一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，属于环境修复领域，其特征在于，包括以下步骤：a、向壳聚糖溶液中添加Fe

【技术实现步骤摘要】
一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法
本专利技术涉及到地下水环境修复领域，尤其涉及一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法。
技术介绍
地下水硝酸盐污染问题与人类健康密切相关，经常饮用含较高浓度硝酸盐的水会使人体因缺氧而患高铁血红蛋白症。目前，针对水中硝酸盐污染，主要的去除方法有非生物法和生物法。非生物法普遍存在成本高、去除不彻底、有二次污染等缺点。生物法是利用自然界存在的反硝化作用即在微生物作用下使硝态氮最终转化为N2O或N2的过程，与非生物法相比，具有去除彻底、处理成本低等优点。但是游离的反硝化细菌在处理硝酸盐污染地下水时，存在以下四个缺点。一是随着细菌数量的不断增加，致使其群集易沉入水体底部，使得硝酸盐去除速率降低；二是游离微生物存在不易保存的缺点；三是游离微生物会因环境、竞争作用等因素，导致其流失；四是游离的细菌在实际应用过程中，不易回收重复利用。磁性壳聚糖小球是近年来发展起来的一种新型功能高分子材料，是用壳聚糖包裹磁性粒子形成的具有球状结构的粒子。磁性壳聚糖小球具有制备简单、成本低廉以及无生物毒性的特点，其表面的氨基可以与蛋白质分子的羧基反应，从而将蛋白质分子吸附；表面的羟基可与细菌细胞壁结合，因此，细菌得以负载稳定。同时，在利用磁性壳聚糖小球吸附水中重金属的循环实验中证明，磁性壳聚糖小球本身具有良好的物理化学稳定性。对于今后原位处理地下水污染物来说是一种具有潜在优势的可渗透性反应墙填料。公开号为CN103803704A，公开日为2014年05月21日的中国专利文献公开了一种用于地下水硝酸盐污染的可渗透性反应介质材料的制备方法[9]，包括：(1)按质量比为1-3:0.1-0.5:1-3：1.5-3:0.5-1:0.5-1.5:50比例取石英砂、反硝化细菌、壳聚糖、CaCl2、海藻酸钠、包覆型纳米铁及pH为7的Na2PO4-NaH2PO4缓冲溶液；(2)将海藻酸钠、壳聚糖、石英砂和Na2HP04-NaH2PO4缓冲溶液于30-40℃恒温下混匀，得到混合液，冷却至室温；(3)将包覆型纳米铁和反硝化细菌加入混合液中，搅拌混合均匀，制得造粒浆液；(4)将取好的CaCl2固体溶于纯水，制得质量浓度为3-6％的CaCl2交联剂水溶液；(5)将步骤3的造粒浆液滴加到步骤4的CaCl2交联剂水溶液中，在室温下交联，制得球形颗粒；(6)将球形颗粒洗净，于室温下风干，得到目标产物。该专利文献公开的用于地下水硝酸盐污染的可渗透性反应介质材料的制备方法，在应用过程中pH值适用性较差，包覆的纳米FeO与硝酸盐发生氧化还原反应会产生二次污染物；微生物的生长繁殖情况未更好反映，反硝化经历时长也不明确。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，本专利技术中，微生物与磁性壳聚糖小球表面羟基结合，固定稳定，利用污染物进行自身的生长繁殖，不断进行微生物更替，缓慢释放出反硝化细菌菌体进入污染水体，对水中的硝酸盐污染物进行有效去除，缓释效果较好，不产生二次污染，产品具有磁性易分离回收，可重复使用、制备成本低，且具有作为可渗透性反应墙填料的应用前景。本专利技术通过下述技术方案实现：一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、向壳聚糖溶液中添加Fe2+和Fe3+离子，搅拌混匀形成含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液；b、将含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液逐滴滴入碱性浸泡液，交联后进行冷冻干燥，形成磁性壳聚糖小球；c、将磁性壳聚糖小球投入加有反硝化细菌菌液的培养液中，连续培养，得到磁性壳聚糖载反硝化细菌小球。所述步骤a中，壳聚糖溶液通过脱乙酰度≥90％的壳聚糖于体积分数为2％冰乙酸的酸性环境中搅拌溶解获得，Fe2+通过FeCl2·4H2O于水中溶解获得，Fe3+离子通过FeCl3·6H2O于水中溶解获得。所述壳聚糖溶解于体积分数为2％冰乙酸的搅拌速度为600r/min，搅拌时长为30min，温度为室温。所述步骤a中，添加Fe2+和Fe3+离子，Fe2+和Fe3+离子的摩尔比为1:2，搅拌速度为300r/min，温度为室温。所述步骤b中，所述碱性浸泡液是由NaOH和柠檬酸钠配置而成。所述步骤b中，将含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液逐滴滴入碱性浸泡液是指通过蠕动泵在1r/min的转速下将含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液滴入碱性浸泡液中。所述步骤b中，交联采用的交联剂为柠檬酸钠，交联时长为10h，冷冻干燥时长为36h。所述步骤b中，用去离子水多次冲洗磁性壳聚糖小球，洗净残留的碱和交联剂。所述步骤c中，将制备好的磁性壳聚糖小球投入加有30ml菌液的营养液中进行负载，OD600为0.1-0.3，OD600是用10mm比色皿在600nm波长下通过可见分光光度计测得的。所述步骤c中，连续培养是指在水浴震荡箱内避光进行，震荡速度为160r/min，负载温度为25-35℃，培养液的pH为7-9，培养液中硝酸盐氮浓度为25-75mg/l，连续培养时长为120h。本专利技术的有益效果主要表现在以下方面：一、本专利技术，“a、向壳聚糖溶液中添加Fe2+和Fe3+离子，搅拌混匀形成含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液；b、将含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液逐滴滴入碱性浸泡液，交联后进行冷冻干燥，形成磁性壳聚糖小球；c、将磁性壳聚糖小球投入加有反硝化细菌菌液的培养液中，连续培养，得到磁性壳聚糖载反硝化细菌小球。”采用a-c特定步骤所制得的磁性壳聚糖载反硝化细菌小球，作为去除水中硝酸盐的生物质材料，能够有效去除水中硝酸盐，pH适应范围较广，利用微生物自身的生长繁殖，使得菌体得以缓释，同时材料本身具有磁性，可通过外加磁场使其聚集，易于回收，且产物均为N2和H2O，对环境友好，无二次污染物产生，产品具有磁性易分离回收，可重复使用、制备成本低，且具有作为可渗透性反应墙填料的应用前景。二、本专利技术，步骤a中，壳聚糖溶液通过脱乙酰度≥90％的壳聚糖于体积分数为2％冰乙酸的酸性环境中搅拌溶解获得，Fe2+通过FeCl2·4H2O于水中溶解获得，Fe3+离子通过FeCl3·6H2O于水中溶解获得，脱乙酰化程度越高壳聚糖分子中氨基含量则越大，活性位点越多，越有利于Fe2+和Fe3+离子的配位。三、本专利技术，步骤a中，壳聚糖溶液与Fe2+和Fe3+离子溶液混合的搅拌转速特定的控制在300r/min，是因为转速过大，混合完成的壳聚糖与Fe2+和Fe3+离子溶液中会出现大量气泡，容易使b步骤产生拖尾的磁性壳聚糖小球，转速控制在300r/min，则能够有效避免拖尾的磁性壳聚糖小球产生；混合时间为30min，时间过短壳聚糖对Fe3+离子和Fe2+不能充分配位，时间过长，溶液中的Fe2+会因空气中的氧气被完全氧化成为Fe3+。四、本专利技术，步骤b中，将含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液逐滴滴入碱性浸泡液是指通过蠕动泵在1r/min的转速下将含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液滴入碱性浸泡液中，交联采用的交联剂为柠檬酸钠，交联时长为10h，若交联时间过短，纳米Fe3O4粒子生成不完全，影响小球的物理及化学稳定性。五、本专利技术，步骤b中，冷冻干燥时长为36h，将材料冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、向壳聚糖溶液中添加Fe

【技术特征摘要】
1.一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、向壳聚糖溶液中添加Fe2+和Fe3+离子，搅拌混匀形成含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液；b、将含有Fe2+和Fe3+离子的壳聚糖混合溶液逐滴滴入碱性浸泡液，交联后进行冷冻干燥，形成磁性壳聚糖小球；c、将磁性壳聚糖小球投入加有反硝化细菌菌液的培养液中，连续培养，得到磁性壳聚糖载反硝化细菌小球。2.根据权利要求1所述的一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，壳聚糖溶液通过脱乙酰度≥90％的壳聚糖于体积分数为2％冰乙酸的酸性环境中搅拌溶解获得，Fe2+通过FeCl2·4H2O于水中溶解获得，Fe3+离子通过FeCl3·6H2O于水中溶解获得。3.根据权利要求2所述的一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，其特征在于：壳聚糖溶解于体积分数为2％冰乙酸的搅拌速度为600r/min，搅拌时长为30min，温度为室温。4.根据权利要求1所述的一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，添加Fe2+和Fe3+离子，Fe2+和Fe3+离子的摩尔比为1:2，搅拌速度为300r/min，温度为室温。5.根据权利要求1所述的一种磁性壳聚糖载反硝化细菌小球的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲生彦，余静，颜椿，马慧，王晓科，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51