一種基於pH刺激的生物微膠囊的製備方法

2023-05-13 15:46:21

專利名稱：一種基於pH刺激的生物微膠囊的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於地表水修復的生物微膠囊的製備方法，具體而言是指一種基 於PH信號刺激的生物微膠囊的製備方法。
背景技術：
中國環境保護部在世界環境日公布《2008年中國環境狀況公報》顯示，我國地表水 汙染嚴重，在監測營養狀態的26個湖泊及水庫中，呈富營養狀態的佔46. 2%。氮素是水體 富營養化發生的直接和主要因子。由於受到複雜的氣候和生物因子影響，氮素汙染水體常呈現汙染的不均勻性，即 局部水體氮化合物存在較大的濃度梯度，且其化合形態在相鄰單元水體之間不斷進行轉 換，伴隨發生的是水體PH發生改變，以致形成若干間斷汙染場，這給原位生物修復氮汙染 地表水造成較大的技術困難。微生物固定化是指對完整細胞進行固定的特殊生物技術，可避免人為破壞生物酶 的活性和生化反應的穩定性，在載體與細胞之間建立的某種物理或化學聯繫，加強了細胞 的穩定性，有利於屏蔽土著菌、噬菌體和毒性物質對細胞的侵害。而且，固定化後的微生物 膠囊可長期保持活性，重複利用。但是，由於水體中脫氮微生物有效數量少，且氮化合物濃 度及形態差異較大，常導致傳統方法製備的生物微膠囊對PH值變化缺乏刺激響應，釋放速 度過快，脫氮效率偏低。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於PH信號刺激的生物微膠囊的製備方法，該基於 PH信號刺激的生物微膠囊具有敏感的pH刺激響應、優異的緩釋性能和較高的脫氮效率。一種基於pH信號刺激的生物微膠囊的製備方法為
1、配製質量百分比2. 0%海藻酸鈉的水溶液，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘，冷卻到45°C，向 其中投加其總質量20%的硝酸細菌菌液，攪拌均勻。硝酸細菌菌液的製備方法是用接種環 在固體培養基上接取2環Nitrosomonas europaea菌苔，接入到培養基中，在130-140轉/ 分鐘、28-30°C條件下培養16-20小時，製得硝酸細菌菌液。所說的培養基的組分及重量含量 是0. 2%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7Η20，0· 5%CaC03， 調節 pH 為 7. 0-7.2。2、按質量百分比配製含2. 2%明膠和1. 6%氯化鈣的水溶液，調節pH為5. 5-7. 0， Ill0C下溼熱滅菌30分鐘。3、按質量百分比配製0. 5%氯化鈣的水溶液，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘。4、按質量百分比配製0. 5%殼聚糖的水溶液，調節pH為3. 0-5. 0，Ill0C下溼熱滅 菌30分鐘。5、在40_45°C下，將步驟1得到的加入硝酸細菌菌液的海藻酸鈉水溶液在無菌條 件下按40-60滴/分鐘的速度滴入步驟2得到的明膠和氯化鈣水溶液中，不斷攪拌；膠珠成型後，穩定3. 5-5小時，將膠珠轉移到步驟3得到的氯化鈣水溶液中，二次鈣化10-15分鐘， 然後將膠珠轉移到步驟4得到的殼聚糖水溶液中，進行二級復凝聚反應2-3小時。最後，利 用無菌生理鹽水浸泡6-M小時，置於增殖培養基中，增殖36-72小時。所說的增殖培養基 的重量組成是0. 5%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7H20, 0. 5%CaC03,調節 pH 為 7. 0-7. 2。6、取50毫升圓底燒瓶，向其中加入0. 3-0. 7克步驟5得到的膠珠、12-18毫升二次 蒸餾水和1-3毫升摩爾濃度為3摩爾/升的冰乙酸，攪拌均勻後，加入0. 1-0. 5克聚乙烯基 吡咯烷酮，攪拌混合均勻後抽真空。7、向步驟6得到的經過聚乙烯基吡咯烷酮改性的膠珠中加入2毫升體積濃度為 37%的甲醛，25-35°C反應18-36小時，成膠後取出，用二次蒸餾水浸泡，每天換一次蒸餾水， 6-8天後取出，在真空乾燥箱中，35-45°C乾燥10-20分鐘，得到生物微膠囊。8、生物微膠囊的溶脹比測定稱取辦克步驟7得到的生物微膠囊，放入溶脹介質 中，保持25-35°C恆溫，達溶脹平衡後稱取溼膠囊質量 克，測定溶脹介質pH值，則該pH值 時凝膠溶脹比為 /^。所說的溶脹介質由1摩爾/升的NaOH溶液和1摩爾/升的HCl溶 液配製而成。9、生物微膠囊的pH刺激響應性測試稱取0. 3-0. 7克步驟7得到的生物微膠囊， 溶脹後，將其浸入pH=2-4和pH=8-10的溶脹介質中，交替測定生物微膠囊在這兩種介質中 的溶脹比，同時記錄生物微膠囊在兩種介質中的溶脹收縮時間。10、修復效率測試將0. 3-0. 7克步驟7得到的生物微膠囊加入500-1000毫升、新 鮮的生活汙水樣品中。生活汙水的PH為7.0-7.3，含氨態氮23- 毫克/升，總氮35-42 毫克/升。緩慢攪拌，反應4. 5-9. 5小時後，檢測水樣pH值及氨態氮和總氮含量。與現有技術相比，本發明採用交聯技術，形成海藻酸鈉-殼聚糖-明膠二次復凝聚 產物與聚乙烯基吡咯烷酮半互穿網絡結構的生物微膠囊，微膠囊的體積隨PH值變化發生 可逆的溶脹和收縮。由本發明製得的基於PH信號刺激的生物微膠囊具有敏感的pH刺激響 應、優異的緩釋性能和較高的脫氮效率。
具體實施例方式實施例1
一種基於PH刺激的生物微膠囊的製備方法為
1、配製質量百分比2. 0%海藻酸鈉的水溶液，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘，冷卻到45°C， 向其中投加其總質量20%的硝酸細菌菌液，攪拌均勻。硝酸細菌菌液的製備方法是用接 種環在固體培養基上接取2環Nitrosomonas europaea菌苔，接入到培養基中，在130轉/ 分鐘、28°C條件下培養20小時，製得硝酸細菌菌液。所說的培養基的組分及重量含量是 0. 2%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7Η20，0· 5%CaC03，調節 pH 為 7· 2。2、按質量百分比配製含2. 2%明膠和1. 6%氯化鈣的水溶液，調節pH為5. 5，Ill0C 下溼熱滅菌30分鐘。3、按質量百分比配製0. 5%氯化鈣的水溶液，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘。4、按質量百分比配製0. 5%殼聚糖的水溶液，調節pH為3. 0，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘。5、在40°C下，將步驟1得到的加入硝酸細菌菌液的海藻酸鈉水溶液在無菌條件下 按40滴/分鐘的速度滴入步驟2得到的明膠和氯化鈣水溶液中，不斷攪拌；膠珠成型後， 穩定3. 5小時，將膠珠轉移到步驟3得到的氯化鈣水溶液中，二次鈣化10分鐘，然後將膠珠 轉移到步驟4得到的殼聚糖水溶液中，進行二級復凝聚反應2.0小時。最後，利用無菌生 理鹽水浸泡16小時，置於增殖培養基中，增殖48小時。所說的增殖培養基的重量組成是 0. 5%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7Η20，0· 5%CaC03，調節 pH 為 7· 2。6、取50毫升圓底燒瓶，向其中加入0. 5克步驟5得到的膠珠、15毫升二次蒸餾水 和2毫升摩爾濃度為3摩爾/升的冰乙酸，攪拌均勻後，加入0. 3克聚乙烯基吡咯烷酮，攪 拌混合均勻後抽真空。7、向步驟6得到的經過聚乙烯基吡咯烷酮改性的膠珠中加入2毫升體積濃度為 37%的甲醛，25。C反應M小時，成膠後取出，用二次蒸餾水浸泡，每天換一次蒸餾水，7天後 取出，在真空乾燥箱中，40°C乾燥15分鐘，得到生物微膠囊。8、生物微膠囊的溶脹比測定稱取購克步驟7得到的生物微膠囊，放入溶脹介質 中，保持25°C恆溫，達溶脹平衡後稱取溼膠囊質量 克，測定溶脹介質pH值，則該pH值時 凝膠溶脹比為所說的溶脹介質由1摩爾/升的NaOH溶液和1摩爾/升的HCl溶液 配製而成。9、生物微膠囊的pH刺激響應性測試稱取0. 5克步驟7得到的生物微膠囊，溶脹 後，將其浸入PH=3和pH=9的溶脹介質中，交替測定生物微膠囊在這兩種介質中的溶脹比， 同時記錄生物微膠囊在兩種介質中的溶脹收縮時間。10、修復效率測試將0. 5克生物微膠囊加入700毫升新鮮的生活汙水樣品中。生 活汙水的PH為7.1，含氨態氮25毫克/升，總氮35毫克/升。緩慢攪拌，反應7.0小時， 檢測水樣PH值及氨態氮和總氮含量。實施例2
一種基於PH刺激的生物微膠囊的製備方法為
1、配製質量百分比2. 0%海藻酸鈉的水溶液，Ill0C下溼熱滅菌30min，冷卻到45°C，向 其中投加其總質量20%的硝酸細菌菌液，攪拌均勻。硝酸細菌菌液的製備方法是用接種 環在固體培養基上接取2環、Nitroscmonas europaea菌苔，接入到培養基中，在135轉/ 分鐘、29°C條件下培養18小時，製得硝酸細菌菌液。所說的培養基的組分及重量含量是 0. 2%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7Η20，0· 5%CaC03，調節 pH 為 7· 0。2、按質量百分比配製含2. 2%明膠和1. 6%氯化鈣的水溶液，調節pH為6. 0，Ill0C 下溼熱滅菌30分鐘。3、按質量百分比配製0. 5%氯化鈣的水溶液，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘。4、按質量百分比配製0. 5%殼聚糖的水溶液，調節pH為4. 0，Ill0C下溼熱滅菌30 分鐘。5、在42°C下，將步驟1得到的加入硝酸細菌菌液的海藻酸鈉水溶液在無菌條件下 按50滴/分鐘的速度滴入步驟2得到的明膠和氯化鈣水溶液中，不斷攪拌；膠珠成型後，穩定4. 0小時，將膠珠轉移到步驟3得到的氯化鈣水溶液中，二次鈣化12分鐘，然後將膠珠 轉移到步驟4得到的殼聚糖水溶液中，進行二級復凝聚反應2. 5小時。最後，利用無菌生 理鹽水浸泡20小時，置於增殖培養基中，增殖60小時。所說的增殖培養基的重量組成是 0. 5%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7Η20，0· 5%CaC03，調節 pH 為 7· 0。6、取50毫升圓底燒瓶，向其中加入0. 3克步驟5得到的膠珠、12毫升二次蒸餾水 和1毫升摩爾濃度為3摩爾/升的冰乙酸，攪拌均勻後，加入0. 1克聚乙烯基吡咯烷酮，攪 拌混合均勻後抽真空。7、向步驟6得到的經過聚乙烯基吡咯烷酮改性的膠珠中加入2毫升體積濃度為 37%的甲醛，30°C反應36小時，成膠後取出，用二次蒸餾水浸泡，每天換一次蒸餾水，6天後 取出，在真空乾燥箱中，35°C乾燥20分鐘，得到生物微膠囊。8、生物微膠囊的溶脹比測定稱取購克步驟7得到的生物微膠囊，放入溶脹介質 中，保持30°C恆溫，達溶脹平衡後稱取溼膠囊質量 克，測定溶脹介質pH值，則該pH值時 凝膠溶脹比為所說的溶脹介質由1摩爾/升的NaOH溶液和1摩爾/升的HCl溶液 配製而成。9、生物微膠囊的pH刺激響應性測試稱取0. 3克步驟7得到的生物微膠囊，溶脹 後，將其浸入PH=2和pH=8的溶脹介質中，交替測定生物微膠囊在這兩種介質中的溶脹比， 同時記錄生物微膠囊在兩種介質中的溶脹收縮時間。10、修復效率測試將0. 3克步驟7得到的生物微膠囊加入500毫升新鮮的生活汙 水樣品。生活汙水的PH為7.0，含氨態氮27毫克/升，總氮37毫克/升。緩慢攪拌，反應 8. 5小時後，檢測水樣pH值及氨態氮和總氮含量。實施例3
一種基於PH刺激的生物微膠囊的製備方法為
1、配製質量百分比2. 0%海藻酸鈉的水溶液，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘，冷卻到45°C， 向其中投加其總質量20%的硝酸細菌菌液，攪拌均勻。硝酸細菌菌液的製備方法是用接 種環在固體培養基上接取2環、Nitroscmonas europaea菌苔，接入到培養基中，在140轉/ 分鐘、30°C條件下培養16小時，製得硝酸細菌菌液。所說的培養基的組分及重量含量是 0. 2%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7Η20，0· 5%CaC03，調節 pH 為 7· 1。2、按質量百分比配製含2. 2%明膠和1. 6%氯化鈣的水溶液，調節pH為7. 0，Ill0C 下溼熱滅菌30分鐘。3、按質量百分比配製0. 5%氯化鈣的水溶液，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘。4、按質量百分比配製0. 5%殼聚糖的水溶液，調節pH為5. 0，Ill0C下溼熱滅菌30 分鐘。5、在45°C下，將步驟1得到的加入硝酸細菌菌液的海藻酸鈉水溶液在無菌條件下 按60滴/分鐘的速度滴入步驟2得到的明膠和氯化鈣水溶液中，不斷攪拌；膠珠成型後， 穩定5小時，將膠珠轉移到步驟3得到的氯化鈣水溶液中，二次鈣化15分鐘，然後將膠珠 轉移到步驟4得到的殼聚糖水溶液中，進行二級復凝聚反應3.0小時。最後，利用無菌生 理鹽水浸泡M小時，置於增殖培養基中，增殖72小時。所說的增殖培養基的重量組成是0. 5%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7Η20，0· 5%CaC03，調節 pH 為 7· 1。6、取50毫升圓底燒瓶，向其中加入0. 7克步驟5得到的膠珠、18毫升二次蒸餾水 和3毫升摩爾濃度為3摩爾/升的冰乙酸，攪拌均勻後，加入0. 5克聚乙烯基吡咯烷酮，攪 拌混合均勻後抽真空。7、向步驟6得到的經過聚乙烯基吡咯烷酮改性的膠珠中加入2毫升體積濃度為 37%的甲醛，35。C反應18小時，成膠後取出，用二次蒸餾水浸泡，每天換一次蒸餾水，8天後 取出，在真空乾燥箱中，45°C乾燥10分鐘，得到生物微膠囊。8、生物微膠囊的溶脹比測定稱取購克步驟7得到的生物微膠囊，放入溶脹介質 中，保持35°C恆溫，達溶脹平衡後稱取溼膠囊質量 克，測定溶脹介質PH值，則該pH值時 凝膠溶脹比為所說的溶脹介質由1摩爾/升的NaOH溶液和1摩爾/升的HCl溶液 配製而成。9、生物微膠囊的pH刺激響應性測試稱取0. 7克步驟7得到的生物微膠囊，溶脹 後，將其浸入pH=4和pH=10的溶脹介質中，交替測定生物微膠囊在這兩種介質中的溶脹比， 同時記錄生物微膠囊在兩種介質中的溶脹收縮時間。10、修復效率測試將0. 7克步驟7得到的生物微膠囊加入1000毫升新鮮的生活 汙水樣品中。生活汙水的PH為7. 3，含氨態氮觀毫克/升，總氮40毫克/升。緩慢攪拌， 反應9. 5小時，檢測水樣pH值及氨態氮和總氮含量。
權利要求
1. 一種基於PH信號刺激的生物微膠囊的製備方法，其特徵是其製備方法為(1)、配 制質量百分比2. 0%海藻酸鈉的水溶液，lire下溼熱滅菌30分鐘，冷卻到45°C，向其中投 加其總質量20%的硝酸細菌菌液，攪拌均勻；硝酸細菌菌液的製備方法是用接種環在固體 培養基上接取2環mtrosomorrns europaea菌苔，接入到培養基中，在130-140轉/分鐘、 28-30°C條件下培養16-20小時，製得硝酸細菌菌液；所說的培養基的組分及重量含量是 0. 2% (NH4) 2S04,0. 1%K2HP04,0 . 05%MgS04 · 7H20,0. 2%NaCl，0. 04%FeS04 · 7H20,0. 5%CaC03,調 節pH為7. 0-7. 2 ； (2)、按質量百分比配製含2. 2%明膠和1. 6%氯化鈣的水溶液，調節pH為 5. 5-7. 0，Ill0C下溼熱滅菌30分鐘；(3)、按質量百分比配製0. 5%氯化鈣的水溶液，Ill0C 下溼熱滅菌30分鐘；(4)、按質量百分比配製0. 5%殼聚糖的水溶液，調節pH為3. 0-5. 0， Ill0C下溼熱滅菌30分鐘；(5)、在40-45°C下，將步驟1得到的加入硝酸細菌菌液的海藻 酸鈉水溶液在無菌條件下按40-60滴/分鐘的速度滴入步驟2得到的明膠和氯化鈣水溶液 中，不斷攪拌；膠珠成型後，穩定3. 5-5小時，將膠珠轉移到步驟3得到的氯化鈣水溶液中， 二次鈣化10-15分鐘，然後將膠珠轉移到步驟4得到的殼聚糖水溶液中，進行二級復凝聚反 應2-3小時；最後，利用無菌生理鹽水浸泡6-24小時，置於增殖培養基中，增殖36-72小時； 所說的增殖培養基的重量組成是0· 5%(NH4)2SO4jO. 1%Κ2ΗΡ04，0· 05%MgS04 · 7Η20，0· 2%NaCl, 0. 04%FeS04 · 7Η20，0· 5%CaC03，調節pH為7. 0-7. 2 ;(6)、取50毫升圓底燒瓶，向其中加入 0. 3-0. 7克步驟5得到的膠珠、12-18毫升二次蒸餾水和1_3毫升摩爾濃度為3摩爾/升 的冰乙酸，攪拌均勻後，加入0. 1-0. 5克聚乙烯基吡咯烷酮，攪拌混合均勻後抽真空；(7)、 向步驟6得到的經過聚乙烯基吡咯烷酮改性的膠珠中加入2毫升體積濃度為37%的甲醛， 25-35°C反應18-36小時，成膠後取出，用二次蒸餾水浸泡，每天換一次蒸餾水，6_8天後取 出，在真空乾燥箱中，35-45°C乾燥10-20分鐘，得到生物微膠囊；(8)、生物微膠囊的溶脹比 測定稱取&克步驟7得到的生物微膠囊，放入溶脹介質中，保持25-35°C恆溫，達溶脹平衡 後稱取溼膠囊質量 克，測定溶脹介質PH值，則該pH值時凝膠溶脹比為 / 。；所說的溶脹 介質由1摩爾/升的NaOH溶液和1摩爾/升的HCl溶液配製而成；(9)、生物微膠囊的pH 刺激響應性測試稱取0. 3-0. 7克步驟7得到的生物微膠囊，溶脹後，將其浸入pH=2-4和 PH=S-IO的溶脹介質中，交替測定生物微膠囊在這兩種介質中的溶脹比，同時記錄生物微膠 囊在兩種介質中的溶脹收縮時間；(10)、修復效率測試將0. 3-0. 7克步驟7得到的生物 微膠囊加入500-1000毫升、新鮮的生活汙水樣品中；生活汙水的pH為7. 0-7. 3，含氨態氮 23-28毫克/升，總氮35-42毫克/升；緩慢攪拌，反應4. 5-9. 5小時後，檢測水樣pH值及 氨態氮和總氮含量。
全文摘要
一種基於pH信號刺激的生物微膠囊的製備方法，採用交聯技術，形成海藻酸鈉-殼聚糖-明膠二次復凝聚產物與聚乙烯基吡咯烷酮半互穿網絡結構的生物微膠囊，生物微膠囊的體積隨pH值變化發生可逆的溶脹和收縮。海藻酸鈉-殼聚糖-明膠二次復凝聚產物表面進行了聚乙烯基吡咯烷酮改性,製得的生物微膠囊具有敏感的pH刺激響應、優異的緩釋性能和較高的脫氮效率。
文檔編號C02F3/34GK102093995SQ20101057890
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者孫鐵珩, 李海波, 李英華, 王洪 申請人:瀋陽大學