專利名稱：一種利用聚氨酯海綿固定白腐真菌去除水中2,4-二氯苯酚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物固定化載體，更具體來講，本發(fā)明涉及一種結(jié)合化學(xué)吸附作 用的聚氨酯海綿生物固定化載體，以及使用該固定化載體去除水中2， 4- 二氯苯酚的方法。
背景技術(shù)：
氯酚類物質(zhì)是一類難降解化合物，長期以來被廣泛應(yīng)用于木材防腐、殺蟲劑以及 除草劑的生產(chǎn)。其中，2， 4-二氯苯酚是一種有毒、難降解的污染物，廣泛存在于農(nóng)藥、染料和 增塑劑等的生產(chǎn)廢水中。美國、中國等國家已把其列入水中有害物質(zhì)或優(yōu)先污染物黑名單。 因此，如何消除環(huán)境中氯酚類化合物的污染成為受到廣泛重視的課題。目前，隨著在環(huán)保以 及可持續(xù)發(fā)展方面的要求不斷提高，出現(xiàn)了多種用于控制氯酚污染的方法，其中的一種途 徑即為水處理生物反應(yīng)。盡管生物處理也存在一些問題，但是由于它的低成本使它仍然是 解決氯酚類化合物污染問題的最好方法。 近年來，許多研究表明在含氯酚類化合物廢水處理中白腐真菌是很有發(fā)展前景的 微生物。白腐真菌是一類可以降解木質(zhì)素的絲狀真菌，由于其特有的木質(zhì)素降解酶系，白腐 真菌能非特異性地降解氯酚類、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、染料等難降解有機污染物，并能夠?qū)?氯酚類化合物徹底降解為二氧化碳和水。如果將其大規(guī)模應(yīng)用于水處理生物反應(yīng)，可有效 控制水處理成本。但是沒有經(jīng)過處理的白腐真菌在生長的過程中菌絲不斷伸長，容易被振 蕩產(chǎn)生的機械剪切力破壞，進而影響其正常生長，抑制酶活。為了達(dá)到更好的降解效果，勢 必需要選擇特定的載體來固定白腐真菌，以期更徹底地降解水中氯酚類污染物。
生物固定化技術(shù)是通過一定的固定化手段讓微生物附著生長在載體里的技術(shù)。固 定化微生物技術(shù)以其在重復(fù)利用性和穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢具有良好的應(yīng)用前景。按照固定載 體及固定方式不同，生物固定化方法大致可以分成吸附法、包埋法、交聯(lián)法和共價鍵結(jié)合法 四種。交聯(lián)法和共價鍵結(jié)合法都是利用兩個或兩個以上的功能團制劑，直接與微生物肽鏈 某些氨基酸殘基進行交聯(lián)反應(yīng)，從而與微生物形成共價鍵使微生物固定化的方法(例如參 見中國專利公開文件CN 1478734A)。但這兩種方法化學(xué)反應(yīng)激烈，對微生物活性影響較大， 使用的交聯(lián)劑大多有毒且價格昂貴，從而限制其在實際中的應(yīng)用。包埋法是用高分子水凝 膠材料形成將微生物固定化的網(wǎng)絡(luò)、微囊等，或利用水溶單體聚合形成凝膠時將微生物包 埋在其內(nèi)(例如參見中國專利公開文件CN 1277942A)。該方法對微生物活性影響較小，但 因其載體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的阻礙而不利于傳質(zhì)，且水凝膠耐沖擊性不佳、壽命短。而一般吸附法所 采用的載體強度較低，在厭氧條件下易被微生物分解且傳質(zhì)性能較差，在進行微生物固定 時易造成細(xì)胞失活。 相比之下，聚氨酯作為一類高分子材料物化性能穩(wěn)定，價格低廉，易于處理回收， 作為細(xì)胞固定化載體具有應(yīng)用研究的潛力。以聚氨酯海綿作為固定生物載體具有如下優(yōu) 勢首先是多孔性與親水性；其次，聚氨酯海綿化學(xué)性能穩(wěn)定，在酸/堿性水溶液中不溶解、 抗水解能力強；再者，聚氨酯的生物承載量和傳質(zhì)速率高，相容性好，可以有效吸附固定微生物，適用于對多種污水執(zhí)行生物反應(yīng)處理。此外，聚氨酯海綿具有可靠的生物安全性，利 于微生物附著生長。迄今為止，還未出現(xiàn)使用聚氨酯海綿作為生物固定化載體的報道。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述考慮，本發(fā)明的目的是提供一種利用具有較強吸附能力的生物載體固定
白腐真菌去除水中2，4-二氯苯酚的方法。該方法可保持聚氨酯泡沫與微生物結(jié)合處理污
水所具有的優(yōu)點，同時又能克服一般固定化方法載體強度和傳質(zhì)性能的不足。該方法可以
避免白腐真菌細(xì)胞在固定時失活，改善載體強度，還可以提高固定化白腐真菌對2，4-二氯
苯酚的去除率。本發(fā)明通過選擇載體的原料并對其進行加工實現(xiàn)了上述目的。 根據(jù)本發(fā)明的一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N用于水處理的聚氨酯海綿生物固定化載
體的方法，該方法包括步驟 1)將聚氨酯海綿切割成大小為2X1X1立方厘米的長方體，室溫下，在體積分?jǐn)?shù) 為70%的乙醇溶液中浸泡4小時，除去海綿碎屑； 2)用超純水將上述聚氨酯海綿清洗3次，將烘箱溫度設(shè)為12(TC焙干； 3)將得到的塊狀聚氨酯海綿放入裝有無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶中，每100毫升
無機鹽液體培養(yǎng)基中加入2塊海綿； 4)超聲處理30分鐘； 5)12rC高溫滅菌20分鐘，滅菌結(jié)束后冷卻至室溫即獲得固定化用的聚氨酯海綿 載體； 通過上述方法得到的載體表面多孔性良好，可以吸附固定微生物。所述聚氨酯海 綿載體是一種由海綿塑料構(gòu)成的基體，具有能允許載體內(nèi)部與外面自由進行液體和氣體交 換的貫通式孔隙。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本申請?zhí)峁┝斯潭ɑ赘婢コ?，4-二氯苯酚 的方法，該方法包括步驟 1)將于-S(TC條件下低溫貯存的白腐真菌菌種通過梯度升溫進行化凍，靜置至室 溫，在無菌條件下接入無機鹽液體培養(yǎng)基中； 2)將裝有無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶放入恒溫?fù)u床中靜置12小時，進行白腐真 菌與載體的固定化反應(yīng)，獲得固定化白腐真菌；
3)提高搖床的轉(zhuǎn)速，恒溫振蕩培養(yǎng)； 4)菌種培養(yǎng)至對數(shù)生長前期，向錐形瓶中加入2，4_ 二氯苯酚廢水； 5)用高效液相色譜儀測定12小時內(nèi)2，4-二氯苯酚的殘留，進樣前將樣品在6000
轉(zhuǎn)/分條件下離心20分鐘，取上清液。 本發(fā)明中，所述的無機鹽液體培養(yǎng)基組成成分為葡萄糖10克/升，酒石酸銨 0. 22克/升，磷酸二氫鉀0. 2克/升，硫酸鎂0. 05克/升，氯化鈣0. 01克/升，維生素
毫克/升。 本發(fā)明中，所述的白腐真菌優(yōu)選使用黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)。


下面結(jié)合附圖和實施例對本方法進一步說明。 圖1游離態(tài)與固定化白腐真菌降解2，4_ 二氯苯酚(初始濃度為10mg/L)比較。
具體實施例方式
下文將結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明作詳細(xì)的介紹，但這些描述僅是示例性的。 通過在體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶液中浸泡，除去海綿碎屑，得到一種聚氨酯生物固定化載 體。其表現(xiàn)出多孔性與親水性的特性；化學(xué)性能穩(wěn)定，在酸/堿性水溶液中不溶解、抗水解 能力強；生物承載量和傳質(zhì)速率高，相容性好，可以有效吸附固定微生物，適用于對多種污 水執(zhí)行生物反應(yīng)處理。此外，聚氨酯海綿具有可靠的生物安全性，利于微生物附著生長。本 方法成功實現(xiàn)了白腐真菌固定化細(xì)胞活性高及規(guī)?；苽洹?將聚氨酯海綿切割成大小為2X1X1立方厘米的長方體。室溫下，在體積分?jǐn)?shù)為 70%的乙醇溶液中浸泡4小時，除去海綿碎屑。將上述聚氨酯海綿用超純水清洗3次，將烘 箱溫度設(shè)為12(TC焙干。將得到的塊狀聚氨酯海綿放入錐形瓶中，每100毫升無機鹽液體培 養(yǎng)基中加入2塊海綿，調(diào)節(jié)pH至4 6，使用功率200瓦、頻率40千赫茲的超聲波清洗器超 聲處理30分鐘，置于12rC高溫滅菌20分鐘。滅菌結(jié)束并冷卻至室溫后，用注射器和針頭 式過濾器(帶膜滅菌)向無機鹽液體培養(yǎng)基中加入無菌20%葡萄糖溶液，在無菌條件下接 種白腐真菌，再將裝有無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶放入溫度恒定的搖床中靜置12小時，進 行白腐真菌與載體的固定化反應(yīng)。然后將搖床的轉(zhuǎn)速提高，恒溫振蕩培養(yǎng)培養(yǎng)至菌種對數(shù) 生長前期，向含有高效微生物和無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶中加入一定濃度2，4-二氯苯 酚廢水。利用高效液相色譜儀測定一段時間內(nèi)氯酚的殘留，進樣前將樣品在6000轉(zhuǎn)/分的 條件下離心2分鐘，取上清液。 以黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)降解水中的2， 4_ 二氯苯酚 為例 1.聚氨酯海綿的預(yù)處理 1)將聚氨酯海綿切割成大小為2X1X1立方厘米的長方體，室溫下，在體積分?jǐn)?shù) 為70%的乙醇溶液中浸泡4小時，除去海綿碎屑； 2)用超純水將上述聚氨酯海綿清洗3次，將烘箱溫度設(shè)為12(TC焙干； 3)將得到的塊狀聚氨酯海綿放入裝有無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶中，每100毫升
無機鹽液體培養(yǎng)基中加入2塊海綿，調(diào)節(jié)pH至4. 5 ; 4)使用功率200瓦、頻率40千赫茲的超聲波清洗器超聲處理30分鐘；
5) 12rC高溫滅菌20分鐘，滅菌結(jié)束冷卻至室溫； 6)用注射器和針頭式過濾器(帶膜滅菌)向IOO毫升無機鹽液體培養(yǎng)基中過濾加 入5毫升無菌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的葡萄糖溶液，保持無機鹽液體培養(yǎng)基中葡萄糖終濃度為4 克/升； 7)用注射器和針頭式過濾器(帶膜滅菌)向IOO毫升無機鹽液體培養(yǎng)基中過濾加 入25微升濃度為100克/升的無菌維生素B工溶液，保持液體培養(yǎng)基中維生素B工終濃度為 25毫克/升。 2.固定化白腐真菌的制備及水中2，4-二氯苯酚的去除
1)將于-S(TC條件下低溫貯存的白腐真菌菌種通過梯度升溫進行化凍，靜置至室
溫，在無菌條件下接入無機鹽液體培養(yǎng)基中，接種量為1乂105個孢子/毫升； 2)將裝有無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶放入溫度為3(TC的恒溫?fù)u床中靜置12小
時，進行白腐真菌與載體的固定化反應(yīng)，獲得固定化白腐真菌； 3)將搖床的轉(zhuǎn)速提高至160轉(zhuǎn)/分，于3(TC條件下恒溫振蕩培養(yǎng)； 4)培養(yǎng)7天后，向含有白腐真菌和無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶中加入含有2，4-二
氯苯酚的廢水，保持錐形瓶內(nèi)溶液中2，4-二氯苯酚的初始濃度為10毫克/升； 5)用高效液相色譜儀測定12小時內(nèi)2，4-二氯苯酚的殘留，進樣前將樣品在6000
轉(zhuǎn)/分條件下離心20分鐘，取上清液。 以游離態(tài)白腐真菌和空載體(不含白腐真菌)作為對照組，以固定化白腐真菌為 實驗組，實驗結(jié)果如圖1。實驗結(jié)果顯示，12小時內(nèi)對2，4-二氯苯酚的去除率只有14%。 雖然在實驗中發(fā)現(xiàn)，聚氨酯海綿對氯酚類污染物有一定的吸附效果，但采用本方法固定化 的白腐真菌對2，4-二氯苯酚的平均去除率達(dá)到了 79%以上。并且實驗中發(fā)現(xiàn)采用本方法 制備的固定化白腐真菌在聚氨酯海綿表面聚集成團，呈橢球狀，菌落生長狀態(tài)良好，顯著提 高了白腐真菌對2， 4- 二氯苯酚的降解率。 本方法的有益效果是固定化白腐真菌強度高，彈性好，不易破碎，利于長期反復(fù) 使用，可有效降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)規(guī)模化制備；而且采用本方法制備的固定化白腐真菌與產(chǎn) 物容易分離，簡化了分離工序的同時還可獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品；另外，本方法所采用的聚氨酯 海綿載體不易被微生物分解也不易造成微生物失活，且固定化操作簡單，并可顯著提高固 定化白腐真菌對2，4-二氯苯酚的降解率，具有良好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種利用聚氨酯海綿固定白腐真菌去除水中2，4-二氯苯酚的方法，該方法包括步驟1)載體的預(yù)處理a)將聚氨酯海綿切割成大小為2×1×1立方厘米的長方體，室溫下，在體積分?jǐn)?shù)為70％的乙醇溶液中浸泡4小時，除去海綿碎屑；b)用超純水將上述聚氨酯海綿清洗3次，將烘箱溫度設(shè)為120℃焙干；c)將得到的塊狀聚氨酯海綿放入裝有無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶中，每100毫升無機鹽液體培養(yǎng)基中加入2塊海綿；d)超聲處理30分鐘；e)121℃高溫滅菌20分鐘，滅菌結(jié)束后冷卻至室溫即獲得固定化用的聚氨酯海綿載體；2)白腐真菌的固定化及水中2，4-二氯苯酚的去除a)將于-80℃條件下低溫貯存的白腐真菌菌種通過梯度升溫進行化凍，靜置至室溫，在無菌條件下接入無機鹽液體培養(yǎng)基中；b)將裝有無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶放入恒溫?fù)u床中靜置12小時，進行白腐真菌與載體的固定化反應(yīng)，獲得固定化白腐真菌；c)提高搖床的轉(zhuǎn)速，恒溫振蕩培養(yǎng)；d)菌種培養(yǎng)至對數(shù)生長前期，向含有白腐真菌和無機鹽液體培養(yǎng)基的錐形瓶中加入含有2，4-二氯苯酚的廢水；e)用高效液相色譜儀測定12小時內(nèi)2，4-二氯苯酚的殘留，進樣前將樣品在6000轉(zhuǎn)/分條件下離心20分鐘，取上清液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的聚氨酯海綿載體是一種由海綿塑 料構(gòu)成的基體，具有能允許載體內(nèi)部與外面自由進行液體和氣體交換的貫通式孔隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述的無機鹽液體培養(yǎng)基組成成分為葡萄糖10克/升，酒石酸銨0. 22克/升，磷酸二氫鉀0. 2克/升，硫酸鎂0. 05克/升，氯化 鈣0. 01克/升，維生素毫克/升。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述的白腐真菌為黃孢原毛平革菌 (Phanerochaete chrysosporium)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用聚氨酯海綿固定白腐真菌去除水中2，4-二氯苯酚的方法，屬于環(huán)境微生物領(lǐng)域。該方法包括載體的預(yù)處理，固定化白腐真菌的制備以及對水中2，4-二氯苯酚的去除。該載體具有多孔性、親水性與強吸附性的特性；化學(xué)性能穩(wěn)定，在酸/堿性水溶液中不溶解、抗水解能力強；生物承載量和傳質(zhì)速率高，相容性好。固定化該載體可以有效吸附及固定白腐真菌，顯著提高固定化白腐真菌對水中2，4-二氯苯酚的去除能力，并使得固定化白腐真菌與產(chǎn)物易于分離。該載體適用于對多種污水執(zhí)行生物反應(yīng)處理。
文檔編號C02F3/34GK101734801SQ200910215720
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者李曉鋒, 李艷霞, 牛軍峰, 王樂實, 王姣, 盛美玲, 蔣國翔 申請人:北京師范大學(xué)