專利名稱：去除水中重金屬的生物納米復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一系列能夠高效去除水中重金屬元素的以真菌為連續(xù)相基體、納米材料為分散相的生物納米復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
科技是一把雙刃劍，20世紀(jì)以來科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，促進了經(jīng)濟的發(fā)展，提高了人民的生活水平，然而，與此同時，人類也付出了慘重的代價。由于重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動日益增多，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進入大氣、水、土壤中，引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。水源的污染導(dǎo)致飲用水中有害物質(zhì)明顯增加，影響甚至嚴(yán)重影響了人們的身體健康。我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)中明確指出各種重金屬的指標(biāo)及限值。近年，關(guān)于重金屬污染事件屢見不鮮，從湖南兒童血鉛超標(biāo)事件，陜西鳳翔數(shù)百兒童鉛超標(biāo)到重金屬污染“菜籃子” 等等。對人體的健康造成長遠的影響?？梢娭亟饘傥廴痉乐纬蔀楫?dāng)今和今后一個時期環(huán)境保護的大事，去除水中重金屬離子對保障人體健康有著重要意義。目前水中重金屬的去除有化學(xué)法，離子交換法，螯合樹脂法，膜分離法，生物法等。這些方法存在不同優(yōu)缺點例如效率低，成本高，受用范圍窄，難回收，存在二次污染等。即便是有著良好應(yīng)用前景的納米二氧化鈦吸附劑也存在著難回收， 易造成二次污染的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以真菌等微生物為連續(xù)相基體、納米材料為分散相的在水環(huán)境中通過共混振蕩培養(yǎng)方式制備的能夠有效去除水中重金屬元素的生物納米復(fù)合材料，該材料既能夠治理工業(yè)排放的重金屬污水，也能夠清除天然水中的重金屬元素。本發(fā)明通過使分散相和連續(xù)相的有機復(fù)合，制備出克服其各自弊端、且兼具有二者優(yōu)點且的生物納米復(fù)合材料，達到高效率、低成本、可回收、無二次污染的去除水中重金屬的目的。本發(fā)明所述的去除水中重金屬元素的生物納米復(fù)合材料，其由如下步驟制備I)將3 4g蛋白胨、4 5g葡萄糖加入到200ml蒸餾水中，再轉(zhuǎn)入到高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)保持溫度為121°C蒸汽滅菌20 30min，使蛋白胨與葡萄糖完全溶解于蒸餾水中， 并達到消毒的目的；待冷卻到70 80°C，在無菌室內(nèi)往上述混合液中添加0. 5 Ig甘油， 得到液體培養(yǎng)基；將得到的液體培養(yǎng)基分裝到容量為50ml的三角瓶中，每個三角瓶內(nèi)裝有 35 45ml液體培養(yǎng)基；2)在無菌室內(nèi)用IOiU槍頭粘取菌種并將槍頭投入到上述液體培養(yǎng)基中，將三角瓶封口后置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 72h,培養(yǎng)溫度為35 38°C,培養(yǎng)箱轉(zhuǎn)速為 150 200rpm ；3)配制檸檬酸和檸檬酸鈉的混合水溶液，其中檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05 0. 1%，梓檬酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I 2% ;取0. I 0. 2g納米粒子與Iml梓檬酸和梓檬酸鈉的混合水溶液加入到40ml蒸餾水中攪拌均勻后，在超聲波清洗器中超聲處理15 20min ；
4)用真空泵抽濾法過濾步驟2)中液體培養(yǎng)基培養(yǎng)的菌體，稱取O. 4 O. 5g濕重狀態(tài)的菌體，加入到步驟3)得到的混合溶液中，攪拌均勻；然后在振蕩培養(yǎng)箱中以150 200rpm條件下振蕩培養(yǎng)3 4天；5)將步驟4)得到的菌體溶液用200目不銹鋼篩子分離出菌體復(fù)合材料，用步驟
3)配制的檸檬酸和檸檬酸鈉水溶液不斷清洗該菌體復(fù)合材料至洗滌液澄清，經(jīng)過后期處理可以得到本發(fā)明所述的去除水中有機物的生物納米復(fù)合材料。上述步驟中所述的后期處理是向清洗后的菌體復(fù)合材料中逐步添加酒精，首先使酒精在溶液中的體積分?jǐn)?shù)為20 30%，15 20min后使酒精的體積分?jǐn)?shù)為40 50%，再經(jīng)過15 20min后使酒精的體積分?jǐn)?shù)為75 80% ;然后將菌體復(fù)合材料放入帶有干燥劑的干燥柜中，溫度保持在40 50°C，持續(xù)5 6h。上述步驟中涉及的納米粒子可以為金屬氧化物納米粒子或者金屬氫氧化物納米粒子，具體的可以為TiO2納米管、Al2O3納米纖維、A100H納米纖維、CuO納米棒等,納米粒子的粒徑范圍是5 10nm，長度范圍為100 300nm。涉及的真菌可以為黑曲霉、大毛霉、青
霉菌等。


圖I :實施例I中所述的TiO2/黑曲霉復(fù)合凈水材料的透射電鏡照片；圖2 :實施例2中所述的Al2O3/大毛霉復(fù)合凈水材料的掃描電鏡照片。從兩圖中可看出，TiO2及Al2O3納米材料都能均勻的復(fù)合在菌體表面，幾乎沒有團聚現(xiàn)象的存在。使納米材料與水中的重金屬離子有較大的接觸率。
具體實施例方式實施例I :由TiO2納米管與黑曲霉制備的生物納米復(fù)合材料將3g蛋白胨、4g葡萄糖加入到200ml蒸餾水中，攪拌均勻后轉(zhuǎn)入到高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)保持溫度為121°C滅菌20min，使蛋白胨與葡萄糖完全溶解于蒸餾水中，并達到消毒的目的；待液態(tài)培養(yǎng)基冷卻到70°C后，在無菌室內(nèi)往其中添加O. 5g甘油，隨后將液體培養(yǎng)基分裝到容量為50ml的三角瓶中，三角瓶中液體培養(yǎng)基體積為45ml。在無菌室內(nèi)用10μ I槍頭粘取黑曲霉菌種并將槍頭投入到上述液體培養(yǎng)基中，將三角瓶封口后置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱培養(yǎng)72h，培養(yǎng)溫度為35°C，培養(yǎng)箱轉(zhuǎn)速為150rpm。配制檸檬酸和檸檬酸鈉的混合水溶液，其中檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 05%，檸檬酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %;取O. Ig TiO2納米管與Iml檸檬酸和檸檬酸鈉的混合水溶液加入到40ml 蒸餾水中攪拌均勻后，將混合溶液在超聲波清洗器中超聲處理15min。用真空泵抽濾法過濾上述液體培養(yǎng)基培養(yǎng)的菌體，往上述混合液中添加O. 4g濕重的黑曲霉，并攪拌均勻，在振蕩培養(yǎng)箱中以150rpm條件下振蕩培養(yǎng)3天。用200目篩子從混合液中分離出菌體復(fù)合材料，向該菌體復(fù)合材料中逐步添加酒精，首先使酒精在溶液中的體積分?jǐn)?shù)為20%，15min后使體積分?jǐn)?shù)為40%，再經(jīng)過15min后使體積分?jǐn)?shù)為75% ;然后將菌體復(fù)合材料放入帶有干燥劑的干燥柜中，溫度保持在40°C，持續(xù)6h，從而得到TiO2/黑曲霉生物復(fù)合材料O. 15克。用硝酸錳、硝酸鉛、硝酸鎘分別配制30ml (離子濃度見下表)的低濃度溶液，往溶液中添加20mg TiO2/黑曲霉生物復(fù)合材料，攪拌均勻后，振蕩培養(yǎng)箱150rpm振蕩保存2天， 用ICP-MS7500a(電感耦合等離子體質(zhì)譜儀)測量原溶液和處理后溶液中各重金屬離子的濃度。表I是TiO2/黑曲霉生物納米復(fù)合材料對各重金屬離子的吸附結(jié)果，可以看出TiO2/ 黑曲霉生物納米復(fù)合材料對重金屬離子有極強的吸附能力。表I :振蕩培養(yǎng)2天(48h)后，各重金屬離子的吸附結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種去除水中重金屬的生物納米復(fù)合材料，其是由如下方法制備1)將3 4g蛋白胨、4 5g葡萄糖加入到200ml蒸餾水中，再轉(zhuǎn)入到高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)保持溫度為121 °C蒸汽滅菌20 30min，使蛋白胨與葡萄糖完全溶解于蒸餾水中，并達到消毒的目的；待冷卻到70 80°C，在無菌室內(nèi)往上述混合液中添加O. 5 Ig甘油，得到液體培養(yǎng)基；將得到的液體培養(yǎng)基分裝到容量為50ml的三角瓶中，每個三角瓶內(nèi)裝有35 45ml液體培養(yǎng)基；2)在無菌室內(nèi)用10μ I槍頭粘取菌種并將槍頭投入到上述液體培養(yǎng)基中，將三角瓶封口后置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 72h，培養(yǎng)溫度為35 38°C，培養(yǎng)箱轉(zhuǎn)速為150 200rpm ；3)配制檸檬酸和檸檬酸鈉的混合水溶液，其中檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O.05 O. I %，檸檬酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I 2% ;取O. I O. 2g納米粒子與Iml檸檬酸和檸檬酸鈉的混合水溶液加入到40ml蒸懼水中攪拌均勻后,在超聲波清洗器中超聲處理15 20min ；4)用真空泵抽濾法過濾步驟2)中液體培養(yǎng)基培養(yǎng)的菌體，稱取0.4 O.5g濕重狀態(tài)的菌體，加入到步驟3)得到的混合溶液中，攪拌均勻；然后在振蕩培養(yǎng)箱中以150 200rpm條件下振蕩培養(yǎng)3 4天；5)將步驟4)得到的菌體溶液用200目不銹鋼篩子分離出菌體復(fù)合材料，用步驟3)配制的檸檬酸和檸檬酸鈉水溶液不斷清洗該菌體復(fù)合材料至洗滌液澄清，經(jīng)過后期處理可以得到本發(fā)明所述的去除水中有機物的生物納米復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的一種去除水中重金屬的生物納米復(fù)合材料，其特征在于步驟 5)中所述的后期處理是向清洗后的菌體復(fù)合材料中逐步添加酒精，首先使酒精在溶液中的體積分?jǐn)?shù)為20 30%，15 20min后使酒精的體積分?jǐn)?shù)為40 50%，再經(jīng)過15 20min 后使酒精的體積分?jǐn)?shù)為75 80% ;然后將菌體復(fù)合材料放入帶有干燥劑的干燥柜中，溫度保持在40 50°C，持續(xù)5 6h。
3.如權(quán)利要求I所述的一種去除水中重金屬的生物納米復(fù)合材料，其特征在于步驟 3)所述的納米粒子為金屬氧化物納米粒子或者金屬氫氧化物納米粒子，納米粒子的粒徑范圍是5 10nm，長度范圍為100 300nm。
4.如權(quán)利要求3所述的一種去除水中重金屬的生物納米復(fù)合材料，其特征在于納米粒子TiO2納米管、Al2O3納米纖維、AlOOH納米纖維或CuO納米棒。
5.如權(quán)利要求I所述的一種去除水中重金屬的生物納米復(fù)合材料，其特征在于菌種為黑曲霉、大毛霉或青霉囷。
全文摘要
本發(fā)明屬于水凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一系列能夠高效去除水中重金屬元素的以真菌為連續(xù)相基體、納米材料為分散相的生物納米復(fù)合材料。該材料既能夠治理工業(yè)排放的重金屬污水，也能夠清除天然水中的重金屬元素。本發(fā)明通過使分散相和連續(xù)相的有機復(fù)合，制備出克服其各自弊端、且兼具有二者優(yōu)點且的生物納米復(fù)合材料，達到高效率、低成本、可回收、無二次污染的去除水中重金屬的目的。
文檔編號C02F3/34GK102603082SQ201210101518
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者丘比克·馬克西姆, 付成偉, 劉娜, 周亮, 徐銘澤, 陳海峰, 韓煒 申請人:吉林大學(xué)