具有光化学活性的生物材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具有光化学活性的生物材料，是以酿酒酵母菌（S.cerevisiae）为载体，酿酒酵母菌的菌丝上负载有纳米TiO2；酿酒酵母菌表面包裹有海藻酸钙。其制备方法包括以下步骤：将无菌纳米TiO2、酿酒酵母孢子液、海藻酸钠溶液混合得到混合溶液；将混合溶液滴加到无菌CaCl2溶液中，固化得到纳米TiO2-酿酒酵母孢子-海藻酸钙微球；对制备的纳米TiO2-酿酒酵母孢子-海藻酸钙微球进行培养得到具有光化学活性的生物材料。本发明专利技术的具有光化学活性的生物材料有二氧化钛的光化学性能以及酿酒酵母的微生物性能，具有清洁效果好、无污染等优点，可应用于苯酚废水的处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机废水的生物处理
，尤其涉及一种具有光学活性的生物材料及其制备方法，还涉及该具有光学活性的生物材料在有机废水处理的应用。
技术介绍
随着城市化进程的加快和工农业的迅速发展，我国绝大多数城市都存在着较为严重的水污染问题。大量未经处理的城市垃圾、工业废水和生活污水不断排入自然水体中，使水体中的有机物含量急剧升高，特别是难降解有机物的量逐年增加，水体污染已成为全球性的环境污染问题，对于有机废水特别是难降解有机废水的治理至关重要。目前对于有机废水的处理通常采用物理化学法和生物法两大类。其中，物理化学法对有机废水具有一定的处理能力，但费用较高且出水难以达到排放标准，传统生物法对中低浓度的有机废水处理效果较好，但其抗冲击能力有待提高，且对于难降解有机物的处理有一定的局限性。因此，寻求一种更安全、有效的有机废水处理技术成为当务之急。酵母菌作为一种自然界常见菌种，已被广泛使用于科研及工业生产中，其中利用酿酒酵母菌处理有机废水的研究已有报道。酿酒酵母细胞为球形或者卵形，直径在5~10微米，是发酵中常用的生物种类，大量存在于酿酒企业的酒糟、酒曲中，因此其收集简单容易。采用酿酒酵母处理有机废水的优点主要表现为廉价、易得，但因其较难回收重复利用，抗冲击性能差以及对难降解有机物的处理能力较弱。对于酿酒酵母处理有机废水的不足，许多研究工作者做了大量的工作，特别是采用了固定化技术对酿酒酵母固定从而增加其重复利用和抗冲击性。在专利CN102059100“一种磁性酿酒酵母菌的制备方法及其处理印染废水技术”公开了一种磁性酿酒酵母菌复合吸附材料的制备方法，其中包括磁性纳米四氧化三铁的制备以及酵母菌、四氧化三铁被戊二醛的固定，同时应用于对印染废水的处理。在CN102559796“一种利用固定化酵母细胞制备栀子蓝色素的方法”公开了一种普通的海藻酸钙固定产β-葡萄糖苷酶的酵母菌的方法。文献“固定化酵母菌、纳米TiO2复合吸附剂对Ni2+，Cr3+，Pb2+吸附性能研究”（水处理技术，2011,37(11):38-41）研究制备了海藻酸钠、明胶和PVA混合包埋剂包裹含纳米二氧化钛和死酵母菌的生物材料，并用于处理重金属废水。上述文献在对固定化酵母菌重复利用及重金属处理方面有一定的研究，但此类酵母菌固定化方法对处理有机废水特别是难降解有机废水还存在处理效率低等缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有光学活性的生物材料及其制备方法，为酿酒酵母的利用提供了新途径，同时结合二氧化钛的光催化降解效应，提高酿酒酵母对有机废水特别是难降解有机废水的处理效果，避免二次污染。为解决上述技术问题，提供了一种具有光化学活性的生物材料，是以酿酒酵母菌（S. cerevisiae）为载体，酿酒酵母菌的菌丝上负载有纳米TiO2；酿酒酵母菌表面包裹有海藻酸钙。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了上述的具有光化学活性的生物材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将无菌纳米TiO2、酿酒酵母孢子液、海藻酸钠溶液混合得到混合溶液；（2）将混合溶液滴加到无菌CaCl2溶液中，固化得到纳米TiO2-酿酒酵母孢子-海藻酸钙微球；（3）对制得的纳米TiO2-酿酒酵母孢子-海藻酸钙微球进行培养得到具有光化学活性的生物材料。上述的制备方法，优选的，步骤（1）中海藻酸钠的浓度为3w/v%～6w/v%。上述的制备方法，优选的，步骤（1）中纳米TiO2粒子、含活酿酒酵母孢子溶液、海藻酸钠溶液的质量体积比为（0.05g～0.15g）∶（0.5mL～1.5mL）∶2mL。上述的制备方法，优选的，活酿酒酵母孢子溶液的孢子浓度为2.5×106 cfu/mL。上述的制备方法，优选的，步骤（2）中混合溶液与无菌CaCl2溶液的体积比为1∶5。上述的制备方法，优选的，步骤（3）中培养过程具体为：将纳米TiO2-酿酒酵母孢子-海藻酸钙微球至液体YPD培养基中，以120～150rpm转速在28～30℃下恒温振荡培养48h，然后滤出微球，完成培养过程。作为本专利技术的同一技术构思，本专利技术还提供了一种采用前述的具有光化学活性的生物材料或采用前述制备方法制得的具有光化学活性的生物材料应用，包括以下步骤：将具有光化学活性的生物材料加入苯酚废水中，苯酚作为碳源并加入其他营养元素，进行恒温振荡培养12h以上，完成对苯酚废水的处理。上述的应用，优选的，苯酚废水的pH为6.2，恒温振荡培养的温度为28℃、转速为150rpm，具有光学活性的生物材料的添加量为3g/100mL。上述的应用，优选的，营养元素包括占苯酚浓度46.5%的硝酸钠、占苯酚浓度3.36%的磷酸二氢钾、0.5g/L KCl、0.5g/L MgSO4·7H2O、0.01g/L FeSO4、0.001g/L VB1、微量元素10mL/L；所述微量元素的配方为：1.5g/L氨三乙酸、5.0g/L MnSO4、0.1g/L CoCl2、0.1g/L ZnSO4·7H2O、0.01g/L CuSO4·5H2O、0.01g/L KAL(SO4)2·12H2O、0.01g/L Na2MoO4·2H2O、0.01g/L H3BO3。本专利技术的创新点在于：本专利技术采用的二氧化钛在光照条件下将对微生物有高毒性、难吸收的苯酚分解成低毒性、易吸收的苯醌或甲酸等有机物，进而被酿酒酵母作为营养元素吸收利用而降解。本专利技术将二氧化钛的化学分解作用及酿酒酵母的微生物作用结合起来，达到了降解苯酚目的。而且起包埋作用的海藻酸钙，由于其具有多孔性及透明性能，即保证了营养元素进入材料内部供微生物生长同时也不会妨碍光的透过性，此外海藻酸钙也会阻碍酿酒酵母直接与高浓度苯酚接触，降低苯酚对酿酒酵母的毒害作用。同时，本专利技术经过大量的实验发现：过量的纳米二氧化钛则对微生物有毒害作用，在0.5～1.5ml的孢子溶液中加入纳米二氧化钛的量0.05g～0.15g，既保证了纳米二氧化钛的光降解作用，对酿酒酵母又不会有损害作用。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术的复合型生物材料是一种集物理、化学和生物降解作用于一体的生物材料，具体是以酿酒酵母作为生物降解成分，则纳米TiO2作为光化学催化成分用以进一步降解有机污染物，海藻酸钙则作为固定化介质将酿酒酵母菌和纳米TiO2紧密结合以增强整个材料的机械强度、稳定性。其中酿酒酵母较常见并容易得到，对有机物、重金属等一些污染物质有一定的处理效果，且该微生物具有一定的耐污染能力。适量纳米二氧化钛能够刺激酿酒酵母微生物的生长，同时，在光照条件下，纳米二氧化钛有较好的光催化效果，对难降解的有机物有一定的降解效果。海藻酸钙固定纳米二氧化钛和酿酒酵母孢子，是为了让纳米二氧化钛和酿酒酵母包裹在一起，让制成的材料便于收集，也可以降低废水中高浓度有机物对酿酒酵母的毒害作用。（2）本专利技术的复合型生物材料经过培养后，固定在复合型生物材料中的酿酒酵母孢子成长为成熟的个体，微球长大近一倍，在光照作用下对有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有光化学活性的生物材料，其特征在于，所述具有光化学活性的生物材料是以酿酒酵母菌（S. cerevisiae）为载体，所述酿酒酵母菌的菌体上负载有纳米TiO2；所述酿酒酵母菌表面包裹有海藻酸钙。

【技术特征摘要】
1.一种具有光化学活性的生物材料，其特征在于，所述具有光化学活性的生物材料是以酿酒酵母菌（S. cerevisiae）为载体，所述酿酒酵母菌的菌体上负载有纳米TiO2；所述酿酒酵母菌表面包裹有海藻酸钙。
2.一种具有光化学活性的生物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将无菌纳米TiO2、酿酒酵母孢子液、海藻酸钠溶液混合得到混合溶液；
（2）将所述混合溶液滴加到无菌CaCl2溶液中，固化得到纳米TiO2-酿酒酵母孢子-海藻酸钙微球；
（3）对所述的纳米TiO2-酿酒酵母孢子-海藻酸钙微球进行培养得到具有光化学活性的生物材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中所述海藻酸钠的浓度为3 w/v %～6 w/v %。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中所述纳米TiO2粒子、含活酿酒酵母孢子溶液、海藻酸钠溶液的质量体积比为（0.05g～0.15g）∶（0.5mL～1.5mL）∶2mL。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活酿酒酵母孢子溶液的孢子浓度为2.5×106 cfu/mL。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述混合溶液与所述无菌CaCl2溶液的体积比为1∶5。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于， 所述步骤（3）中培养过程具体为：将所述纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春平，何慧军，程燕，曾光明，向海弘，罗乐，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43