一種脂肽改性鈉基蒙脫土、製備方法及其應用的製作方法

2023-04-24 20:44:41

一種脂肽改性鈉基蒙脫土、製備方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明屬於生物材料製備【技術領域】，提供一種脂肽改性鈉基蒙脫土、製備方法及其應用。該脂肽改性鈉基蒙脫土採用脂肽與鈉基蒙脫土進行混合、反應，脂肽與鈉基蒙脫土的質量百分比為1:10-1:100，進一步地，質量百分比為1:50，脂肽以解澱粉芽孢桿菌XZ-173為發酵菌種，通過固體發酵生產方式獲得。本發明生產的脂肽具有優異的表面活性，無毒、可生物降解。生產的脂肽改性鈉基蒙脫土，吸附位點和吸附量均得到增加；質子傳動力減弱，吸附速率提升，對重金屬有更強的吸附性能，並且本發明提供的脂肽改性鈉基蒙脫土具有良好的再生性能。解決了現有技術中，廢水中重金屬吸附效率不高，吸附材料使用重複性低的問題，是真正的資源節約型和環境友好型的生物材料及改進方法。CGMCC No.41602010.09.14
【專利說明】一種脂肽改性鈉基蒙脫土、製備方法及其應用

【技術領域】
[0001] 本發明屬於生物材料製備【技術領域】，涉及一種脂肽改性鈉基蒙脫土、製備方法及 其應用，具體涉及在製備該脂肽改性鈉基蒙脫土過程中使用的脂肽、脂肽的製備方法、利用 該脂肽改性鈉基蒙脫土生產的脂肽改性吸附材料及脂肽改性鈉基蒙脫土和脂肽改性吸附 材料在去除廢水中重金屬的應用。

【背景技術】
[0002] 重金屬比一般的有機汙染物持久性更長，由於其不能被微生物降解且在極低的濃 度下仍然表現出高毒性等特點，已經成為當今最嚴重的環境問題之一。冶金、電鍍、採礦、化 工和染料等工業生產過程中，都會產生大量含重金屬的廢水，對周圍的水生和陸生環境具 有潛在的危害性。大量研究表明，水體中的重金屬會通過食物鏈在生物體內富集，造成動 物、植物和人類非常嚴重的健康問題。為了保護和改善人類的生存環境，必須對廢水中的重 金屬離子進行處理，防止它們對生態系統的進一步破壞。
[0003] 目前，去除水中重金屬離子的方法主要有電化學沉降、離子交換、物理吸附和膜分 離等。其中，使用吸附來治理水體重金屬汙染具有操作簡單、經濟、多功能和可回收等優點， 在工業上應用較為廣泛。鈉基蒙脫土是一類由兩層Si-O四面體和一層Al-O八面體組成的 矽酸鹽礦物，層間陽離子主要為Na+，它是一種廉價高效的吸附材料，具有較大的比表面積 和陽離子交換容量，具有去除廢水中的重金屬離子的應用潛能。但目前，鈉基蒙脫土去除廢 水中的重金屬離子效果不夠穩定，洗脫過程複雜，難以回收再利用，因此，成本較高。
[0004] 脂肽具有降低表面張力，穩定乳化液和增加泡沫等作用外，還具備一般表面活性 劑所不具備的無毒、生物降解性和更強的表面和界面活性、對熱的穩定性、對離子強度的穩 定性、破乳性、在極端PH下也有效等優點，尤其適用於石油工業、日用化工、環境治理、製造 業等領域。使用脂肽進行改性可以有效增加鈉基蒙脫土的吸附量和吸附速率，且脂肽溶液 能夠脫附被改性材料吸附的重金屬離子，洗脫後的溶液可通過先調PH再離心的方法回收 脂肽，比較環保，因而，脂肽及其改性鈉基蒙脫土在治理廢水重金屬汙染方面有很大的應 用價值。
[0005] 但目前，並沒有一種方法能有效地將脂肽和鈉基蒙脫土結合，發揮其在治理廢水 重金屬汙染方面應有的價值。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的是解決現有技術中廢水中重金屬吸附效率不高，吸附材料使用重複 性低的問題，提供一種脂肽改性鈉基蒙脫土及其製備方法及利用該脂肽改性鈉基蒙脫土獲 得的高效去除廢水中重金屬離子的吸附材料。
[0007] 1.本發明提供一種脂肽，該脂肽以解澱粉芽孢桿菌XZ-173,保藏號為CGMCC NO. 4160為發酵菌種，通過固體發酵生產方式生產獲得的。 該解澱粉芽孢桿菌XZ-173,分類命名為解澱粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens)，於2010年9月14日在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物 中心保藏，地址：北京市朝陽區北辰西路1號院3號中國科學院微生物研究所。
[0008] 2.本發明還提供一種脂肽改性鈉基蒙脫土，該脂肽改性鈉基蒙脫土採用上述1提 供的脂肽，與鈉基蒙脫土進行復配，其中，脂肽與鈉基蒙脫土的質量百分比為1:10-1:100。
[0009] 3.上述2提供的脂肽改性鈉基蒙脫土，其中脂肽與鈉基蒙脫土的質量百分比為 1:50。
[0010] 4.上述2或3提供的脂肽改性鈉基蒙脫土的製備方法，包括如下步驟：
[0011] 1)將鈉基蒙脫土研磨過篩，50?60°C烘乾待用；
[0012] 2)將上述1提供的脂肽溶於去離子水中，經攪拌均勻製得不同濃度的處理液；其 中，脂肽與水的質量比為0.5-1:1000 ;
[0013] 3)將鈉基蒙脫土加入到步驟2)製得的處理液中，調節pH為6. 5?7. 5,添加 0. 005?0.Olmol/LNaNO3作為背景電解質來維持恆定的離子強度，製得反應液；其中，鈉基 蒙脫土與水的質量比為10-50:1000 ;
[0014] 4)將反應液先在25?30°C下攪拌2?4h，然後再室溫靜置12?18h，離心後用 去離子水洗滌3?5次，在50?60°C下烘乾，研磨過篩，製得脂肽改性鈉基蒙脫土。
[0015]其中，步驟1)、步驟4)研磨後的鈉基蒙脫土和研磨後的脂肽改性鈉基蒙脫土均過 200目篩進行篩分。
[0016] 5.上述4提供的脂肽改性鈉基蒙脫土的製備方法，其中，步驟2)採用的脂肽具體 製備過程如下：
[0017] 1)菌體活化：將產脂肽的解澱粉芽孢桿菌XZ-173,保藏號CGMCCNO. 4160接入LB 液體培養基中，30°C170rpm培養24h作為種子液；其中，LB液體培養基包括蛋白腖10g/L， 酵母提取物5g/L，氯化鈉10g/L;
[0018] 2)擴大培養：種子液按體積/質量10%的量接入到裝有固體發酵培養基的250mL 三角瓶中，紗布封口，置於30°C恆溫培養箱中發酵2天；其中，固體發酵培養基包括5g黃豆 粉，3g秸杆，0. 15g澱粉，0. 15g酵母提取物，含水量55 %，pH為7. 0?7. 5。
[0019] 6.權利要求5所述的脂肽改性鈉基蒙脫土的製備方法，其特徵在於：步驟2)採用 的脂肽純化步驟如下：將固體發酵後產物與去離子水按質量/體積1:10的比例混合，室溫 振蕩0. 5?lh，離心去除不溶物質；用6mol/L的HCl調上清液pH為2. 0,出現白色絮狀沉 澱，4°C靜置8?12h，IOOOOrpm離心20min收集沉澱；沉澱用二氯甲燒抽提，旋轉蒸發去除 有機溶劑，用無菌水溶殘留物並調PH為中性，冷凍乾燥成粉末，即為所需脂肽。
[0020] 7.本發明還提供一種脂肽改性吸附材料，其包括上述2或3提供的脂肽改性鈉基 蒙脫土。
[0021] 8.上述2或3提供的脂肽改性鈉基蒙脫土在去除廢水中重金屬的應用。
[0022] 9.上述7提供的脂肽改性吸附材料在去除廢水中重金屬的應用。
[0023] 本發明的有益效果：
[0024] 1.本發明生產的脂肽採用微生物進行固體發酵，產生的脂肽具有獨特的活性結 構，具有優異的表面活性，無毒、可生物降解。利用本發明提供的菌株進行固體發酵生產的 脂肽，對重金屬有解吸附作用，可以洗脫脂肽改性鈉基蒙脫土上吸附的重金屬，且洗脫液重 金屬的回收技術簡單，生產成本低，不會對環境產生汙染。
[0025] 2.本發明提供的脂肽改性鈉基蒙脫土，能增加鈉基蒙脫土表面的吸附位點，增大 吸附量；減弱質子傳動力，提升吸附速率，使得脂肽改性的鈉基蒙脫土具有對重金屬有更強 的吸附性能。經過試驗，經脂肽改性後的鈉基蒙脫土對廢水中銅、鋅、鎘、鉛和汞的去除率分 別可以達到36. 8%、33. 1%、29. 2%、42. 1%和27. 7%，相比於改性前的鈉基蒙脫土原土吸 附性能提高18. 7%?86. 3%，吸附平衡時間縮短60%，使廢水中的重金屬得到有效去除， 確保工業廢水的達標排放。
[0026] 3.本發明提供的脂肽改性鈉基蒙脫土具有良好的再生性能，經過5次吸附和解吸 附循環處理後，對不同重金屬離子的再生效率仍能保持在70 %以上，在多種重金屬離子共 存的複雜系統中也表現出良好的吸附性能。
[0027] 4.採用脂肽改性鈉基蒙脫土生產的吸附材料，生產成本較低，約為每千克60?70 元，在實際應用上有明顯的經濟優勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1不同配比脂肽改性鈉基蒙脫土與鈉基蒙脫土原土對重金屬離子的對比吸附 效果
[0029] 圖2不同配比脂肽改性鈉基蒙脫土與鈉基蒙脫土原土對重金屬離子的對比吸附 動力學
[0030] 圖3脂肽改性鈉基蒙脫土（1 : 50)吸附的重金屬離子在不同濃度脂肽溶液中的 解吸附效果 該解澱粉芽孢桿菌XZ-173,分類命名為解澱粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens)，於2010年9月14日在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物 中心保藏，保藏號為CGMCCNo. 4160,地址：北京市朝陽區北辰西路1號院3號中國科學院 微生物研究所。

【具體實施方式】
[0031] 下面結合實施例對本發明做進一步說明，下列實施例中未註明具體條件的實驗方 法，通常按照本領域的公知手段。
[0032] 實施例1
[0033] 脂肽的生產和提取
[0034] 將產脂肽的解澱粉芽孢桿菌XZ-173,保藏號CGMCCNO. 4180,取一環接入LB液體 培養基（g/L，蛋白腖10,酵母提取物5,氯化鈉10)中，在恆溫振蕩箱中30°C170rpm培養 24h作為種子液。在無菌條件下，將種子液按10% (v/w)的量接入到裝有固體發酵培養基 (5g黃豆粉，3g秸杆，0.15g澱粉，0.15g酵母提取物，含水量55%，pH7.5)的250mL三角瓶 中，紗布封口，置於30°C恆溫培養箱中發酵2天。
[0035] 將固體發酵後的產物與去離子水按l:10(w/v)的比例混合，室溫振蕩lh，離心 去除不溶物質。用6mol/L的HCl調上清液pH為2. 0,出現白色絮狀沉澱，4°C靜置過夜， IOOOOrpm離心20min收集沉澱。沉澱用二氯甲燒抽提，旋轉蒸發去除有機溶劑，用無菌水 溶殘留物並調PH為中性，冷凍乾燥成粉末，即為本發明所需的脂肽。
[0036] 實施例2
[0037] 脂肽改性鈉基蒙脫土的製備
[0038] 1)將鈉基蒙脫土（浙江三鼎技術有限公司，純度90% )研磨過200目篩，50°C烘 幹待用；
[0039] 2)將0. 5份質量的脂肽溶於1000份質量的去離子水中，經攪拌均勻製得處理液；
[0040] 3)將10份質量步驟1)製得的鈉基蒙脫土加入到步驟2)製得的處理液中，調節 pH為6. 5,添加0. 005mol/LNaNO3作為背景電解質來維持恆定的離子強度，製得反應液。
[0041] 4)將反應液先在25°C下攪拌2h，然後再室溫靜置12h，離心後用去離子水洗滌 3?5次，在50°C下烘乾，研磨過200目篩，製得配比為1:20的脂肽改性鈉基蒙脫土（1:20)。
[0042] 實施例3
[0043] 脂肽改性鈉基蒙脫土的製備
[0044] 1)將鈉基蒙脫土（浙江三鼎技術有限公司，純度90% )研磨過200目篩，60°C烘 幹待用；
[0045] 2)將1份質量的脂肽溶於1000份質量的去離子水中，經攪拌均勻製得處理液；
[0046] 3)將50份質量步驟1)製得的鈉基蒙脫土加入到步驟2)製得的處理液中，調節 pH為7. 5,添加0.Olmol/LNaNO3作為背景電解質來維持恆定的離子強度，製得反應液。
[0047] 4)將反應液先在30°C下攪拌4h，然後再室溫靜置18h，離心後用去離子水洗滌 3?5次，在60°C下烘乾，研磨過200目篩，製得配比為1:50的脂肽改性鈉基蒙脫土（1:50)。
[0048] 實施例4
[0049] 脂肽改性鈉基蒙脫土的製備
[0050] 1)將鈉基蒙脫土（浙江三鼎技術有限公司，純度90% )研磨過200目篩，60°C烘 幹待用；
[0051] 2)將1份質量的脂肽溶於1000份質量的去離子水中，經攪拌均勻製得處理液；
[0052] 3)將10份質量步驟1)製得的鈉基蒙脫土加入到步驟2)製得的處理液中，調節 pH為7. 0,添加0.Olmol/LNaNO3作為背景電解質來維持恆定的離子強度，製得反應液。
[0053] 4)將反應液先在25°C下攪拌2h，然後再室溫靜置12h，離心後用去離子水洗滌 3?5次，在60°C下烘乾，研磨過200目篩，製得配比為1:10的脂肽改性鈉基蒙脫土（1:10)。
[0054] 實施例5
[0055] 脂肽改性鈉基蒙脫土的製備
[0056] 1)將鈉基蒙脫土（浙江三鼎技術有限公司，純度90% )研磨過200目篩，60°C烘 幹待用；
[0057] 2)將0. 5份質量的脂肽溶於1000份質量的去離子水中，經攪拌均勻製得處理液；
[0058] 3)將50份質量步驟1)製得的鈉基蒙脫土加入到步驟2)製得的處理液中，調節 pH為7. 0,添加0.Olmol/LNaNO3作為背景電解質來維持恆定的離子強度，製得反應液。
[0059] 4)將反應液先在25°C下攪拌2h，然後再室溫靜置12h，離心後用去離子水洗 滌3?5次，在60°C下烘乾，研磨過200目篩，製得配比為1:100的脂肽改性鈉基蒙脫土 (1:100)。
[0060] 實施例6
[0061] 脂肽改性鈉基蒙脫土的製備
[0062] 1)將鈉基蒙脫土（浙江三鼎技術有限公司，純度90% )研磨過200目篩，60°C烘 幹待用；
[0063] 2)將1份質量的脂肽溶於1000份質量的去離子水中，經攪拌均勻製得處理液；
[0064] 3)將50份質量步驟1)製得的鈉基蒙脫土加入到步驟2)製得的處理液中，調節 pH為7. 0,添加0. Olmol/L NaNO3作為背景電解質來維持恆定的離子強度，製得反應液。[0065] 4)將反應液先在25°C下攪拌2h，然後再室溫靜置12h，離心後用去離子水洗滌 3?5次，在60°C下烘乾，研磨過200目篩，製得配比為1:50的脂肽改性鈉基蒙脫土（1:50)。[0066]實施例7
[0067]按照實施例4、5、6的製備方法製備得到不同配比的脂肽改性鈉基蒙脫土（脂肽與 鈉基蒙脫土質量比為1:10、1:50、1:100)
[0068]吸附效果試驗
[0069] 1?脂肽改性吸附材料對重金屬的吸附能力
[0070]分別在不同的250mL三角瓶中加入50mL濃度為100mg/L的單一重金屬（Cu2+， Zn2+，Cd2+，Pb2+或Hg2+)溶液，添加0. Olmol/L NaNOJt為背景電解質來維持恆定的離子強 度，調節溶液PH為5,然後分別加入0. Ig不同配比的脂肽改性鈉基蒙脫土，以添加等量 的鈉基蒙脫土原土作為對照，混勻，置於25°C恆溫振蕩箱中150rpm振蕩吸附處理。反應 24h後，於4000rpm離心20min，上清液過0. 22 ii m濾膜，用電感稱合等離子體發射光譜儀 (710ICP-0ES)測定上清液中重金屬離子的濃度，根據初始濃度和平衡濃度的差值使用下式 計算出吸附劑對不同重金屬離子的吸附量：

【權利要求】
1. 一種脂肽，其特徵在於：該脂肽以解澱粉芽孢桿菌XZ-173,保藏號為CGMCC N0.4160 為發酵菌種，通過固體發酵生產方式生產獲得的。
2. -種脂肽改性鈉基蒙脫土，其特徵在於：脂肽改性鈉基蒙脫土中採用權利要求1所 述的脂肽，與鈉基蒙脫土混合、反應，其中，脂肽與鈉基蒙脫土的質量百分比為1:10-1:100。
3. 權利要求2所述的脂肽改性鈉基蒙脫土，其特徵在於：脂肽改性鈉基蒙脫土中脂肽 與鈉基蒙脫土的質量百分比為1:50。
4. 權利要求2或3所述脂肽改性鈉基蒙脫土的製備方法，其特徵在於：該製備方法包 括如下步驟： 1) 將鈉基蒙脫土研磨過篩，50?60°C烘乾待用； 2) 將權利要求1所述脂肽溶於去離子水中，經攪拌均勻製得處理液；其中，脂肽與水的 質量比為0. 5-1:1000 ; 3) 將鈉基蒙脫土加入到步驟2)製得的處理液中，調節pH為6. 5?7. 5,添加0. 005? 0.01m〇l/L NaN03作為背景電解質來維持恆定的離子強度，製得反應液；其中，鈉基蒙脫土 與水的質量比為10-50:1000 ; 4) 將反應液先在25?30°C下攪拌2?4h，然後再室溫靜置12?18h，離心後用去離 子水洗滌3?5次，在50?60°C下烘乾，研磨過篩，製得脂肽改性鈉基蒙脫土。
5. 權利要求4所述的脂肽改性鈉基蒙脫土的製備方法，其特徵在於：步驟2)採用的脂 肽具體製備過程如下： 1) 菌體活化：將產脂肽的解澱粉芽孢桿菌XZ-173,保藏號CGMCC勵.4160接入1^液體 培養基中，30°C 170rpm培養24h作為種子液；其中，LB液體培養基包括蛋白腖10g/L，酵母 提取物5g/L，氯化鈉10g/L ; 2) 擴大培養：種子液按體積/質量10%的量接入到裝有固體發酵培養基的250mL三角 瓶中，紗布封口，置於30°C恆溫培養箱中發酵2天；其中，固體發酵培養基包括5g黃豆粉， 3g秸杆，0. 15g澱粉，0. 15g酵母提取物，含水量55%，pH為7. 0?7. 5。
6. 權利要求5所述的脂肽改性鈉基蒙脫土的製備方法，其特徵在於：步驟2)採用的脂 肽純化步驟如下：將固體發酵後產物與去離子水按質量/體積1:10的比例混合，室溫振蕩 0· 5?lh，離心去除不溶物質；用6mol/L的HC1調上清液pH為2. 0,出現白色絮狀沉澱，4°C 靜置8?12h，lOOOOrpm離心20min收集沉澱；沉澱用二氯甲燒抽提，旋轉蒸發去除有機溶 齊U，用無菌水溶殘留物並調PH為中性，冷凍乾燥成粉末，即為所需脂肽。
7. -種脂肽改性吸附材料，其特徵在於：包括權利要求2或3所述脂肽改性鈉基蒙脫 土。
8. 權利要求2或3所述的脂肽改性鈉基蒙脫土在去除廢水中重金屬的應用。
9. 權利要求7所述的脂肽改性吸附材料在去除廢水中重金屬的應用。
【文檔編號】C12R1/07GK104262470SQ201410472265
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】朱震, 冉煒, 吳彥良, 餘光輝, 沈其榮 申請人:南京農業大學