一種具有磁性的生物納米材料的製備方法及其應用與流程
2023-04-26 02:27:16 1
本發明涉及環保領域的廢水生物處理技術領域，特別涉及一種具有磁性的生物納米材料的製備方法，還涉及到該生物納米材料在有機廢水處理領域的應用。
背景技術：
隨著人口的日益增長，人工合成的農藥如殺蟲劑、除草劑等在農業上的需求越來越多。相關研究表明，農藥在糧食增產方面可以發揮很大的作用，如果停止使用農藥等化學製品，全世界將會有上億人面臨著飢餓。但是農藥的大量使用，由於其在自然環境中難以降解的特點，對土壤和水體環境造成了很大的汙染，有一些農藥已經被證實對人體有致癌性和幹擾內分泌系統的影響。
阿特拉津(2-氯-4-二乙胺基-6-異丙胺基-1，3，5-三嗪)，又稱為莠去津，是一種選擇性內吸傳導型苗前苗後除草劑，廣泛應用於甘蔗、玉米、香蕉、小麥和高粱等農作物的種植，可以除去一年生和兩年生單子葉和闊葉雜草。阿特拉津難溶於水，在水中溶解度為33mg/l，但在某些特定環境條件下具有高遷移性，殘留在土壤中的阿特拉津很容易通過徑流作用進入地表水體，也可以通過淋濾作用遷移至土壤深層，汙染地下水源。許多研究表明，阿特拉津對水生生物、植物和人類都會產生製毒影響。會影響水生雄性生物的生殖系統；影響某些植物的光合作用，導致植物根系變短，影響地上部分的生長；阿特拉津通過富集作用進入人體後，會干擾人體的內分泌系統，從而對免疫系統和生殖系統產生影響。阿特拉津的汙染和危害引起了廣泛的關注，近年來，許多國內外學者研究了不少治理阿特拉津汙染的技術，主要包括吸附法、生物法和高級氧化法。
釀酒酵母菌的適應能力強，安全可靠，廉價易得，而且由於其生長快，代謝效率高，易培養等特點，從而在食品、環境、醫藥等領域得到了廣泛的關注和應用，而具有磁性的四氧化三鐵與酵母菌結合的複合材料彌補了酵母菌難以分離的缺點，增強了其重複利用性和機械強度。有一些專利和文獻研究了磁性固定化酵母菌對於印染廢水和重金屬等的處理，但是對於一些難降解的有機氯農藥廢水處理上存在一定的空白。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種具有磁性的生物納米材料的製備方法及其在有機氯農藥廢水處理上的應用，該方法對阿特拉津的去除效果好、易分離、無二次汙染等優點。
本發明提供一種具有磁性的生物納米材料的製備方法及其應用，具體包括以下步驟：
1)製備納米fe3o4和殼聚糖(cs)、環氧氯丙烷(ech)的交聯產物：含有0.13mol/l鹽酸的氯化鐵溶液加入到含有1％的鹽酸的殼聚糖溶液中，然後加na2so3溶液和氨水，再加入環氧氯丙烷。
2)酵母菌包埋：無菌條件下，納米fe3o4-cs-ech、海藻酸鈉溶液、釀酒酵母孢子液混合，將混合溶液滴加到無菌氯化鈣溶液中，室溫下固定，然後進行培養。
3)阿特拉津去除：反應罐中加入阿特拉津溶液和無碳營養液，再加入上述顆粒，研究其對阿特拉津的去除率。
上述的製備方法，步驟1)中氯化鐵溶液、殼聚糖溶液、亞硫酸鈉溶液、氨水的濃度分別為0.13mol/l、20g/l、0.1mol/l、12％。
上述的製備方法，步驟1)中的氯化鐵溶液、殼聚糖溶液、亞硫酸鈉溶液、氨水的體積比為70:50:30:40
上述的製備方法，步驟2)中海藻酸鈉溶液、釀酒酵母孢子液、無菌氯化鈣溶液濃度分別為60mg/l、2.5×106cfu/ml、50g/l
上述的製備方法，步驟2)中納米fe3o4-cs-ech：海藻酸鈉：釀酒酵母的質量體積比為0.15:2:1
上述的製備方法，步驟2)中混合溶液與無菌氯化鈣溶液的體積比為1:5
上述的製備方法，步驟3)中阿特拉津溶液的初始濃度為2mg/l，所加無碳營養液與總體積比為1:4，恆溫振蕩的溫度為25攝氏度，轉速為150rpm，ph＝7,具有磁性的生物材料的添加量與總體積比為：1:5。
上述應用的，無碳營養液的配方為：3g/lnano3、1g/lk2hpo4、0.5g/lkcl、0.5g/lmgso4·7h2o、0.01g/lfeso4、10ml/l微量元素；微量元素配方為：：1.5g/l氨三乙酸、5.0g/lmnso4、0.1g/lcocl2、0.1g/lznso4·7h2o、0.01g/lcuso4·5h2o、0.01g/lkal(so4)2·12h2o、0.01g/lna2moo4·2h2o、0.01g/lh3bo3
本發明的優點是：
本發明採用的納米fe3o4與殼聚糖結合能增加表面官能團種類與數量，增加與阿特拉津結合的表面位點，而環氧氯丙烷的交聯作用能使納米fe3o4與殼聚糖結合得更牢固，進而增加對阿特拉津的去除效果，納米fe3o4的磁性也有利於生物材料的重複利用；而經過海藻酸鈣包埋後的顆粒，保證了營養元素進入材料內供給酵母菌的生長需要，使酵母菌把阿特拉津作為唯一的碳源而生長，有效降低了阿特拉津的濃度。
附圖說明
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。
圖1為改性納米fe3o4-釀酒酵母孢子-海藻酸鈣微球的外形圖和經過培養後的生物材料的外形圖。
具體實施方式
本發明通過以下實施例對技術方案做進一步說明。
實施例1
步驟1)：製備納米fe3o4-cs-ech：取70ml含有0.13mol/l鹽酸的0.13mol/l的氯化鐵溶液加入到50ml含有1％鹽酸的20g/l的殼聚糖溶液中，室溫下機械攪拌1h，然後加入30ml0.1mol/l的na2so3溶液，當溶液顏色由黃色變為紅色再變為黃色後，再快速加入40ml12％的氨水，溶液中馬上產生黑色絮狀物，然後加入4.4ml的環氧氯丙烷，60度水浴下攪拌3h，超純水洗滌三次，無水乙醇洗滌三次，60度真空乾燥12h。
步驟2)：酵母菌包埋：無菌條件下，0.05g納米fe3o4-cs-ech、2ml40g/l的海藻酸鈉溶液、1ml2.5×106cfu/ml釀酒酵母孢子液混合，用無菌注射器將混合溶液滴加到15ml50g/l的無菌氯化鈣溶液中，室溫下固定12h，無菌水洗滌三次，然後轉入100mlypd液體培養基中，150rpm,28度恆溫水浴下培養48h,然後用無菌水洗滌三次，濾紙吸乾表面水分。
步驟3)：阿特拉津去除：150ml錐形瓶中加入一定量的阿特拉津儲備溶液和5ml無碳營養液，再加入無菌水，使混合溶液濃度為2mg/l，再加入上述顆粒4g，用鹽酸和氫氧化鈉調節溶液的ph為7，分別在0、12、24、36、48、60和72h取樣測其濃度，研究其對阿特拉津的去除率。
結果表明，72h後複合材料對阿特拉津的去除率可達到75％左右.
實施例2
步驟1)：製備納米fe3o4-cs-ech：取70ml含有0.13mol/l鹽酸的0.13mol/l的氯化鐵溶液加入到50ml含有1％鹽酸的20g/l的殼聚糖溶液中，室溫下機械攪拌1h，然後加入30ml0.1mol/l的na2so3溶液，當溶液顏色由黃色變為紅色再變為黃色後，再快速加入40ml12％的氨水，溶液中馬上產生黑色絮狀物，然後加入4.4ml的環氧氯丙烷，60度水浴下攪拌3h，超純水洗滌三次，無水乙醇洗滌三次，60度真空乾燥12h。
步驟2)：酵母菌包埋：無菌條件下，0.15g納米fe3o4-cs-ech、2ml60g/l的海藻酸鈉溶液、1ml2.5×106cfu/ml釀酒酵母孢子液混合，用無菌注射器將混合溶液滴加到15ml50g/l的無菌氯化鈣溶液中，室溫下固定12h，無菌水洗滌三次，然後轉入100mlypd液體培養基中，150rpm,28度恆溫水浴下培養48h,然後用無菌水洗滌三次，濾紙吸乾表面水分。
步驟3)：阿特拉津去除：150ml錐形瓶中加入一定量的阿特拉津儲備溶液和5ml無碳營養液，再加入無菌水，使混合溶液濃度為2mg/l，再加入上述顆粒4g，用鹽酸和氫氧化鈉調節溶液的ph為7，分別在0、12、24、36、48、60和72h取樣測其濃度，研究其對阿特拉津的去除率。
結果表明，72h後複合材料對阿特拉津的去除率可達到88％左右。
本發明具有操作簡單，易於分離，無二次汙染，成本低等優點，並且對有機氯農藥廢水處理效果好，從一定程度上解決了難降解有機氯農藥廢水汙染問題。
以上是本發明專利優選的實施例，本發明的保護範圍不僅僅局限於上述實施例，在本發明的實質範圍內進行的任何改造、替換方案均在本發明的保護範圍。