CN110026060A - 一种降解甲醛的生物材料及其制作和使用方法 - Google Patents

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牛永艳
王治业
杜津昊
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Abstract

本发明提供了一种降解甲醛的生物材料及其制作和使用方法，该生物材料采用生物炭和能够降解甲醛的微生物为原材料制作而成，可以高效降解空气中和水中的甲醛，制作成本廉价，维护方便，不产生任何运行费用，操作简便，适用范围广，且不产生二次污染，是新一代的生物除甲醛材料。

Description

一种降解甲醛的生物材料及其制作和使用方法
技术领域
本发明涉及新材料领域，具体为一种降解甲醛的生物材料及其制作和使用方法。
背景技术
甲醛可以使蛋白质变性，具有致癌、致畸、致残效应，空气中甲醛超标影响人体健康，目前室内空气中甲醛并无有效处理方式。
目前主流处理方法有2种，一种为氧化去除法，主要包括催化氧化、等离子氧化、高温燃烧氧化法、臭氧氧化等方法，上述方法具有高耗能，设备成本极高，占地面积大和产生二次污染，实用性差。第二种方法为吸附方法。吸附法必须要有相应的吸附剂，如凹凸棒，活性炭等。其中最为常见的是活性炭吸附法，此法亦为家庭室内甲醛去除的常用方法。吸附法又分为自然吸附和强制吸附，其中自然吸附方法是指在室内摆设吸附介质，通过空气的自然流动与吸附介质接触，实现有限效率的吸附作用。此法几乎对超标甲醛无作用，或其作用微小可以被忽略，主要原因是空气流动有限，活性炭（或其他吸附介质，以下内容中均简称活性炭）对空气的接触量小，接触面积小，使得甲醛与活性炭的接触几率很小。浅层接触可能会被活性炭表面的饱和层所排斥，不能进行充分的吸附反应。因此自然吸附法的甲醛去除效果非常有限。被动吸附是指通过强制通风的方式使空气中的甲醛进入充满活性炭的活性炭室，吸附反应发生在活性炭室，在此处空气能够和活性炭进行较为完全的接触，活性炭对空气进行过滤，对空气中的甲醛等有机分子进行吸附。此方法的缺点是，活性炭的吸附作用会产生饱和，饱和后的活性炭不仅不能继续吸附甲醛，而且还会对空气中释放甲醛，形成污染源，造成二次污染，需定期更换活性炭才可以进行，因此对活性炭成为耗材，需求量极大，活性炭价格昂贵，形成非常大的资源浪费。可见，上述现有技术中的两种方法对于空气中的甲醛去除均不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种可克服现有技术不足，提出一种降解甲醛的生物材料及其制作和使用方法。
本发明的目的一是提供一种能够降解空气中甲醛的生物材料的制作方法，具体包括如下步骤：
1. 准备生物炭。生物质炭1份，破碎至粒径5-10mm左右。生物炭需在高温厌氧情况下形成，原料主要以天然植物生物质为主，包括：秸秆，稻壳，中药植物源药渣，木屑等。生物炭品质参考国家标准《NY∕T 3041-2016 生物炭基肥料》中对生物炭的要求，并在20µm左右尺度下，具有整齐断面和植物天然重复多孔结构。
2. 准备甲醛降解菌发酵液。配制微生物液体培养基，配方如下：甲醛100mg/L、NH4Cl 0.5g/L、Na2HPO4 3.0g/L、KH2PO4 1.5g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、1M CaCl2 0.1g/L。将能以甲醛为唯一碳源的甲醛降解菌株按照3-5%接种量接入培养基中，30℃暴气或摇床200r/min培养，当菌体浓度达到OD600值为1.5左右时发酵结束，发酵液备用。
3. 生物材料制备。将生物炭、甘油和发酵液按照4-6:1:2的质量比例搅拌均匀，常温下通过圆盘造粒法喷适量PAM做粘结剂进行造粒，成型后的丸状材料即可投入使用。
作为优选，步骤1中所述的生物炭是以松木屑为基质的。
作为优选，步骤2中所述的甲醛降解菌株为一株甲基杆菌属细菌Methylobacterium podarium JQ-1（以下简称JQ-1），JQ-1菌株在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No. 17229。
作为优选，步骤3中所述的生物炭、甘油和发酵液的质量比为4:1:2。
本发明的目的二，是提供一种采用上述方法制作的生物材料，其特征在于该材料可以降解甲醛。
本发明的目的三，是提供上述生物材料的使用方法，具体内容为：在除空气中甲醛的应用时，将本生物材料放置在培养皿或浅碟中，皿中常喷洒少量水分，使本生物材料保持生物活性。
作为优选，所述生物材料的使用方法中喷洒的水分以不淹没生物材料为佳。
作为优选，在去除废水中甲醛时，将本发明所述的生物材料包裹在半透膜中，然后直接投入待处理水中即可。
本发明提供的技术方案利用微生物对甲醛的降解作用，制作能够去除空气中和水中甲醛的生物材料，200g生物材料可以在24h内将0.486m3空间内0.22 mg/m3的甲醛降低至国家标准即0.1 mg/m3以下，100g本材料可以在24h内将溶液中70mg/L甲醛降解至5mg/L。
本发明所述的生物材料的制作成本廉价，维护方便，不产生任何运行费用，操作简便，适用范围广，不含任何人体有害成分，适合在密闭空气环境中应用，在吸收甲醛的同时可以对甲醛进行降解，因此不会产生吸附饱和效应，有效避免了甲醛二次污染。本发明提供的生物材料是新一代的生物除甲醛材料，利用生命体对甲醛的代谢功能将甲醛彻底去除，将之转化成为无污染的正常生物组织和***物，可以作为新一代甲醛吸附剂使用。
附图说明
图1为实施例1采用的生物炭结构形态SEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明进行详细说明。以下实施实例有助于此领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
以下实施例中采用的菌种为：JQ-1（Methylobacterium podarium），保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏号CGMCC No.17229。
以下实施例中所采用的试剂、材料等均能通过商业途径购买获得。
以下实施例中所采用的甲醛降解培养基配方如下：甲醛100mg/L、NH4Cl 0.5g/L、Na2HPO4 3.0g/L、KH2PO4 1.5g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、1M CaCl2 0.1g/L。
实施例1 生物材料1制备
准备松木木屑生物质炭1份，破碎至粒径3mm左右，该生物炭形态结构见图1的SEM照片所示。将JQ-1菌株按照3-5%接种量接入甲醛降解培养基中，30℃下暴气或摇床200r/min培养，当菌体浓度达到OD600值为1.5左右时发酵结束，发酵液备用。将生物炭、甘油和发酵液按照4:1:2的质量比例搅拌均匀，常温下通过圆盘造粒法喷适量PAM做粘结剂进行造粒，成型后的丸状材料即为本发明所述的生物材料成品。
实施例2 生物材料2制备
准备松木木屑生物质炭1份，破碎至粒径3mm左右，该生物炭形态结构见图1的SEM照片所示。将JQ-1菌株按照3-5%接种量接入甲醛降解培养基中， 30℃下暴气或摇床200r/min培养，当菌体浓度达到OD600值为1.5左右时发酵结束，发酵液备用。将生物炭、甘油和发酵液按照6:1:2的质量比例搅拌均匀，常温下通过圆盘造粒法喷适量PAM做粘结剂进行造粒，成型后的丸状材料即为本发明所述的生物材料成品。
实施列3 空气中甲醛降解实验
处理柜体内部空气中甲醛实验。受试柜体为办公用长方体铁皮柜体，长90cm，宽45cm，高120cm，体积0.486m3。将实施例1制备的生物材料200g放入皿中，皿中盛有少量可饮用纯净水，水不淹没生物材料。将处理皿放入柜体。将10000mg/L浓度的甲醛溶液，用移液枪吸取10µL，放置在锡箔纸上，移入柜体内，锡箔纸下放置加热至100℃的铁块。内部采用气体采样机进行气体样品采集。采样方法参考国家标准《室内空气质量标准GBT 18883-2002》方法，取接近柜体中央位置点为气体采样点。气体采样机型号为：NTC-805。外部用胶布或橡胶质密封条全封闭柜体。等大约10min后，甲醛溶液全部蒸发。打开采样器电源，进行柜体内部空气采样。采样流量设定为：333.3ml/min，采样时间为：30min，采样体积为：10L，室内温度25℃。使用实施例1所获得的生物材料对柜内空气进行处理，每4h采集一次空气样本。共采集24h。同时，设置空白对照组1组，不在柜体内放置本专利材料，其它操作同处理组操作。0h、4h、8h、12h、16h、20h、24h，共7个样本进行甲醛浓度测定及计算。该液体样本的甲醛浓度的测定采用《空气质量甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法GB/T15516-1995》方法。实验结果如表1所示。
表1.柜体甲醛浓度变化
空气甲醛浓度（mg/m<sup>3</sup>） 0h 4h 8h 12h 16h 20h 24h
空白对照组 0.219 0.223 0.214 0.195 0.193 0.187 0.186
处理组 0.191 0.159 0.142 0.127 0.110 0.098 0.085
通过实验数据可知，本发明提供的生物材料具有较强的吸附和降解空气中甲醛的效果，本材料的甲醛降解率（对甲醛浓度约为室内空气质量国家标准2倍即浓度为0.22 mg/m3的污染气体而言）为：0.0136mg/h·kg。200g的用量可以在24h内将0.486m3空间内的约为国家标准2倍的室内空气中的甲醛降低至国家标准以下。
实施列4 液体中甲醛降解实验
将实施例1所制成的生物材料100g装入半透膜中，投入20L甲醛浓度为70mg/L的溶液中，保持水温30℃。检测甲醛浓度变化，溶液中甲醛浓度的测定采用国家环境保护标准：《水质甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法 HJ 601-2011》方法进行测定，结果见表2。
表2.溶液中甲醛浓度变化
甲醛浓度（mg/L） 0h 12h 24h
空白对照组 72.4 71.9 72.5
处理组 71.3 26.8 0.5
结果证明本发明提供的生物材料对溶液中的甲醛具有良好的降解效果。

Claims (8)

1.一种降解甲醛的生物材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a. 准备生物炭1份，破碎至粒径5-10mm,生物炭原料包括秸秆，稻壳，中药植物源药渣，木屑等；
b. 准备甲醛降解菌发酵液，液体培养甲醛降解菌株，当菌体浓度达到OD600值为1.5左右时发酵结束，发酵液备用；
c.将生物炭、甘油和发酵液按照4-6:1:2的质量比例搅拌均匀，常温下通过圆盘造粒法喷适量PAM做粘结剂进行造粒，成型即可。
2.根据权利要求1所述的一种降解甲醛的生物材料的制备方法，其特征在于所述生物炭是以松木屑为基质的。
3.根据权利要求1所述的一种降解甲醛的生物材料的制备方法，其特征在于所述甲醛降解菌株为一株甲基杆菌属细菌Methylobacterium podarium JQ-1，Methylobacterium podarium JQ-1在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCCNo. 17229。
4.根据权利要求1所述的一种降解甲醛的生物材料的制备方法，其特征在于所述生物炭、甘油和发酵液的质量比为4:1:2。
5.一种降解甲醛的生物材料，其特征在于采用权利要求1-4中任一方法制作而成。
6.一种权利要求5所述的生物材料净化空气中甲醛的使用方法，其特征在于将所述生物材料放置在培养皿或浅碟中，皿中常喷洒少量水分。
7.一种权利要求5所述的生物材料净化水中甲醛的使用方法，其特征在于将所述生物材料包裹于半透膜内，投入待处理水中。
8.根据权利要求7所述的生物材料净化空气中甲醛的使用方法，其特征在于所述喷洒的水分不淹没生物材料。
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