本发明公开了一种微生物重金属吸附剂的制备方法,所述的方法包括步骤:(a)将斜卧青霉(Penicillium decumbens)在发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;和(b)将发酵液抽滤,得到微生物重金属吸附剂;以发酵培养基的总体积计,所述发酵培养基中含有以下组分:麦芽糊精1-6%(w/v),鱼粉蛋白胨1-4%(w/v),酵母膏0.2-1%(w/v),无机盐0.1-0.5%(w/v)。本发明还公开了用上述方法制备得到的微生物重金属吸附剂的使用方法。
1.一种微生物重金属吸附剂的制备方法,其特征在于,所述的方法包括步骤:(a)将斜卧青霉(Penicilliumxa0decumbens)在发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;和(b)将发酵液抽滤,得到的湿菌丝体为微生物重金属吸附剂;以发酵培养基的总体积计,所述发酵培养基中含有以下组分:麦芽糊精1-6w/v%,鱼粉蛋白胨1-4w/v%,酵母膏0.2-1w/v%,无机盐0.1-0.5w/v%;所述发酵培养基的pH为6.0-7.0;所述无机盐选自磷酸二氢钾和硫酸镁。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述发酵培养基中磷酸二氢钾的含量为0.2%,硫酸镁的含量为0.03%。
3.一种微生物重金属吸附剂,其特征在于,所述微生物重金属吸附剂是用如权利要求1或2所述的制备方法得到的湿菌丝体。
4.一种废水中重金属的吸附方法,其特征在于,所述的方法包括步骤:(i)将如权利要求3所述的微生物重金属吸附剂和含有重金属的废水混合。
5.如权利要求4所述的吸附方法,其特征在于,以将如权利要求3所述的微生物重金属吸附剂和含有重金属的废水的混合溶液的体积计,其中加入的如权利要求3所述的微生物重金属吸附剂的M_干重/V浓度为50-500mg/30ml;以含有重金属的废水的总体积计,重金属的浓度为50-1000mg/L。
6.如权利要求5所述的吸附方法,其特征在于,所述如权利要求3所述的微生物重金属吸附剂的M_干重/V浓度为50-200mg/30ml;以含有重金属的废水的总体积计,重金属的浓度为100-500mg/L。
7.如权利要求4-6任一所述的吸附方法,所述的混合时间为6-24小时。
8.如权利要求7所述的吸附方法,其特征在于,所述的混合需旋转,转速为150-220rpm。技术领域
本发明涉及生物吸附领域,特别涉及一种高效重金属吸附剂的制备方法。
背景技术
重金属既是一种资源又是重要的环境污染物。造纸印刷、采矿冶金、日用化工等行业均会排放大量重金属废水,这些废水中重金属离子浓度严重超标。由于重金属在水体中不能为生物降解,也难以依靠水体的自净作用去除,只能以各种形式相互转化,并可通过食物链富集,从而给人们的日常生活和人身健康构成巨大的潜在威胁。治理重金属污染的方法有多种,包括化学氧化,化学沉淀,膜过滤,离子交换,活性炭吸附等,这些传统的方法工艺繁琐,成本昂贵,且易造成环境污染。因而,急需开拓新的高效、经济、环保的重金属处理方法。微生物吸附剂是利用微生物去除重金属离子的一种新方法。微生物类群中的细菌、霉菌、酵母菌以及微藻都具有去除重金属的作用,目前吸附的机理还不十分清楚,大体的吸附过程可以分为两个阶段。首先是被动吸附,在这个过程中,细胞外多聚物、细胞壁上的官能团与金属离子结合,特点是快速、可逆,不依赖于能量代谢。第二个过程为主动吸收,细胞表面吸附的重金属离子与细胞表面的某些酶(如透膜酶、水解酶等)相结合而转移至细胞内,其特点是速度慢、不可逆,与细胞的代谢有关。目前,利用微生物制得的重金属吸附剂成为国内外研究的一大热点。然而,由于原料成本高、吸附性能低以及很多微生物吸附剂须利用化学试剂进行改性后才可以使用等不足,致使其无法真正大规模实际应用。因此,本领域急需克服原料成本高、吸附性能低以及很多微生物吸附剂须利用化学试剂进行改性后才可以使用等缺陷,开发一种新的微生物吸附剂。刘桂萍等在“一种霉菌吸附剂及其制备方法(CN101797497A)”中公开了一种利用青霉属霉菌(包括斜卧青霉(Penicilliumxa0decumbens))或曲霉属霉菌来制备霉菌吸附剂的方法,利用该方法制备的霉菌吸附剂的产量达2.5g/L,对废水中铅离子的去除率为85%。该发明的不足在于吸附剂产量不高,且对铅离子废水的去除率偏低。
发明内容
本发明旨在提供一种简单、高效的微生物吸附剂的制备方法,并提供利用该制备方法得到的微生物吸附剂,以及利用该微生物吸附剂吸附废水中的重金属的方法。在本发明的第一方面,提供了一种微生物重金属吸附剂的制备方法,所述的方法包括步骤:(a)将斜卧青霉(Penicilliumxa0decumbens)在发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;和(b)将发酵液抽滤,得到微生物重金属吸附剂;以发酵培养基的总体积计,所述发酵培养基中含有以下组分:麦芽糊精1-6%(w/v),鱼粉蛋白胨1-4%(w/v),酵母膏0.2-1%(w/v),无机盐0.1-0.5%(w/v);所述发酵培养基的pH为6.0-7.0。所述无机盐选自磷酸钾、和/或硫酸镁;所述发酵培养基中磷酸二氢钾的含量为0.2%,硫酸镁的含量为0.03%。在本发明的第二方面,提供了一种微生物重金属吸附剂,所述微生物重金属吸附剂是用如上所述的制备方法得到的湿菌丝体。在本发明的第三方面,提供了一种废水中重金属的吸附方法,所述的方法包括步骤:(i)将如上所述的微生物重金属吸附剂和含有重金属的废水混合。在本发明废水中重金属的吸附方法中,以将如上所述的微生物重金属吸附剂和含有重金属的废水的混合溶液的体积计,其中加入的如上所述的微生物重金属吸附剂的浓度为50-500mg/30ml(M_干重/V);以含有重金属的废水的总体积计,重金属的浓度为50-1000mg/L;较佳地,所述如上所述的微生物重金属吸附剂的浓度为50-200mg/30ml(M_干重/V);以含有重金属的废水的总体积计,重金属的浓度为100-500mg/L。在本发明所述的吸附方法中,所述的混合时间为6-24小时;较佳地,所述的混合需旋转,转速为150-220rpm。据此,本发明提供了一种新的微生物吸附剂。
附图说明
图1显示了测定铅离子的标准曲线。图2显示了菌体浓度和吸附量之间的关系。图3显示了铅离子浓度和吸附量之间的关系。
具体实施方式
发明人经过广泛而深入的研究,发现了一种针对斜卧青霉的发酵培养基和培养方法,通过这种培养方法得到的斜卧青霉生长状态良好,吸附性能高。在此基础上,完成了本发明。具体地,本发明提供的微生物重金属吸附剂的制备方法包括以下步骤:第一步,将新鲜的斜卧青霉(Penicilliumxa0decumbens)接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;和第二步,将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,得到微生物重金属吸附剂,即抽滤后的湿菌丝体。所述发酵培养基的配方为:以其总体积计,麦芽糊精1-6%(w/v),较优为4%;鱼粉蛋白胨1-4%(w/v),较优为2%;酵母膏0.2-1%(w/v),较优为0.5%;KH₂PO₄xa00.2%(w/v);MgSO₄xa00.03%(w/v),pHxa06.0-7.0,较优为7.0。所述发酵培养的培养条件为:温度25-30°C,优选28°C;摇床转速150-240rpm,优选220rpm;装瓶量30-80ml/250ml,优选为40ml/250ml;培养时间36-72小时,优选48小时。所述斜卧青霉可购买于中国普通微生物菌种保藏管理中心,保藏编号为CGMCCxa03.5170。本发明提供的微生物重金属吸附剂的制备方法中的发酵培养条件使得斜卧青霉生长状态良好,得到的吸附剂吸附性能高。本发明还提供了上述制备方法得到的微生物重金属吸附剂的使用方法,包括步骤:将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。在上述使用方法中,以重金属废水的总体积计,其中重金属的浓度为50-1000mg/L,优选100-500mg/L;以湿菌体投入重金属废水后得到的溶液的体积计,菌体投加量为50-500mg/30ml(M_干重/V),优选50-200mg/30ml;吸附温度较优为25-30°C,摇床转速较优为150-220rpm,吸附时间为6-24小时,优选12小时。本发明重金属废水中的铅离子的检测方法为双硫腙分光光度法,具体操作步骤如下:1)反应体系构建在10ml带刻度的试管中,构建如下反应体系:向一定浓度铅溶液(或样品)中加入1%硝酸至2.0ml,然后加入0.5ml还原性溶液,用精制的无铅氨水调pH至8.5-9.5,加入4.0ml精制双硫腙氯仿溶液(大约10μg/ml),于振荡器上剧烈振摇10s,静置分层。以试剂空白为参比,于510nm处10mm比色皿中测定吸光度。2)标准曲线绘制取6支10ml带刻度试管,依次编号为0,1,2,3,4,5。向每只试管中依次分别加入0,0.1,0.2,0.3,0.4和0.5mlxa010mg/L硝酸铅标准溶液,然后按1)所述构建反应体系,以氯仿为参比,于510nm处测定吸光度。将上述测定的吸光度扣除试剂空白(零浓度)的吸光度后,以铅含量为横坐标,以吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。经计算,得到铅离子的标准曲线(如图1),线性回归方程为:y=0.0746x+0.0179,R²=0.9987。3)废水中铅含量的测定将一定浓度或体积的水或废水加入10ml带刻度试管中,按照上述方法构建反应体系,并利用分光光度计测定吸光度,最后从标准曲线上查出铅含量,并计算吸附率或吸附量。所述吸附率(或去除率)和吸附量的计算公式为吸附率(%)=(C₀-C)/C₀×100%,吸附量(mg/g)=(C₀-C)×V/W,式中:C₀为铅离子的起始浓度(mg/L);C为残余重金属浓度即吸附平衡浓度(mg/L);V为溶液体积(L);W为吸附剂干重(g)。本发明提到的上述特征,或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用,说明书中所揭示的各个特征,可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明,所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。本发明的主要优点在于:1、制备工艺简单,原料来源广泛,发酵时间短,且产量较高;2、所得微生物吸附剂用量少,吸附性能良好;3、无污染,可回收重金属。下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明,否则所有的百分数、比率、比例、或份数按重量计。本发明中的重量体积百分比中的单位是本领域技术人员所熟知的,例如是指在100毫升的溶液中溶质的重量。除非另行定义,文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外,任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。实施例中各培养基组分均购自国药集团化学试剂有限公司实施例中吸附剂的产量所用单位中的L是指发酵培养基体积实施例1将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间48h。所得微生物吸附剂的产量为12g/L(发酵培养基体积)。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间12h,去除率为92.3%,吸附量为264.8mg/g。实施例2将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精1%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间48h。所得微生物吸附剂的产量为8g/L。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间12h,去除率为93.1%,吸附量为254.5mg/g。实施例3将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精6%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间12h。所得微生物吸附剂的产量为10g/L。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间24h,去除率为95.1%,吸附量为260.4mg/g。实施例4将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨1%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间12h。所得微生物吸附剂的产量为8g/L。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间24h,去除率为92.4%,吸附量为220.7mg/g。实施例5将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨4%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间12h。所得微生物吸附剂的产量为10g/L。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间24h,去除率为91.4%,吸附量为236.1mg/g。实施例6将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.2%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间12h。所得微生物吸附剂的产量为11.7g/L。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间24h,去除率为93.5%,吸附量为242.3mg/g。实施例7将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏1%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间12h。所得微生物吸附剂的产量为11.1g/L。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间24h,去除率为94.9%,吸附量为249.9mg/g。实施例8将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间12h。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量250-3000mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间24h,计算吸附量,如图2所示。实施例9将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间12h。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100-500mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间24h,计算吸附量如图3所示。实施例10将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间36h。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间12h,去除率为90.0%,吸附量为242.8mg/g。实施例11将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间72h。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间12h,去除率为86%,吸附量为189.9mg/g。实施例12将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间48h。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间6h,去除率为91.5%,吸附量为233.6mg/g。实施例13将新鲜的斜卧青霉接种于发酵培养基进行发酵培养,得到发酵液;将发酵液抽滤至无水滴出,并用无菌水洗涤2-3次,抽滤后的湿菌丝体即为微生物吸附剂。发酵培养基为麦芽糊精4%、鱼粉蛋白胨2%、酵母膏0.5%,KH₂PO₄xa00.2%,MgSO₄xa00.03%,PHxa07.0。培养条件为:温度28°C;摇床转速220rpm;装瓶量40ml/250ml;培养时间48h。将适量新鲜制备的湿菌体,直接投入一定浓度的重金属废水中,混匀,震荡吸附一定时间。其中,菌体投加量50mg/30ml(M_干重/V),铅离子废水浓度为100mg/L,吸附温度28°C,摇床转速180rpm,吸附时间24h,去除率为92.2%,吸附量为260.6mg/g。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用以限定本发明的实质技术内容范围,本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中,任何他人完成的技术实体或方法,若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同,也或是一种等效的变更,均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。