本發(fā)明屬于鎘吸附劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效鎘吸附真菌菌劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鎘是一種劇毒污染物，它在電鍍、顏料、蓄電池、塑料、冶金等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，由于人類對鎘的不斷開發(fā)利用，現(xiàn)在造成大量含鎘廢水排入河流湖泊。近幾年，我國已經(jīng)發(fā)生了多起鎘污染時間，嚴(yán)重影響人類健康?，F(xiàn)階段國內(nèi)外針對含鎘廢水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法、氣浮法、活性炭吸附法、離子交換法等。但這些傳統(tǒng)的物理化學(xué)除隔離子的方法往往具有投資高、處理時間長、去除效果不好、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等缺點。

現(xiàn)在研究一種能高效處理水體中鎘的鎘吸附劑是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種高效鎘吸附真菌菌劑及其制備方法和應(yīng)用，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)中對水體中鎘處理成本高、處理時間長、處理效果不好的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于26-28℃暗培養(yǎng)，待長至3/4平板時，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于26-28℃暗培養(yǎng)；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于26-28℃，160-170r/min條件下暗培養(yǎng)5-6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3-5g、葡萄糖20-23g、kh2po41-1.5g、mgso40.2-0.3g、蔗糖1.5-2.5g和吸附劑5-8g；

其中，吸附劑通過以下方法制得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至60-80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2-4cm，混合，于90-100℃烘2-3h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮氣保護(hù)下，以5-8℃/min的速率升溫至200-250℃，然后再以3-5℃/min的速率升溫至500-550℃，恒溫保持2.5-3h，冷卻至室溫，研磨，過60-80目篩，得吸附劑。

進(jìn)一步地，營養(yǎng)液通過以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為130-160:20-25:0.8-1.2混合，然后加入6-8倍混合物重量的去離子水中煮10-20min，過濾，得營養(yǎng)液。

進(jìn)一步地，將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:20:1混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養(yǎng)液。

進(jìn)一步地，加富培養(yǎng)基為每升營養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑8g。

進(jìn)一步地，步驟①中將混合物置于90℃烘2.5h。

進(jìn)一步地，步驟②中在氮氣保護(hù)下，以8℃/min的速率升溫至200℃，然后再以5℃/min的速率升溫至500℃，恒溫保持3h。

將上述方法制得的高效鎘吸附真菌菌劑用于去除水體中的鎘離子。

本發(fā)明提供的高效鎘吸附真菌菌劑及其制備方法和應(yīng)用，具有以下有益效果：

(1)棉籽殼、椰殼、油菜秸稈和水稻秸稈含有大量的纖維素和木質(zhì)素，含有豐富的碳元素，水稻長期生長在淹水條件下，其根表可形成紅棕色鐵氧化物膠膜，稱為鐵膜，該鐵膜是一種無定形膠體物質(zhì)，可以吸附水體中的重金屬物質(zhì)，但水稻收割后，其水稻根隨水稻秸稈一同被丟棄，上述這些物質(zhì)大多被丟棄或焚燒，綜合利用率低。

本發(fā)明通過將農(nóng)業(yè)有機廢棄物經(jīng)過厭氧高溫裂解后制得吸附劑，該吸附劑結(jié)構(gòu)疏松多孔、表面活性官能團(tuán)多，對水體中的鎘有很強的吸附能力，實現(xiàn)了資源化利用，具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)價值。

(2)本發(fā)明中將農(nóng)業(yè)廢棄物干燥后，放入炭化爐內(nèi)，在低氧環(huán)境下，以相對高一點的速率升溫，可快速將農(nóng)業(yè)廢氣物中的水分去除，且起到預(yù)炭化的作用，然后再以相對較低的速率升溫，將預(yù)炭化后的物質(zhì)慢慢炭化，這樣可以提高吸附劑的結(jié)構(gòu)疏松性，使其空隙變得更多，加大對水體中鎘的吸附能力。

(3)將棉籽殼、麩皮和蔗糖與去離子水混合，煮一定時間后，其各組分的營養(yǎng)物質(zhì)會保留于液體中，這樣更有利于韓芝的吸收。

(4)在營養(yǎng)液中加入吸附劑，該吸附劑會與韓芝結(jié)合，附著于韓芝菌絲體表面，兩者相互作用，可以加強對水體中重金屬的吸附作用，尤其是對鎘的吸附作用大大加強。

(5)本發(fā)明制得的高效鎘吸附真菌菌劑制備過程簡單，成本低，將該菌劑置于水體中，便可對水體中的鎘進(jìn)行吸附，在短時間內(nèi)便可達(dá)到吸附平衡且吸附效果好。

具體實施方式

實施例1

一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長至3/4平板時，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑8g。

其中，吸附劑通過以下方法制得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于90℃烘2.5h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮氣保護(hù)下，以8℃/min的速率升溫至200℃，然后再以5℃/min的速率升溫至500℃，恒溫保持3h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養(yǎng)液通過以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:20:1混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養(yǎng)液。

實施例2

一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長至3/4平板時，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.2g、蔗糖1.5g和吸附劑5g。

其中，吸附劑通過以下方法制得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于90℃烘2h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮氣保護(hù)下，以5℃/min的速率升溫至200℃，然后再以3℃/min的速率升溫至500℃，恒溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養(yǎng)液通過以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為130:20:0.8混合，然后加入6倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養(yǎng)液。

實施例3

一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長至3/4平板時，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉5g、葡萄糖23g、kh2po41.5g、mgso40.3g、蔗糖2.5g和吸附劑8g。

其中，吸附劑通過以下方法制得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于100℃烘2h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮氣保護(hù)下，以8℃/min的速率升溫至250℃，然后再以5℃/min的速率升溫至550℃，恒溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養(yǎng)液通過以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為160:25:1.2混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養(yǎng)液。

實施例4

一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長至3/4平板時，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)5天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3.5g、葡萄糖21g、kh2po41.2g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑6g，營養(yǎng)液ph值為6.0±0.2，該ph值對鎘吸附也起著很重要的作用。

其中，吸附劑通過以下方法制得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于100℃烘3h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮氣保護(hù)下，以6℃/min的速率升溫至220℃，然后再以5℃/min的速率升溫至520℃，恒溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養(yǎng)液通過以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為140:22:1.0混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養(yǎng)液。

實施例5

一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)活化菌種

將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長至3/4平板時，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；

(2)待活化菌種的菌絲長至3/4平板時，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉4.5g、葡萄糖22g、kh2po41.3g、mgso40.28g、蔗糖2.2g和吸附劑7g。

其中，吸附劑通過以下方法制得：

①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于95℃烘2.5h；

②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮氣保護(hù)下，以67℃/min的速率升溫至240℃，然后再以4℃/min的速率升溫至540℃，恒溫保持3h，冷卻至室溫，研磨，過80目篩，得吸附劑。

營養(yǎng)液通過以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:24:1.1混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過濾，得營養(yǎng)液。

實驗例1鎘對韓芝菌絲生長的影響

將活化后的韓芝接種于固體加富培養(yǎng)基中，該加富培養(yǎng)基成分與實施例1中不同的是，沒有吸附劑，取而代之的是添加了不同濃度的鎘，鎘的濃度分別為0、2、4、8、10、20、40、80、240mg/l，然后置于28℃暗培養(yǎng)，每個濃度設(shè)置3個平行，記錄各濃度下菌絲生長直徑，見表1，然后刮取各皿菌絲至1.5mlep管中，于105℃烘干至恒重，記錄菌絲干重見表2。

將烘干稱重后的菌絲轉(zhuǎn)移至消解管中，然后加入2ml65％的硝酸浸泡過夜，再置于100℃的加熱板上蒸干，最后用2ml超純水溶解，鎘富集量的分析用zeenit700p原子吸收分光光度計(analytikjena,germany)火焰法測量，見表3。

表1不同濃度的鎘對菌株生長直徑的影響

表2不同濃度的鎘對菌株干重的影響

表3不同鎘濃度下菌株富集量分析

由表1和表2可知，當(dāng)鎘濃度越高，韓芝菌絲生長越受抑制，當(dāng)鎘濃度為240mg/l時，菌絲基本不生長；而由表3可知，雖然鎘濃度越高會抑制韓芝的生長，但韓芝對鎘的富集還是會隨著鎘濃度的增加而增加，當(dāng)達(dá)到40mg/l時，韓芝對鎘的吸附最大。

而將加富培養(yǎng)基中換成普通的pda培養(yǎng)基培養(yǎng)韓芝，觀察其對鎘的富集能力時，發(fā)現(xiàn)普通pda培養(yǎng)的韓芝對鎘的耐受能力較差，對鎘的吸附能力也明顯減弱了，由此可知，培養(yǎng)基成分對韓芝在鎘吸附方面起著非常重要的作用，即培養(yǎng)基和韓芝都對鎘有吸附作用，但韓芝菌絲體本身起著主要作用。

本實驗還用液體培養(yǎng)基來測試韓芝對鎘的耐受能力，對培養(yǎng)10天后的韓芝富集鎘的能力進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)液體培養(yǎng)基中韓芝對鎘的耐受能力較固體培養(yǎng)基中弱，其不同鎘濃度下韓芝對鎘的富集及去除能力見表4。

表4液體培養(yǎng)基中不同鎘濃度下韓芝對鎘的富集及去除能力

移除率＝(培養(yǎng)基原始鎘濃度－培養(yǎng)后培養(yǎng)基剩余鎘濃度)/培養(yǎng)基原始鎘濃度

實驗例2高效鎘吸附真菌菌劑對鎘的吸附實驗

取實施例1-5制得的高效鎘吸附真菌菌劑50g于錐形瓶中，分別加入鎘濃度為0、10、20、30、40、50、60、80、100mg/l的硝酸鎘溶液100ml，置于170r/min，28℃振蕩24h，最后經(jīng)濾膜過濾，取上清液，測定剩余鎘濃度，計算移除率。取本實驗制備的吸附劑也做同樣的實驗，進(jìn)行對比，移除率結(jié)果見表5。

表5本發(fā)明產(chǎn)品與吸附劑對鎘的移除率

本發(fā)明在培養(yǎng)韓芝的加富培養(yǎng)基中添加了吸附劑，而吸附劑是將農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過特定的處理制得，在加入加富培養(yǎng)基中，可以與韓芝菌絲體結(jié)合，在鎘吸附方面起著協(xié)同作用。由表5可知，本發(fā)明高效鎘吸附真菌菌劑對水體中鎘有明顯的去除效果，鎘濃度很高時還具有較強的吸附作用。

我們對本方案所用韓芝進(jìn)行基因鑒定，提取其基因組dna，利用rdna內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)(its)序列，通過pcr擴增和測序分析得到its序列，其序列如seqidno.1所示：

gttcagcgggtagtcctacctgatttgaggtcagaggtcataaagctgtcttataagacggttagaagctcgccaaacgcttcacggtcacggcgtagacattatcacaccgagagccgatccgcaaggaaccaagctaatgcatttaagaggagccgaccaataacggccgacaagcctccaagtccaagcctacaaaccacaaaagcttgtaggttgaagatttcatgacactcaaacaggcatgctcctcggaataccaaggagcgcaaggtgcgttcaaagattcgatgattcactgaattctgcaattcacattacttatcgcatttcgctgcgttcttcatcgatgcgagagccaagagatccgttgctgaaagttgtatatagatgtgttacatcgcaatacacattctgttactttatagagtttgtgataaacgcaggcacagatatgctccgcaagcccggtaaagagcgtgcctcgcaatctgaagcccacagtaagtgcacaggtgtagagtggatgaacagggcgtgcacatgcctcggaaggccagctacaacccggtcaaaactcgataatgatccttccgcaggttcacctacgga。

運用在線工具blast將its序列與ncbi數(shù)據(jù)庫中已登記序列進(jìn)行比對，得分最高的三條序列(相對應(yīng)的菌株編號為ganodermalucidumstrainasi7091、ganodermalucidumstrainium-4537和ganodermalucidumstrain77002)如表6所示：

表6its比對結(jié)果

由表6可知，本方案韓芝菌株與ganodermalucidumstrainasi7091、ganodermalucidumstrainium-4537和ganodermalucidumstrain77002同源性較高，可判斷其與這3種菌株為同種菌株。