米糠中的一种或者多种在500℃缺氧条件下裂解制得的。
本发明还提供一种Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料，所述微生物材料通过以下制备方法制备得到：
步骤1)选取一种铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ 30℃条件下培养于含3.5mg/L苊的无机盐培养基中，24小时后离心，重悬浮；
步骤2)利用无机盐培养基调节菌悬液，令OD600在0.1～0.5范围内，加入TritonX-100，令Triton X-100浓度为10mg/L～30mg/L；
步骤3)将生物炭与含Triton X-100的铜绿假单胞菌悬液按质量比1:100混合，30℃条件下搅拌24h，过滤得到生物炭固定化微生物材料。
本发明还提供一种上述的Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料在去除废水中苊的应用。
进一步，将Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料直接投入有机废水中，混合搅拌4h后，可去除废水中的苊。
本发明利用化学强化的方法增强生物炭固定化微生物的强度和效率，从而提高生物炭固定化微生物在废水处理及污染水体修复中应用的实用性。具体的，本发明创造性地利用非离子表面活性剂Trion X-100，增加生物炭与微生物间的结合性，同时促进生物炭吸附有机污染物，从而整体上起到提高生物炭固定化微生物材料对污染物去除效率的作用。
本发明固定化微生物材料的制备方法简单，耗能少，得到的Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料相较于传统吸附法固定化微生物对废水中有机物的去除效率有显著提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
将铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ在30℃条件下培养于含3.5mg/L苊的无机盐培养基中，24小时后离心，重悬浮。用无机盐培养基调节菌悬液，得到OD600为0.1的菌液100mL。在上述菌液中加入0.3mL的10g/L Triton X-100溶液(Triton X-100浓度为30mg/L)。将1g生物炭加入上述含Triton X-100的100mL菌液中(质量比1:100)，30℃条件下搅拌24h，过滤得到生物炭固定化微生物材料。
将制备得到的生物炭固定化微生物材料2.5g投入1L含苊3.5mg/L的有机废水中混合搅拌4h，对苊的去除率可达到87.4％。作为对照，不加Triton X-100强化条件下制备的生物炭固定化微生物材料，在同样条件下对苊的去除率为62.0％。可见，利用Triton X-100强化后，固定化微生物材料对苊的去除率提高了40.9％。
实施例2
将铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ在30℃条件下培养于含3.5mg/L苊的无机盐培养基中，24小时后离心，重悬浮。用无机盐培养基调节菌悬液，得到OD600为0.2的菌液100mL。在上述菌液中加入0.1mL的10g/L Triton X-100溶液(Triton X-100浓度为10mg/L)。将1g生物炭加入上述含Triton X-100的100mL菌液中(质量比1:100)，30℃条件下搅拌12h，过滤得到生物炭固定化微生物材料。
将制备得到的生物炭固定化微生物材料2.5g投入1L含苊3.0mg/L的有机废水中混合搅拌4h，对苊的去除率可达到77.4％。作为对照，不加Triton X-100强化条件下制备的生物炭固定化微生物材料，在同样条件下对苊的去除率为70.6％。利用Triton X-100强化后，固定化微生物材料对苊的去除率提高了9.6％。
实施例3
将铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ在30℃条件下培养于含3.5mg/L苊的无机盐培养基中，24小时后离心，重悬浮。用无机盐培养基调节菌悬液，得到OD600为0.2的菌液100mL。在上述菌液中加入0.1mL的10g/L Triton X-100溶液(Triton X-100浓度为10mg/L)。将1g生物炭加入上述含Triton X-100的100mL菌液中(质量比1:100)，30℃条件下搅拌24h，过滤得到生物炭固定化微生物材料。
将制备得到的生物炭固定化微生物材料2.5g投入1L含苊3.5mg/L的有机废水中混合搅拌4h，对苊的去除率可达到87.7％。作为对照，不加Triton X-100强化条件下制备的生物炭固定化微生物材料，在同样条件下对苊的去除率为77.3％。可见，利用Triton X-100强化后，固定化微生物材料对苊的去除率提高了13.5％。
实施例4
将铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ在30℃条件下培养于含3.5mg/L苊的无机盐培养基中，24小时后离心，重悬浮。用无机盐培养基调节菌悬液，得到OD600为0.5的菌液100mL。在上述菌液中加入0.1mL的10g/L Triton X-100溶液(Triton X-100浓度为10mg/L)。将1g生物炭加入上述含Triton X-100的100mL菌液中(质量比1:100)，30℃条件下搅拌24h，过滤得到生物炭固定化微生物材料。
将制备得到的生物炭固定化微生物材料2.5g投入1L含苊3.5mg/L的有机废水中混合搅拌4h，对苊的去除率可达到83.9％。作为对照，不加Triton X-100强化条件下制备的生物炭固定化微生物材料，在同样条件下对苊的去除率为66.8％。可见，利用Triton X-100强化后，固定化微生物材料对苊的去除率提高了25.6％。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
步骤1)选取一种铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ 30℃条件下培养于含3.5mg/L苊的无机盐培养基中，24小时后离心，重悬浮；
步骤2)利用无机盐培养基调节菌悬液，令OD600在0.1～0.5范围内，加入Triton X-100，令Triton X-100浓度为10mg/L～30mg/L；
步骤3)将生物炭与含Triton X-100的铜绿假单胞菌悬液按质量比1:100混合，30℃条件下搅拌24h，过滤得到生物炭固定化微生物材料；
所述步骤1)中铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号CCTCC NO：M2015786。
2.根据权利要求1所述的Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中生物炭为水稻秸秆、竹粉、米糠中的一种或多种在500℃缺氧条件下裂解制得的。
3.一种Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料，其特征在于，所述微生物材料通过以下制备方法制备得到：
步骤1)选取一种铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ 30℃条件下培养于含3.5mg/L苊的无机盐培养基中，24小时后离心，重悬浮；
步骤2)利用无机盐培养基调节菌悬液，令OD600在0.1～0.5范围内，加入Triton X-100，令Triton X-100浓度为10mg/L～30mg/L；
步骤3)将生物炭与含Triton X-100的铜绿假单胞菌悬液按质量比1:100混合，30℃条件下搅拌24h，过滤得到生物炭固定化微生物材料；
所述步骤1)中铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa JXQ保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号CCTCC NO：M2015786。
4.根据权利要求3所述的Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料，其特征在于：所述步骤3)中生物炭为水稻秸秆、竹粉、米糠中的一种或多种在500℃缺氧条件下裂解制得的。
5.一种如权利要求3所述的Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料在去除废水中苊的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，将Triton X-100强化生物炭固定化微生物材料直接投入有机废水中，混合搅拌4h后，可去除废水中的苊。
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