一種高效鎘吸附真菌菌劑及其製備方法和應用與流程

2023-06-13 21:12:01 4

本發明屬於鎘吸附劑技術領域，具體涉及一種高效鎘吸附真菌菌劑及其製備方法和應用。

背景技術：

鎘是一種劇毒汙染物，它在電鍍、顏料、蓄電池、塑料、冶金等行業有著廣泛的應用，由於人類對鎘的不斷開發利用，現在造成大量含鎘廢水排入河流湖泊。近幾年，我國已經發生了多起鎘汙染時間，嚴重影響人類健康。現階段國內外針對含鎘廢水的處理方法主要有化學沉澱法、氣浮法、活性炭吸附法、離子交換法等。但這些傳統的物理化學除隔離子的方法往往具有投資高、處理時間長、去除效果不好、系統穩定性差等缺點。

現在研究一種能高效處理水體中鎘的鎘吸附劑是非常有必要的。

技術實現要素：

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種高效鎘吸附真菌菌劑及其製備方法和應用，可有效解決現有技術中對水體中鎘處理成本高、處理時間長、處理效果不好的問題。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種高效鎘吸附真菌菌劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種於pda固體培養基中，置於26-28℃暗培養，待長至3/4平板時，將菌種轉接至新的pda固體培養基中，置於26-28℃暗培養；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種於液體加富培養基中，置於26-28℃，160-170r/min條件下暗培養5-6天，離心，除濾液，製得；其中，加富培養基為每升營養液中加入馬鈴薯浸粉3-5g、葡萄糖20-23g、kh2po41-1.5g、mgso40.2-0.3g、蔗糖1.5-2.5g和吸附劑5-8g；

其中，吸附劑通過以下方法製得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至60-80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2-4cm，混合，於90-100℃烘2-3h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內，在氮氣保護下，以5-8℃/min的速率升溫至200-250℃，然後再以3-5℃/min的速率升溫至500-550℃，恆溫保持2.5-3h，冷卻至室溫，研磨，過60-80目篩，得吸附劑。

進一步地，營養液通過以下方法製備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為130-160:20-25:0.8-1.2混合，然後加入6-8倍混合物重量的去離子水中煮10-20min，過濾，得營養液。

進一步地，將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:20:1混合，然後加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養液。

進一步地，加富培養基為每升營養液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑8g。

進一步地，步驟①中將混合物置於90℃烘2.5h。

進一步地，步驟②中在氮氣保護下，以8℃/min的速率升溫至200℃，然後再以5℃/min的速率升溫至500℃，恆溫保持3h。

將上述方法製得的高效鎘吸附真菌菌劑用於去除水體中的鎘離子。

本發明提供的高效鎘吸附真菌菌劑及其製備方法和應用，具有以下有益效果：

(1)棉籽殼、椰殼、油菜秸稈和水稻秸稈含有大量的纖維素和木質素，含有豐富的碳元素，水稻長期生長在淹水條件下，其根表可形成紅棕色鐵氧化物膠膜，稱為鐵膜，該鐵膜是一種無定形膠體物質，可以吸附水體中的重金屬物質，但水稻收割後，其水稻根隨水稻秸稈一同被丟棄，上述這些物質大多被丟棄或焚燒，綜合利用率低。

本發明通過將農業有機廢棄物經過厭氧高溫裂解後製得吸附劑，該吸附劑結構疏鬆多孔、表面活性官能團多，對水體中的鎘有很強的吸附能力，實現了資源化利用，具有很好的環境效益和經濟價值。

(2)本發明中將農業廢棄物乾燥後，放入炭化爐內，在低氧環境下，以相對高一點的速率升溫，可快速將農業廢氣物中的水分去除，且起到預炭化的作用，然後再以相對較低的速率升溫，將預炭化後的物質慢慢炭化，這樣可以提高吸附劑的結構疏鬆性，使其空隙變得更多，加大對水體中鎘的吸附能力。

(3)將棉籽殼、麩皮和蔗糖與去離子水混合，煮一定時間後，其各組分的營養物質會保留於液體中，這樣更有利於韓芝的吸收。

(4)在營養液中加入吸附劑，該吸附劑會與韓芝結合，附著於韓芝菌絲體表面，兩者相互作用，可以加強對水體中重金屬的吸附作用，尤其是對鎘的吸附作用大大加強。

(5)本發明製得的高效鎘吸附真菌菌劑製備過程簡單，成本低，將該菌劑置於水體中，便可對水體中的鎘進行吸附，在短時間內便可達到吸附平衡且吸附效果好。

具體實施方式

實施例1

一種高效鎘吸附真菌菌劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種於pda固體培養基中，置於28℃暗培養，待長至3/4平板時，將菌種轉接至新的pda固體培養基中，置於28℃暗培養；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種於液體加富培養基中，置於28℃，170r/min條件下暗培養6天，離心，除濾液，製得；其中，加富培養基為每升營養液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑8g。

其中，吸附劑通過以下方法製得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，於90℃烘2.5h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內，在氮氣保護下，以8℃/min的速率升溫至200℃，然後再以5℃/min的速率升溫至500℃，恆溫保持3h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養液通過以下方法製備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:20:1混合，然後加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養液。

實施例2

一種高效鎘吸附真菌菌劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種於pda固體培養基中，置於28℃暗培養，待長至3/4平板時，將菌種轉接至新的pda固體培養基中，置於28℃暗培養；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種於液體加富培養基中，置於28℃，170r/min條件下暗培養6天，離心，除濾液，製得；其中，加富培養基為每升營養液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.2g、蔗糖1.5g和吸附劑5g。

其中，吸附劑通過以下方法製得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，於90℃烘2h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內，在氮氣保護下，以5℃/min的速率升溫至200℃，然後再以3℃/min的速率升溫至500℃，恆溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養液通過以下方法製備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為130:20:0.8混合，然後加入6倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養液。

實施例3

一種高效鎘吸附真菌菌劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種於pda固體培養基中，置於28℃暗培養，待長至3/4平板時，將菌種轉接至新的pda固體培養基中，置於28℃暗培養；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種於液體加富培養基中，置於28℃，170r/min條件下暗培養6天，離心，除濾液，製得；其中，加富培養基為每升營養液中加入馬鈴薯浸粉5g、葡萄糖23g、kh2po41.5g、mgso40.3g、蔗糖2.5g和吸附劑8g。

其中，吸附劑通過以下方法製得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，於100℃烘2h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內，在氮氣保護下，以8℃/min的速率升溫至250℃，然後再以5℃/min的速率升溫至550℃，恆溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養液通過以下方法製備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為160:25:1.2混合，然後加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養液。

實施例4

一種高效鎘吸附真菌菌劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種於pda固體培養基中，置於28℃暗培養，待長至3/4平板時，將菌種轉接至新的pda固體培養基中，置於28℃暗培養；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種於液體加富培養基中，置於28℃，170r/min條件下暗培養5天，離心，除濾液，製得；其中，加富培養基為每升營養液中加入馬鈴薯浸粉3.5g、葡萄糖21g、kh2po41.2g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑6g，營養液ph值為6.0±0.2，該ph值對鎘吸附也起著很重要的作用。

其中，吸附劑通過以下方法製得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，於100℃烘3h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內，在氮氣保護下，以6℃/min的速率升溫至220℃，然後再以5℃/min的速率升溫至520℃，恆溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養液通過以下方法製備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為140:22:1.0混合，然後加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養液。

實施例5

一種高效鎘吸附真菌菌劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種於pda固體培養基中，置於28℃暗培養，待長至3/4平板時，將菌種轉接至新的pda固體培養基中，置於28℃暗培養；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種於液體加富培養基中，置於28℃，170r/min條件下暗培養6天，離心，除濾液，製得；其中，加富培養基為每升營養液中加入馬鈴薯浸粉4.5g、葡萄糖22g、kh2po41.3g、mgso40.28g、蔗糖2.2g和吸附劑7g。

其中，吸附劑通過以下方法製得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，於95℃烘2.5h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內，在氮氣保護下，以67℃/min的速率升溫至240℃，然後再以4℃/min的速率升溫至540℃，恆溫保持3h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養液通過以下方法製備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:24:1.1混合，然後加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養液。

實驗例1鎘對韓芝菌絲生長的影響

將活化後的韓芝接種於固體加富培養基中，該加富培養基成分與實施例1中不同的是，沒有吸附劑，取而代之的是添加了不同濃度的鎘，鎘的濃度分別為0、2、4、8、10、20、40、80、240mg/l，然後置於28℃暗培養，每個濃度設置3個平行，記錄各濃度下菌絲生長直徑，見表1，然後刮取各皿菌絲至1.5mlep管中，於105℃烘乾至恆重，記錄菌絲乾重見表2。

將烘乾稱重後的菌絲轉移至消解管中，然後加入2ml65％的硝酸浸泡過夜，再置於100℃的加熱板上蒸乾，最後用2ml超純水溶解，鎘富集量的分析用zeenit700p原子吸收分光光度計(analytikjena,germany)火焰法測量，見表3。

表1不同濃度的鎘對菌株生長直徑的影響

表2不同濃度的鎘對菌株乾重的影響

表3不同鎘濃度下菌株富集量分析

由表1和表2可知，當鎘濃度越高，韓芝菌絲生長越受抑制，當鎘濃度為240mg/l時，菌絲基本不生長；而由表3可知，雖然鎘濃度越高會抑制韓芝的生長，但韓芝對鎘的富集還是會隨著鎘濃度的增加而增加，當達到40mg/l時，韓芝對鎘的吸附最大。

而將加富培養基中換成普通的pda培養基培養韓芝，觀察其對鎘的富集能力時，發現普通pda培養的韓芝對鎘的耐受能力較差，對鎘的吸附能力也明顯減弱了，由此可知，培養基成分對韓芝在鎘吸附方面起著非常重要的作用，即培養基和韓芝都對鎘有吸附作用，但韓芝菌絲體本身起著主要作用。

本實驗還用液體培養基來測試韓芝對鎘的耐受能力，對培養10天後的韓芝富集鎘的能力進行測試，發現液體培養基中韓芝對鎘的耐受能力較固體培養基中弱，其不同鎘濃度下韓芝對鎘的富集及去除能力見表4。

表4液體培養基中不同鎘濃度下韓芝對鎘的富集及去除能力

移除率＝(培養基原始鎘濃度－培養後培養基剩餘鎘濃度)/培養基原始鎘濃度

實驗例2高效鎘吸附真菌菌劑對鎘的吸附實驗

取實施例1-5製得的高效鎘吸附真菌菌劑50g於錐形瓶中，分別加入鎘濃度為0、10、20、30、40、50、60、80、100mg/l的硝酸鎘溶液100ml，置於170r/min，28℃振蕩24h，最後經濾膜過濾，取上清液，測定剩餘鎘濃度，計算移除率。取本實驗製備的吸附劑也做同樣的實驗，進行對比，移除率結果見表5。

表5本發明產品與吸附劑對鎘的移除率

本發明在培養韓芝的加富培養基中添加了吸附劑，而吸附劑是將農業廢棄物經過特定的處理製得，在加入加富培養基中，可以與韓芝菌絲體結合，在鎘吸附方面起著協同作用。由表5可知，本發明高效鎘吸附真菌菌劑對水體中鎘有明顯的去除效果，鎘濃度很高時還具有較強的吸附作用。

我們對本方案所用韓芝進行基因鑑定，提取其基因組dna，利用rdna內轉錄間隔區(its)序列，通過pcr擴增和測序分析得到its序列，其序列如seqidno.1所示：

gttcagcgggtagtcctacctgatttgaggtcagaggtcataaagctgtcttataagacggttagaagctcgccaaacgcttcacggtcacggcgtagacattatcacaccgagagccgatccgcaaggaaccaagctaatgcatttaagaggagccgaccaataacggccgacaagcctccaagtccaagcctacaaaccacaaaagcttgtaggttgaagatttcatgacactcaaacaggcatgctcctcggaataccaaggagcgcaaggtgcgttcaaagattcgatgattcactgaattctgcaattcacattacttatcgcatttcgctgcgttcttcatcgatgcgagagccaagagatccgttgctgaaagttgtatatagatgtgttacatcgcaatacacattctgttactttatagagtttgtgataaacgcaggcacagatatgctccgcaagcccggtaaagagcgtgcctcgcaatctgaagcccacagtaagtgcacaggtgtagagtggatgaacagggcgtgcacatgcctcggaaggccagctacaacccggtcaaaactcgataatgatccttccgcaggttcacctacgga。

運用在線工具blast將its序列與ncbi資料庫中已登記序列進行比對，得分最高的三條序列(相對應的菌株編號為ganodermalucidumstrainasi7091、ganodermalucidumstrainium-4537和ganodermalucidumstrain77002)如表6所示：

表6its比對結果

由表6可知，本方案韓芝菌株與ganodermalucidumstrainasi7091、ganodermalucidumstrainium-4537和ganodermalucidumstrain77002同源性較高，可判斷其與這3種菌株為同種菌株。