一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法技术

本发明专利技术公开了一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法，方法步骤如下：细菌视紫红质蛋白质Bacteriorhodopsin（BR）的表达及提纯；测量污水池有机污染物种类及含量；通过BR作为光敏染料，光催化降解几个典型污水有机污染物，评价有机污染物的降解效率。本发明专利技术的优点是：利用光敏生物蛋白BR作为光敏燃料与二氧化钛结合，并光催化降解污水有机污染物。在污水处理有机污染物系统中提供一个有效的光生物催化合体的新方法。可以有效降解大部分水中有机污染物。实用且便捷，省时省力又省钱。可用于降解各种污水有机污染物。

Photocatalytic degradation of organic pollutants in water by a novel bio-photosensitive fuel combined with titanium dioxide

The invention discloses a method for photocatalytic degradation of organic pollutants in water by a novel bio-photosensitive fuel combined with titanium dioxide. The steps of the method are as follows: expression and purification of Bacteriorhodopsin (BR); measurement of types and contents of organic pollutants in sewage pools; photocatalytic degradation of several typical organic pollutants in sewage by BR as a photosensitive dye, and evaluation of the method. Degradation efficiency of organic pollutants. The invention has the advantages that the photosensitive biological protein BR is used as a photosensitive fuel to combine with titanium dioxide and photocatalytic degradation of organic pollutants in sewage. To provide an effective new method for photocatalytic synthesis of organic pollutants in wastewater treatment system. It can effectively degrade most organic pollutants in water. It is practical, convenient, time-saving, labor-saving and money-saving. It can be used to degrade various organic pollutants in sewage.

【技术实现步骤摘要】
一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法
本专利技术涉及一种生物工学领域，具体为一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法。
技术介绍
随着经济的快速发展，环境问题一直备受关注。其中污水净化是一项需要尽快被解决的大课题。污水中含有较高的难降解有机污染物。如何降解这些有机污染物成为诸多研究者广泛研究的课题。其中二氧化钛光催化降解有机物的研究最受关注。由于降解效率相对显著，方法简单，所以大小型污水处理系统里也经常用这个方法。光催化降解需要合适的光敏燃料。光敏燃料有一个特性是必须要有很强的吸收光子效能。而大多数光敏染料光吸收范围很小，降低了二氧化钛光催化降解有机污染物的效率。那么寻找最适的光敏燃料成为迫在眉睫的重要突破口。我们想到有较强光吸收功能的光敏蛋白BR是否可以充当有效的光敏染料？BR具有很宽的吸收谱带，而且光、热、pH稳定性都特别强。在恶劣的环境中保持原有的光吸收性能。诸多研究常用的光敏染料都是化学有机合成物，如Alizarinred等。而BR是古细菌细胞膜提纯表达得来。本身对人体无伤害，且吸收光子能又很强。BR的提纯很方便，大量培养嗜盐菌Halobacteriumsalinarum。并从该菌膜中提纯。其方法简单，省时省力省钱，细菌培养就一直可以提纯。实用范围广泛且简单有效。目前中国城市生活污水排放已是主要污染源，主要组成是各种生活污水、工业废水、养殖废水、农业废水和城市降雨径流的混合水。这些污水有机物都可适用于本方法。且可利用自然光(太阳光)就可降解有机污染物。当然不同污水环境所用的光照环境也不同。本专利技术首次以生物光敏蛋白BR为有效光敏燃料用于光催化降解有机污染物的研究。通过一种生物型光敏燃料BR(新材料)，作用于光催化降解污水有机污染物系统。建立更有效的光催化降解污水有机污染物的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法，利用光敏生物蛋白BR作为光敏燃料与二氧化钛结合，并光催化降解污水有机污染物。在污水处理有机污染物系统中提供一个有效的光生物催化合体的新方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法，其特征在于方法步骤如下：(1)细菌视紫红质蛋白质BR的表达及提纯；(2)测量几个代表性污水池有机污染物种类及含量；(3)通过BR作为光敏染料，光催化降解污水池有机污染物，评价有机污染物的降解效率。进一步，所述细菌视紫红质蛋白质BR的表达及提纯，具体方案为：(1)制作高度嗜盐菌液体培养基及固体培养基；(2)把提供的高度嗜盐菌Halobacteriumsalinarum涂板于固体培养基中(37度恒温培养箱，15d)，然后把培养出来的单个菌落再涂于固体培养基培养(重复3次，纯化细菌)；(3)把纯化好的菌落培养于3ml液体培养基(37℃恒温培养箱，100rpm振荡，5d)；再把3ml液体培养液(带细菌)倒入35ml液体培养基中进行培养(37℃恒温培养箱，100rpm振荡，5d)；同样，再把35ml液体培养基倒入700ml的液体培养基中大量培养(37℃恒温培养箱，100rpm振荡，5d)做梯度式培养，保证细菌的纯度；(4)通过离心6000g，大量集菌；再用BasalSalt溶液冲洗，最后用10mMTris-HClpH7.5的缓冲液做透析，致使细菌破碎；(5)把透析液超级真空离心(50,000g，离心机离心速度：g是离心力的单位)，使细胞膜沉淀，在通过10mMTris-HClpH7.5的缓冲液冲洗，回收细胞膜溶液；(6)细胞膜溶液放置30％～60％的蔗糖梯度溶液后真空离心80,000g(图1),分离紫膜(BR)和红膜，并回收紫膜BR用于光催化降解光敏染料。进一步，所述测量代表性污水池有机污染物种类及含量，具体方案为：(1)采样，取工厂污水，农业废水，养殖废水等污水500ml；(2)用化学方法，检测污水当中的有机污染物成分及含量，用液相色谱仪测量。进一步，所述通过BR作为光敏染料，光催化降解几个典型污水有机污染物，评价有机污染物的降解效率，具体方案为：(1)光催化降解样品有机污染物，将样品与二氧化钛、BR溶液混合光照，每隔30min计时；最后测有机物污染物成分及含量；对照组由Alizarinred同步进行；(2)数据分析，如果样品中的有机污染物光催化降解后其含量及成分有明显减少(相对对照组)，则说明BR是一个很好的光敏燃料；本次实验设计初步以苯酚为代表性有机污染物，进行光催化降解实验研究，考察BR对二氧化钛的可见光敏化作用，对照组实验由常用的Alizarinred为光敏染料同步进行，将二氧化钛纳米颗粒和染料放进50ml的烧杯，并用磁搅拌机搅拌30min(黑暗处)；使染料与二氧化钛表面相结合；随后,将苯酚添加到染料与纳米材料相结合的溶液里，使最终浓度成为20mg/L,再混合搅拌5min(黑暗处)；最后，用水银灯(500W)作为光源，每隔30min由4-aminoantipyrine分光光度法测量苯酚的浓度变化；最终把被降解的苯酚量换算成化学需氧量COD值。通过对比分析，评价BR是否能够充当一个很好的光敏染料。本专利技术的优点是：本专利技术可以有效降解大部分水中有机污染物。实用且便捷，省时省力又省钱。可用于降解各种污水有机污染物。附图说明图1为本专利技术蔗糖梯度法提纯BR紫膜(PurpleMembrane)。图2为本专利技术的光敏燃料与二氧化钛相结合光照生成·OH自由基原理图。图3为本专利技术的细菌视紫红质蛋白(BR)的吸收光谱图。图4为本专利技术的利用BR作为光敏染料结合TiO2(0.5g/L)光催化降解苯酚图；表示不同BR浓度，光照2小时的苯酚降解率。图5为本专利技术利用BR光敏蛋白作为光敏燃料降解有机污染物模式图。具体实施方式本专利技术是这样来工作和实施的，二氧化钛光催化降解有机物的研究中起到关键作用的是光敏燃料。光敏染料与二氧化钛半导体材料相结合，并受可视光照时通过一系列反应生成·OH自由基(图2)。·OH自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中极强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，最后生成CO2和H2O等无害物质。细菌视紫红质蛋白；Bacteriorhodopsin(BR)[1]是光敏感膜蛋白，最早在高度嗜盐菌Halobacteriumsalinarum的紫膜上被发现表达。当光照时该蛋白把质子从细胞内运输至细胞外，形成细胞内外质子浓度梯度，产生电势差用来合成细胞能源物质(三磷酸腺苷)。BR在可见区域有非常宽的吸收谱带(吸收峰在560nm左右，半峰宽为100nm；图3)，并在很宽的pH范围(pH3-10)内保持其光活性，同时具有很高的热稳定性(研究表明BR在高达80℃的环境中仍能保持其反应活性)[2]。更重要的是经过长时间的生物进化过程，BR具备了很高的光能利用效率(量子产率为0.67)和光稳定性。因此，BR具有冲充当很好光敏燃料的潜质。[1]Oesterhelt,D.andW.Stoeckenius,IsolationofthecellmembraneofHalobacteriumhalobiumanditsfractionationintoredandpurplem本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法，其特征在于方法步骤如下：(1)细菌视紫红质蛋白质BR的表达及提纯；(2)测量一些污水有机污染物种类及含量；(3)通过BR作为光敏染料，光催化降解几个典型污水有机污染物，评价有机污染物的降解效率。

【技术特征摘要】
1.一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法，其特征在于方法步骤如下：(1)细菌视紫红质蛋白质BR的表达及提纯；(2)测量一些污水有机污染物种类及含量；(3)通过BR作为光敏染料，光催化降解几个典型污水有机污染物，评价有机污染物的降解效率。2.根据权利要求1所述的一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：所述细菌视紫红质蛋白质BR的表达及提纯，具体方案为：(1)制作高度嗜盐菌液体培养基及固体培养基；(2)把本人实验室持有的高度嗜盐菌Halobacteriumsalinarum涂板于固体培养基中，然后把培养出来的单个菌落再涂于固体培养基培养，重复3次，纯化细菌；(3)把纯化好的菌落培养于3ml液体培养基，再把3ml带细菌液体培养液倒入35ml液体培养基中进行培养；同样，再把35ml液体培养基倒入700ml的液体培养基中大量培养做梯度式培养，保证细菌的纯度；(4)通过离心，大量集菌；再用BasalSalt溶液冲洗，最后用10mMTris-HClpH7.5的缓冲液做透析，致使细菌破碎；(5)把透析液超级真空离心，使细胞膜沉淀，在通过10mMTris-HClpH7.5的缓冲液冲洗，回收细胞膜溶液；(6)细胞膜溶液放置30％～60％的蔗糖梯度溶液后真空离心80,000g,分离紫膜(BR)和红膜，并回收紫膜BR用于光催化降解光敏染料。3.根据权利要求1所述的一种新型生物光敏燃料与二氧化钛结合光催化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：所述测量一些污水有机污染物种类及含量，具体方案为：(1)采样，取工厂污水，农业废水，养殖废水500ml；(2)用化学方法，检测污水当中的有机污染物成分及含量，用液相色谱仪测量。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：潮洛蒙，杨玉霞，代钢，
申请(专利权)人：内蒙古民族大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15