CN111099750A - 一种混合菌吸附材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境工程微生物学，特别涉及环境吸附材料处理水中汞污染领域，具体为一种混合菌吸附材料及其制备方法与应用。包括胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、聚丙烯腈纤维、二乙烯三胺、酵母膏、葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨，硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸镁、碳酸钙、氯化铁、琼脂粉。混合菌的综合培养，吸附剂氨化的聚丙烯腈纤维的制备，混合菌与吸附剂的结合，以及对汞离子的吸附作用。在吸附剂的作用下，混合菌可以对水中汞离子进行集中大量的处理，使整个吸附材料比表面积增大，易于对处理后的吸附材料进行去除。该吸附材料具有处理过程简单，处理效率高，且易于去除等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程微生物学，特别涉及环境吸附材料处理水中汞污染领域，具体为一种混合菌吸附材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着工业的迅速发展，在带来巨大经济效益的同时，也给环境带来了巨大伤害。据UNEP2008年全球大气汞评估报告，全球大气汞总排放量为7710t，自然源大气汞排放量为5207t，其中海洋排放2682t，人为源排放量为2503t。人体对汞暴露会引起大脑、神经、肾脏和肝脏损伤，甚至会引起昏迷和死亡，同时，即使低浓度的甲基汞也会对人类和哺乳类动物的神经发育带来不利影响。
胶质芽抱杆菌又称硅酸盐细菌或者钾细菌,是一种常见的土壤微生物,利用其中的钾进行生长，由于微生物个体较小,吸附重金属后不容易与溶液分离,胶质芽抱杆菌容易吸附在含钾的硅酸盐矿物上对实际应用非常有利且胶质芽抱杆菌的细菌发酵液有很高的粘度,使其容易吸附在硅酸盐矿物上。粘质沙雷氏菌(Serratiamarcescens ) 又称灵杆菌，一种产生鲜红色素的细菌，存在于空气和水中，可生长在动、植物性食品中。为细菌中最小者，约0.5×(0.5～1.0)微米。近球形短杆菌，但形态多样。
目前报道的处理水中的汞污染方法包括化学沉降法、离子交换法、电解法等。但传统的处理方法处理强度低，不耐高温，易失效，耗能高等缺点，因此，污水处理工业急需一种高效，简便的处理方法，以对水中的汞污染进行清理去除。其中，污染的微生物处理相对于其他处理方式的优点愈加明显，环境微生物学在污染处理中获得了越来越高的评价。
发明内容
为了解决现有方法处理强度低，不耐高温，易失效，耗能高等问题，本发明提供了一种操作简单，处理速度快，去除效率高的处理水中汞污染的混合菌吸附材料。
本发明的另一目的是提供混合菌吸附材料的制备方法与应用。
一种混合菌吸附材料，原料包括胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、聚丙烯腈纤维、二乙烯三胺、混合菌培养基。
所述的混合菌培养基为水培养基，包括以下重量百分比的原料：酵母膏0.01-0.03%、葡萄糖0.5-3%、牛肉膏0.2-0.8%、蛋白胨0.2-0.7%、硫酸铵0.05-0.3%、磷酸氢二钾0.2-0.8%、磷酸二氢钾0.2-0.8%、氯化钠0.2-0.7%、硫酸镁0.01-0.08%、碳酸钙0.005-0.015%、氯化铁0.0001%，其余为水。
上述混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）培养基制备；
（2）细菌混合培养；
（3）氨化的聚丙烯腈纤维的制备；
（4）混合菌吸附材料的制备。
所述的步骤（1）培养基制备：
所述的培养基为水培养基，包括以下重量百分比的原料：酵母膏0.01-0.03%、葡萄糖0.5-3%、牛肉膏0.2-0.8%、蛋白胨0.2-0.7%、硫酸铵0.05-0.3%、磷酸氢二钾0.2-0.8%、磷酸二氢钾0.2-0.8%、氯化钠0.2-0.7%、硫酸镁0.01-0.08%、碳酸钙0.005-0.015%、氯化铁0.0001%，其余为水。
所述的步骤（2）细菌的混合培养：
将胶质芽孢杆菌与粘质沙雷氏菌接种在培养基中，培养，取出放入温箱中备用。
所述的胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为1-4:1-3。
所述的步骤（3）氨化的聚丙烯腈纤维的制备：
将二乙烯三胺加入到水中，搅拌均匀，后加入聚丙烯腈纤维，加热反应，冷却，得到氨化的聚丙烯腈纤维；所述的聚丙烯腈纤维、二乙烯三胺加入质量比1000:0.02-0.06。
所述的步骤（4）混合菌吸附材料的制备：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维按照体积比为2:0.5-1.5，充分混合；静置待用。
上述混合菌吸附材料在处理水中汞污染上的应用。
上述应用的方法为：将混合菌吸附材料投加到含汞离子水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：90-100，搅拌，静置过滤，除去混合菌吸附材料。
本发明采用聚丙烯腈纤维可以在二乙烯三胺的溶液中，在加热的条件下反应得到氨化的聚丙烯腈纤维；胶质芽孢杆菌与粘质沙雷氏菌通过混合培养，与氨化的聚丙烯腈纤维结合，合成混合菌吸附材料，从而吸附水中汞污染。
本发明的处理方法是生物吸附，胶质芽孢杆菌与粘质沙雷式菌混合培养后同氨化的聚丙烯腈纤维结合，生成混合菌吸附材料，该材料只需投加到含汞污水中操作简单，处理速度快，去除效率高等优点，可以弥补汞污染现有处理方法的缺陷和不足，实现对汞污染快速高效的处理去除。本发明中的汞离子处理是在水中进行的，通过混合菌吸附材料的吸附作用从而实现汞污染的去除工作。
本发明的有益成果
1.处理浓度高
利用胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌以及氨化的聚丙烯腈纤维，多种手段综合处理，实现了对水中汞污染的大浓度吸附处理，混合细菌与载体材料相互作用，提高了吸附材料对于汞污染的耐受性。
2.处理速度快
混合菌吸附材料对于汞离子处理仅需一步，有针对性的对水中的汞污染进行吸附处理。微生物通过自身活性同样加快了对于汞污染的吸附作用。
3.吸附剂滤除，避免二次污染
微生物体积小，不易进行过滤去除，增加氨化的聚丙烯腈纤维作为吸附载体增大了混合菌吸附材料的比表面积，易于将新材料过滤去除，避免细菌的二次污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：
所述的混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的原料配比：
每1L培养基包括酵母膏0.2g，葡萄糖10g，牛肉膏5g，蛋白胨5g，硫酸铵1g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾5g，氯化钠5g，硫酸镁0.5g，碳酸钙0.1g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的混合培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出，后将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为1:1。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺溶液(120ml)中，其中二乙烯三胺浓度为0.75mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:1。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将混合菌吸附材料投加到含汞离子浓度为0.5000mg/L的废水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5:95，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
实施例2
所述的混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的原料配比：
每1L培养基包括酵母膏0.1g，葡萄糖5g，牛肉膏2g，蛋白胨7g，硫酸铵3g，磷酸氢二钾8g，磷酸二氢钾2g，氯化钠2g，硫酸镁0.8g，碳酸钙0.05g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的混合培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出，后将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为1:2。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺溶液（120ml）中，其中二乙烯三胺浓度为0.5mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:0.5。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将混合菌吸附材料投加到含汞离子浓度为0.5000mg/L的水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：90，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
实施例3
所述的混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的原料配比：
每1L培养基包括酵母膏0.3g，葡萄糖30g，牛肉膏8g，蛋白胨7g，硫酸铵0.5g，磷酸氢二钾2g，磷酸二氢钾8g，氯化钠7g，硫酸镁0.1g，碳酸钙0.15g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的混合培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出，后将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为1:3。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺溶液(120ml)中，其中二乙烯三胺浓度为1mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:1.5。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将混合菌吸附材料投加到含汞离子浓度为0.5000mg/L的水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：100，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
实施例4
所述的混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的制备操作步骤如下：
每1L培养基包括酵母膏0.2g，葡萄糖10g，牛肉膏5g，蛋白胨5g，硫酸铵1g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾5g，氯化钠5g，硫酸镁0.5g，碳酸钙0.1g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的混合培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出，后将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为2:1。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺溶液（120ml）中，其中二乙烯三胺浓度为0.75mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:1。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将混合菌吸附材料投加到含汞离子浓度为0.5000mg/L的水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：95，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
实施例5
所述的混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的制备操作步骤如下：
每1L培养基包括酵母膏0.2g，葡萄糖10g，牛肉膏5g，蛋白胨5g，硫酸铵1g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾5g，氯化钠5g，硫酸镁0.5g，碳酸钙0.1g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的混合培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出，后将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为3:1。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺溶液（120ml）中，其中二乙烯三胺浓度为0.75mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:1。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将混合菌吸附材料投加到含汞离子浓度为0.8000mg/L的水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：95，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
实施例6
所述的混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的制备操作步骤如下：
每1L培养基包括酵母膏0.2g，葡萄糖10g，牛肉膏5g，蛋白胨5g，硫酸铵1g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾5g，氯化钠5g，硫酸镁0.5g，碳酸钙0.1g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的混合培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出，后将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为4:1。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺溶液（120ml）中，其中二乙烯三胺浓度为0.75mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:1。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将混合菌吸附材料投加到含汞离子浓度为1.0000mg/L的水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：95，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
对比例1
所述的混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的制备操作步骤如下：
每1L培养基包括酵母膏0.2g，葡萄糖10g，牛肉膏5g，蛋白胨5g，硫酸铵1g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾5g，氯化钠5g，硫酸镁0.5g，碳酸钙0.1g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的混合培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出，后将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为2:1。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将混合菌与聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:1。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将混合菌吸附材料投加到含汞离子浓度为0.5000mg/L的水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：95，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
对比例2
所述的吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的制备操作步骤如下：
每1L培养基包括酵母膏0.2g，葡萄糖10g，牛肉膏5g，蛋白胨5g，硫酸铵1g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾5g，氯化钠5g，硫酸镁0.5g，碳酸钙0.1g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺溶液(120ml)中，其中二乙烯三胺浓度为0.75mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将胶质芽孢杆菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:2。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将胶质芽孢杆菌吸附材料投加到含汞离子浓度为0.5000mg/L的水中，吸附材料与含汞离子水的体积比为5：95，混合后搅拌5min,静置过滤，除去吸附材料。
对比例3
所述的吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的制备操作步骤如下：
每1L培养基包括酵母膏0.2g，葡萄糖10g，牛肉膏5g，蛋白胨5g，硫酸铵1g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾5g，氯化钠5g，硫酸镁0.5g，碳酸钙0.1g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的培养操作步骤如下：
将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺（120ml）溶液中，其中二乙烯三胺浓度为0.75mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
吸附材料的制备操作步骤如下：
将粘质沙雷式菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:1。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将吸附材料投加到含汞离子浓度为0.5000mg/L的水中，吸附材料与含汞离子水的体积比为5：95，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
对比例4
所述的混合菌吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
培养基的制备操作步骤如下：
每1L培养基包括酵母膏0.2g，葡萄糖10g，牛肉膏5g，蛋白胨5g，硫酸铵1g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾5g，氯化钠5g，硫酸镁0.5g，碳酸钙0.1g，氯化铁1mg，其余为洁净水。
细菌的混合培养操作步骤如下：
在（30±1）℃下将胶质芽孢杆菌活化扩培8小时后接种到培养基中，在30℃，180rpm摇床中培养48小时取出，后将粘质沙雷氏菌在（30±1）℃下活化扩培8小时后接种至培养基中，在30℃，180rpm摇床中继续培养72小时。胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为5:1。
氨化的聚丙烯腈纤维的制备操作步骤如下：
将聚丙烯腈纤维（3.0g）投加到二乙烯三胺溶液（120ml）中，其中二乙烯三胺浓度为0.75mg/L；在加热的条件下，得到氨化的聚丙烯腈纤维。
混合菌吸附材料的制备操作步骤如下：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维充分混合，体积比为2:1。搅拌5min,静置待用。
吸附过程操作步骤如下：
将混合菌吸附材料投加到含汞离子浓度为0.5000mg/L的水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：95，混合后搅拌5min,静置过滤，除去混合菌吸附材料。
实施效果例
采用纳米金比色法检测汞离子浓度的方法检测实施例1-3及对比例1-3制备的混合菌吸附材料对水中汞离子的吸附情况分析，结果见表1。
公式：去除率=（吸附前水中汞离子浓度-吸附后水中汞离子浓度）/吸附前水中汞离子浓度×100%。
Claims (10)
1.一种混合菌吸附材料，其特征在于，原料包括胶质芽孢杆菌、粘质沙雷氏菌、聚丙烯腈纤维、二乙烯三胺、混合菌培养基。
2.根据权利要求1所述的混合菌吸附材料，其特征在于，所述的混合菌培养基为水培养基，包括以下重量百分比的原料：酵母膏0.01-0.03%、葡萄糖0.5-3%、牛肉膏0.2-0.8%、蛋白胨0.2-0.7%、硫酸铵0.05-0.3%、磷酸氢二钾0.2-0.8%、磷酸二氢钾0.2-0.8%、氯化钠0.2-0.7%、硫酸镁0.01-0.08%、碳酸钙0.005-0.015%、氯化铁0.0001%，其余为水。
3.权利要求1所述的混合菌吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）培养基制备；
（2）细菌混合培养；
（3）氨化的聚丙烯腈纤维的制备；
（4）混合菌吸附材料的制备。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）培养基制备：
所述的培养基为水培养基，包括以下重量百分比的原料：酵母膏0.01-0.03%、葡萄糖0.5-3%、牛肉膏0.2-0.8%、蛋白胨0.2-0.7%、硫酸铵0.05-0.3%、磷酸氢二钾0.2-0.8%、磷酸二氢钾0.2-0.8%、氯化钠0.2-0.7%、硫酸镁0.01-0.08%、碳酸钙0.005-0.015%、氯化铁0.0001%，其余为水。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的的步骤（2）细菌的混合培养：
将胶质芽孢杆菌与粘质沙雷氏菌接种在培养基中，培养，取出放入温箱中备用。
6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，所述的胶质芽孢杆菌：粘质沙雷式菌活菌的数量比为1-4:1-3。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）氨化的聚丙烯腈纤维的制备：
将二乙烯三胺加入到水中，搅拌均匀，后加入聚丙烯腈纤维，加热反应，冷却，得到氨化的聚丙烯腈纤维；所述的聚丙烯腈纤维、二乙烯三胺加入质量比1000:0.02-0.06。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤（4）混合菌吸附材料的制备：
将混合菌与氨化的聚丙烯腈纤维按照体积比为2:0.5-1.5，充分混合；静置待用。
9.权利要求3所述的制备方法制备的混合菌吸附材料在处理水中汞污染上的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，具体过程为：将混合菌吸附材料投加到含汞离子水中，混合菌吸附材料与含汞离子水的体积比为5：90-100，搅拌，静置过滤，除去混合菌吸附材料。
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