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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410601866.8(22)申请日 2014.10.27C12P 1/04(2006.01)B01J 20/24(2006.01)G21F 9/12(2006.01)C12R 1/085(2006.01)(71)申请人河南城建学院地址 467036 河南省平顶山市新城区龙翔大道河南城建学院(72)发明人毛艳丽 罗世田 康海彦 姜忠峰郭一飞 陈松涛(54) 发明名称一种胞外高聚物生物吸附剂的制备方法(57) 摘要本发明涉及一种胞外高聚物生物吸附剂的制备工艺,包括(1):将蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)接种到种子培养基。
2、中;(2):将培养基振荡培养,得到Bacillus cereus的种子培养液;(3):种子培养液接种于啤酒废水发酵培养基中;(4):发酵培养基振荡培养,得到发酵液;步骤(5):将(4)得到的发酵液放入离心机中除去菌体,离心得到上清液;(6):上清液旋转蒸发,向上述浓缩液中加入乙醇,离心收集沉淀;(7):沉淀物冷冻干燥得到胞外高聚物生物吸附剂。本发明制备工艺制备得到的胞外高聚物生物吸附剂可以用于Ce(IV)或者Cs(I)离子的去除,去除有效率可以达到99以上。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号 CN。
3、 104372029 A(43)申请公布日 2015.02.25CN 104372029 A1/2页21.一种胞外高聚物生物吸附剂的制备工艺,其特征在于:它包括如下步骤:步骤(1):将蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)接种到种子培养基中;步骤(2):调整步骤(1)中已经接种Bacillus cereus的种子培养基至25-30,振荡培养40-50h,得到Bacillus cereus的种子培养液;步骤(3):将步骤(2)得到的种子培养液3.0mL接种于已经灭菌好的50mL啤酒废水发酵培养基中;步骤(4):调整步骤(3)中已经接种Bacillus cereus的发酵培养基至25-30。
4、,振荡培养60-72h,控制摇床转速150-160r/min,得到发酵液;步骤(5):将步骤(4)得到的发酵液放入离心机中除去菌体,控制离心机的转速为5000-5500r/min,离心5-10min,得到上清液;步骤(6):将步骤(5)得到的上清液旋转蒸发浓缩至原体积的1/5,向上述浓缩液中加入3倍体积冷无水乙醇,然后在4冰箱放置24小时,随后以5000-6000r/min,离心15-20min,然后收集沉淀;步骤(7):将步骤6收集到的沉淀物用无水乙醇洗涤2次,再用丙酮洗涤2次,随后冷冻干燥24-48小时,得到胞外高聚物生物吸附剂。2.根据权利要求1所述的制备工艺,其特征在于步骤(1)中所述。
5、的种子培养基是由以下组分组成:葡萄糖20g,KH2PO42g,K2HPO45g,(NH4)2SO40.2g,NaCl 0.1g,脲0.5g,酵母膏0.5g,蒸馏水1L;控制所述的种子培养基的pH值为7.0-8.0。3.根据权利要求1所述的制备工艺,其特征在于步骤(3)中所述的已经灭菌好的啤酒废水发酵培养基是由以下组分组成:啤酒废水(CODcr为4000-5000mgL-1)1L,KH2PO42g,K2HPO45g,(NH4)2SO40.2g,NaCl 0.1g,脲0.5g,酵母膏0.5g,蒸馏水1L,控制所述的啤酒废水发酵培养基的pH值为7.0-8.0。4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的。
6、胞外高聚物生物吸附剂制备工艺制备得到的生物吸附剂用于Ce(IV)分离富集的用途。5.根据权利要求4所述的用途,其特征在于:它包括以下步骤:步骤1、吸附:首先配置Ce(IV)标准储备液(1g/L):由Ce(NO3)4用H2SO4(11,V/V)溶解二次去离子水定容而得,其他标准溶液系列由标准储备液逐级稀释而成。将上述一定量Ce(IV)标准溶液加入50mL比色管中,以盐酸和氨水溶液调节pH值至6.0,以水定容至刻度。将制备的0.25g生物吸附剂加入上述溶液,25-30振荡0.5-1h,静置2-3h后,以5000-6000r/min,离心5-10min,移取上层清液用FAAS测定Ce(IV)的含量,。
7、计算吸附容量(q,mgg-1);其中:C0(mgL-1)和C(mgL-1)分别为初始Ce(IV)浓度和吸附后溶液中剩余Ce(IV)的浓度,V为溶液体积(L),W为吸附剂干重(g);步骤2、解吸:将步骤1离心后的沉淀送入50mL比色管中并加入蒸馏水,随后加入10mL1molL-1HCl,定容至与步骤1中的沉淀前的液体相同的体积,在25-30振荡0.5-1h,静置2-3h后,送入离心机在5000-6000r/min离心5-10min,移取上层清液用FAAS测定Ce(IV)的含量,计算生物吸附剂对Ce(IV)的解吸率D;权 利 要 求 书CN 104372029 A2/2页3Hde(mg/L)是溶液。
8、中解吸下来的Ce(IV)浓度,Had(mg/L)为生物吸附剂上吸附了的Ce(IV)浓度。权 利 要 求 书CN 104372029 A1/4页4一种胞外高聚物生物吸附剂的制备方法技术领域0001 本发明涉及一种胞外高聚物生物吸附剂的制备方法,属环境材料制备技术领域。背景技术0002 核燃料的开采与加工、核反应堆的泄漏、核废物的回收再处理等产生大量的放射性物质。放射金属元素进入环境后会造成大气、水和土壤污染,显著改变生物圈中各生态系统的平衡,造成自然生态环境破坏,最终在某些生物环节如食物链内大量富集。但因具有很高的稳定性和难降解性其寿命长、代谢难,长期在体内累积,可引起慢性内照射放射病,严重影响。
9、人类和下一代的生存。0003 目前,对含有放射性金属离子废水常用的处理方法有吸附分离法、膜分离法、离子交换法等,这些方法在处理放射性金属离子含量低于100mg/L的废水时都存在一定的缺陷,如工艺复杂、成本费用高、平衡时间长、产生二次污染等问题。在实际情况下,各种废水中放射金属离子的浓度一般都较低,因而寻找高效廉价的低浓度放射性金属离子吸附剂成为迫切需要解决的问题。0004 胞外生物高聚物是微生物在发酵过程中分泌的生物高分子物质,主要包括蛋白质、糖类、脂类、纤维素、氨基酸的均聚物、DNA等物质,高聚物中含有丰富的活性官能团(如羟基、氨基、羧基等),对不同类型金属离子表现出强烈的亲和性,对一些金属。
10、离子有很强的吸附能力,属于天然有机高分子物质,它安全无毒,具有可生化性,易被微生物降解,无二次污染。0005 周维芝等对深海适冷菌Pseudoalteromonas sp.SM9913分泌的胞外多糖(EPS)对Pb(II)和Cu(II)吸附性能进行了研究,熊芬等研究了烟曲霉胞外生物高聚物对Pb(II)的吸附,本发明从土著菌中筛选出的蜡样芽胞杆菌来源易得,用啤酒废水做碳源,廉价碳源的使用,大大降低培养成本,可控培养简单,产出率高,并且对放射性金属离子具有较高的吸附容量。目前啤酒废水做碳源培养蜡样芽胞杆菌制备胞外高聚物用于放射性金属离子吸附分离的吸附剂尚未有报道。发明内容0006 本发明用啤酒废水。
11、取代传统培养基中的葡萄糖做碳源,培养蜡样芽胞杆菌制备胞外生物高聚物作为生物吸附剂。所制备吸附剂用于快速吸附去除水环境中的Ce(IV)和Cs(I)两种放射性金属离子。0007 技术方案0008 1、将蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)接种到种子培养基中,所述的种子培养基是由以下组分组成:葡萄糖20g,KH2PO42g,K2HPO45g,(NH4)2SO40.2g,NaCl 0.1g,脲0.5g,酵母膏0.5g,蒸馏水1L;控制所述的种子培养基的pH值为7.0-8.0;0009 2、调整步骤1中已经接种Bacillus cereus的种子培养基至25-30,振荡培养40-50h,得到B。
12、acillus cereus的种子培养液。说 明 书CN 104372029 A2/4页50010 3、将步骤2得到的种子培养液3.0mL接种于50mL啤酒废水发酵培养基中,所述的已经灭菌好的啤酒废水发酵培养基是由以下组分组成:啤酒废水(CODcr为4000-5000mgL-1)1L,KH2PO42g,K2HPO45g,(NH4)2SO40.2g,NaCl 0.1g,脲0.5g,酵母膏0.5g,蒸馏水1L,控制所述的啤酒废水发酵培养基的pH值为7.0-8.0。0011 4、调整步骤3中已经接种Bacillus cereus的发酵培养基至25-30,振荡培养60-72h,控制摇床转速150-16。
13、0r/min,得到发酵液。0012 5、将步骤4得到的发酵液放入离心机中除去菌体,控制离心机的转速为5000-5500r/min,离心5-10min,得到上清液。0013 6、将步骤5得到的上清液旋转蒸发浓缩至原体积的1/5,向上述浓缩液中加入3倍体积冷无水乙醇,然后在4冰箱放置24小时,随后以5000-6000r/min,离心15-20min,然后收集沉淀。0014 7、将步骤6收集到的沉淀物用无水乙醇洗涤2次,再用丙酮洗涤2次,随后冷冻干燥24-48小时,得到胞外高聚物生物吸附剂。0015 8、作为一个总的发明构思,本发明还提供上述吸附剂的应用,一种如上述制备工艺制备得到的生物吸附剂用于C。
14、e(IV)或者Cs(I)分离富集的方法,首先配置Ce(IV)或者Cs(I)标准储备液(1g/L):由Ce(NO3)4或者CsClsH2O用H2SO4(11,V/V)溶解二次去离子水定容而得,其他标准溶液系列由标准储备液逐级稀释而成。将上述一定量Ce(IV)或者Cs(I)标准溶液加入50mL比色管中,以盐酸和氨水溶液调节pH值至6.0,以水定容至刻度。将制备的0.25g生物吸附剂加入上述溶液,25-30振荡0.5-1h,静置2-3h后,以5000-6000r/min,离心5-10min,移取上层清液用FAAS测定Ce(IV)或者Cs(I)的含量。0016 上述蜡样芽胞杆菌(Bacillus ce。
15、reus)来源于Characterization of an Novel Extracellular Biopolymer BC11by Scanning Electron Microscopy and FT-IR Spectroscopy andIts Use for Lead Removal,Yanli-mao,等,Biomedical Engineering and Informatics(BMEI),20103rd International Conference on,16-18Oct.2010,vol.4,page.1645-1649,ISBN:978-1-4244-6495-1,。
16、DOI:10.1109/BMEI.2010.5639604中的B-11。附图说明0017 图1所制备的胞外生物高聚物的红外谱图。从图中可知初步得知所制备的高聚物表面含有丰富的羧基、羟基、氨基等活性基团。0018 图2所制备的胞外生物高聚物的的扫描电镜图。从图中可以直观地看见高聚物表面凹凸不平有较大的表面积,可使众多的功能团能与吸附质相接触。0019 图3所制备的胞外生物高聚物能谱图。由图3可知,生物高聚物中C、O、Na、P和K的重量比分别为:13.45、23.88、20.00、29.89和11.87。0020 图4不同pH值对胞外高聚物吸附Ce(IV)和Cs(I)的影响。从图中可以看出,pH在。
17、3.0-8.0之间随着pH值的增加高聚物对这两种金属离子的吸附率逐渐增加,pH值增加至8.0时吸附率最大,pH值超过8.0随着pH值的增加吸附率降低。具体实施方式0021 (一)胞外高聚物生物吸附剂的制备说 明 书CN 104372029 A3/4页60022 1、将蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)接种到种子培养基中,所述的种子培养基是由以下组分组成:葡萄糖20g,KH2PO42g,K2HPO45g,(NH4)2SO40.2g,NaCl 0.1g,脲0.5g,酵母膏0.5g,蒸馏水1L;控制所述的种子培养基的pH值为7.0;0023 2、调整步骤1中已经接种Bacillus ce。
18、reus的种子培养基至25,振荡培养50h,得到Bacillus cereus的种子培养液。0024 3、将步骤2得到的种子培养液3.0mL接种于50mL啤酒废水发酵培养基中,所述的已经灭菌好的啤酒废水发酵培养基是由以下组分组成:啤酒废水(CODcr为4000-5000mgL-1)1L,KH2PO42g,K2HPO45g,(NH4)2SO40.2g,NaCl 0.1g,脲0.5g,酵母膏0.5g,蒸馏水1L,控制所述的啤酒废水发酵培养基的pH值为7.0。0025 4、调整步骤3中已经接种Bacillus cereus的发酵培养基至25,振荡培养72h,控制摇床转速160r/min,得到发酵液。。
19、0026 5、将步骤4得到的发酵液放入离心机中除去菌体,控制离心机的转速为5500r/min,离心10min,得到上清液。0027 6、将步骤5得到的上清液旋转蒸发浓缩至原体积的1/5,向上述浓缩液中加入3倍体积冷无水乙醇,然后在4冰箱放置24小时,随后以6000r/min,离心20min,然后收集沉淀。0028 7、将步骤6收集到的沉淀物用无水乙醇洗涤2次,再用丙酮洗涤2次,随后冷冻干燥48小时,得到胞外高聚物生物吸附剂。0029 (二)吸附性能评价0030 本发明中具体实施方案中吸附性能评价按照下述方法进行:首先配置Ce(IV)或者Cs(I)标准储备液(1g/L),将上述一定量Ce(IV)。
20、或者Cs(I)标准溶液加入50mL比色管中,以盐酸和氨水溶液调节pH值至6.0,以水定容至刻度。考察不同溶液浓度、静置时间、吸附剂用量、溶液pH值对吸附剂吸附Ce(IV)或者Cs(I)的影响。吸附后,移取上层清液用FAAS测定Ce(IV)或者Cs(I)的含量。计算吸附容量(q,mgg-1)。0031 0032 其中:C0(mgL-1)和C(mgL-1)分别为初始Ce(IV)或者Cs(I)浓度和吸附后溶液中剩余Ce(IV)或者Cs(I)的浓度,V为溶液体积(L),W为吸附剂干重(g)。0033 下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。0034 试验例1:在一系列50mL比色管中加入浓度分别为:。
21、10mg/L、20mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、350mg/L、400mg/L、450mg/L的Ce(IV)或者Cs(I),调节pH6.0,25下分别加入0.25g胞外生物高聚物进行吸附实验,振荡1h,静置2h后取上层清液离心,用FAAS光谱法测定Ce(IV)或者Cs(I)的平衡浓度,计算其吸附容量Q(mg/g)。结果表明,胞外高聚物生物吸附剂对Ce(IV)或者Cs(I)的饱和吸附容量分别为41.55mgg-1和46.78mgg-1。0035 试验例2:在一系列50mL比色管中加入浓度分别为:100mg/L、150mg/。
22、L、200mg/L的Ce(IV)或者Cs(I),调节pH6.0,25室温下分别加入0.25g胞外生物高聚物进行吸附实验,分别振荡10、20、30、45、60、120和300min,静置2h后取上层清液离心,用FAAS光谱法测定Ce(IV)或者Cs(I)的平衡浓度,计算其吸附容量Q(mg/g)。结果表明,胞外高聚物生说 明 书CN 104372029 A4/4页7物吸附剂对Ce(IV)或者Cs(I)都有较好的吸附动力学性能,1小时内基本达到吸附平衡。0036 试验例3:在一系列50mL比色管中加入浓度为100mg/L的Ce(IV)或者Cs(I)溶液,调节pH6.0,在25条件下分别加入0.05g,0.10g,0.20g,0.25g,0.40g,0.60g胞外生物高聚物对Ce(IV)或者Cs(I)吸附率的影响。结果表明生物高聚物对Ce(IV)或者Cs(I)的吸附率随着高聚物投加量的增加而增大。在投加量为0.25g时,高聚物对Ce(IV)或者Cs(I)的吸附率可达99以上。0037 上述实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。说 明 书CN 104372029 A1/1页8图1图2图3图4说 明 书 附 图CN 104372029 A。