具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙钝化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于环境工程材料领域，尤其公开了一种重金属钝化材料的制备方法

【技术实现步骤摘要】
具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙钝化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境工程材料领域，具体来讲，涉及一种重金属钝化材料的制备方法
、
以及经该制备方法获得的具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙钝化材料，和其在环境工程
、
尤其在重金属修复中的应用
。

技术介绍

[0002]目前，随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染已经成为人类所需要解决的重要环境问题之一
。
因为重金属在环境中能够持续存在，由其慢性毒性
、
不可生物降解性及食物链中的生物积累性，可对多个器官造成永久损害，所以重金属是危害极其严重的环境污染物
。
其中，镉
、
铅
、
镍
、
铜和锌等重金属污染更是受到重点关注
。
[0003]截止目前，针对重金属污染的各种修复材料与修复方法层出不穷，但大多数都存在着成本高
、
去除效果不彻底
、
可回收利用率低
、
操作复杂
、
修复时间久的问题
。
就目前的情况来看，钝化技术是一种可行
、
有效的修复重金属污染技术，同时更符合现阶段我国在环境保护发展水平和国情的所需
。
[0004]钝化，即是指对重金属经处理后，使其转换成为不活泼态即钝态的过程，进而有效降低重金属在水体
、
土壤中对生物的毒害能力
。
传统钝化重金属污染技术主要有调节
pH
值
、
矿化技术
、
吸附技术
、
离子交换技术等
。
[0005]现在存在一种新兴的微生物诱导碳酸盐沉积技术，该技术是利用脲酶菌产生的脲酶分解出的碳酸根，在存在金属离子如钙离子
、
镉离子等的环境中，与碳酸根生成更稳定的碳酸盐形态，从而达到有效降低重金属毒害的作用
。
如此，在水体重金属污染中，利用一定活性的脲酶菌和尿素反应生成碳酸根离子和铵根离子，重金属离子与碳酸根离子会以沉淀分离出溶液
。
在土壤重金属污染中，脲酶菌和尿素反应生成碳酸根离子和铵根离子，重金属离子与碳酸根离子会以更为稳定的碳酸盐形态存在，同时加速重金属向更稳定的形态转变，降低土壤中重金属的可迁移性，进而降低重金属对植物
、
微生物等的毒害能力
。
[0006]然而，目前对于以上碳酸盐沉积技术的研究中，存在无法应用于较高浓度重金属环境的弊端
。
这是由于较高浓度的重金属即可导致脲酶菌失活而导致无法产生脲酶，继而无法将尿素分解产生碳酸根，如在
Cd
2+
浓度为
225mg/L
左右可能即导致失活
。
虽然目前有针对如何提高脲酶菌耐毒性的改进研究，但仍无法高效解决上述问题
。

技术实现思路

[0007]为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的专利技术人在基于对微生物诱导碳酸盐沉积技术的长期研究的基础上，提供了一种高效解决上述技术问题的改进方案
。
本专利技术提供的该钝化材料，其是一种具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙，其中特定的组分，不仅发挥多孔生物碳酸钙的重金属吸附性能，并且在极高浓度的重金属环境中仍能保持脲酶活性，持续对残留的重金属发挥生物矿化作用
。
[0008]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0009]一种具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙钝化材料的制备方法，其包括下述步骤：
[0010]S1、
向具有脲酶菌的菌液中添加尿素和可溶性钙盐，脲酶菌发生生物矿化反应，生成具有脲酶活性的碳酸钙浆状悬浮液；
[0011]S2、
将该碳酸钙浆状悬浮液进行过滤后，滤渣经清洗和冻干处理，获得具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙钝化材料
。
[0012]具体地，在步骤
S1
中，尿素和可溶性钙盐的添加量均控制其浓度为
0.1mol/L
～
0.8mol/L。
[0013]上述具有脲酶菌的菌液指已经培养出脲酶菌的带有培养基残留物
、
代谢物等组分的整个培养体系；也即，此处使用的脲酶菌无需先行从培养体系中分离
。
其中，脲酶菌可以为巴氏芽孢杆菌
ATCC11859
；相应地，其培养基的具体组成包括：
20g/L
～
30g/L
酵母粉
、15g/L
～
30g/L
氯化铵
、0
～
1mmol/L
氯化镍，且
pH
为
9.2
～
9.3。
[0014]上述具有脲酶菌的菌液可通过下述方式获得：将脲酶菌母液接种于灭菌后的培养基中，在
30℃
左右的温度下振荡培养
1.5d
左右，即得，将其置于
4℃
的环境下备用
。
[0015]在步骤
S1
中，在添加尿素和可溶性钙盐前，需先利用生理盐水将其中脲酶菌的活性固定至
10U/mL
～
30U/mL。
[0016]其中，
1U
表示能产生每分钟水解1μ
mol
尿素所需脲酶的脲酶菌菌量
。
[0017]上述可溶性钙盐可以是氯化钙
、
醋酸钙
、
硝酸钙
。
[0018]在步骤
S1
中，生物矿化反应的发生可以是在
100rpm
～
600rpm
的转速下搅拌上述菌液
、
尿素与可溶性钙盐的混合体系
2h
～
24h
来实现
。
[0019]在步骤
S2
中，冻干操作的优选条件为：控制冻干样品
(
即经过清洗的滤渣
)
温度为
‑
40℃
～
‑
30℃。
[0020]进一步地，冻干操作的时间可以是
24h
～
48h。
[0021]优选地，在步骤
S2
中，滤渣是通过将碳酸钙浆状悬浮液进行抽滤来获得的；如控制真空泵的压强
0.6MPa
～
0.8MPa、
滤纸为中速定性滤纸的条件下进行真空抽滤
。
[0022]本专利技术的另一目的在于提供一种具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙钝化材料，该钝化材料是一种包括球霰石晶型的多孔碳酸钙和脲酶菌及其所产脲酶
、
且脲酶活性为
150U/g
～
1000U/g
的复合材料...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙钝化材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、
向具有脲酶菌的菌液中添加尿素和可溶性钙盐，所述脲酶菌发生生物矿化反应，生成具有脲酶活性的碳酸钙浆状悬浮液；
S2、
将所述碳酸钙浆状悬浮液进行过滤后，滤渣经清洗和冻干处理，获得具有脲酶活性的多孔生物碳酸钙钝化材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述尿素和所述可溶性钙盐的添加量均控制为添加后的浓度为
0.1mol/L
～
0.8mol/L。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性钙盐选自氯化钙
、
醋酸钙
、
硝酸钙
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述具有脲酶菌的菌液为脲酶菌母液接种于培养基中经培养及脲酶活性调整而获得的混合体系，且其中脲酶菌活性为
10U/mL
～
30U/mL
；其中，所述培养基包括：
20g/L
～
30g/L
酵母粉
、15g/L
～
30g/L
氯化铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：成亮，王胜，方龙洋，由天艳，俞洋洋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：