本发明专利技术提供一种功能化磁性载体固定耐辐射奇球菌的方法及其在含铀废水处理中的应用。首先是采用有机试剂对磁性纳米Fe3O4粒子进行表面酰氯功能化，以此作为DR菌固定化载体，与二乙烯三胺化学修饰的DR菌进行磁性固定化，制备得到一种功能化磁性耐辐射奇球菌吸附剂，并将其应用于含铀废水的吸附中。本发明专利技术所得的新型功能化磁性耐辐射奇球菌吸附剂，具有耐辐射性能好、成本低廉、化学稳定性强、机械强度高并且对铀吸附效果好等优点。同时，本发明专利技术所采取的方法简单、易于磁性控制，且能使浓度为0.45~0.55mg/L的低浓度含铀废水中的含铀量下降95%以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铀矿冶含铀废水的生物吸附处理领域，具体涉及一种新型功能化磁性载体固定耐辐射奇球菌的方法，及其在含铀废水处理中的应用。
技术介绍
根据核军工的战略需求和核电发展规划，为了满足核军工和核电对天然铀日益增长的需求，我国仍将加大铀矿开采和选冶的力度，与此同时，在铀矿开采和选冶过程中产生的含铀废水也会日益增多。据不完全统计，我国南方某铀矿山每年产生的矿坑水达300000t之多，再加上铀尾矿库浸渍水和铀矿堆浸工艺废水，每年产生的含铀废水量将更大。然而，以目前的工艺条件、技术和方法，在铀矿冶过程中最终的排出废水中仍然含铀0.1-0.2 mg/L，是我国国家规定的允许排放浓度的50~125倍，更是天然水体中铀的浓度的4000~10000倍。这些排放的含铀废水如果没得到妥善处理，进入生态环境后将改变其环境本底辐射而致使物种基因畸变，对人类生态环境造成一定的威胁。因此，铀矿冶含铀废水修复是一个亟待研究解决的重大而紧迫的科技问题。与传统的物理-化学修复法相比，生物修复法具有效率高、成本低、耗能少、无二次污染物等优点，吸引了众多学者进行了大量研究，并取得了很多可喜的研究成果，它利用生物体的生命代谢活动降低铀矿冶含铀废水中铀的浓度或使其完全无害化，使其部分或完全恢复到原始状态。但是，很多生物在修复铀矿冶含铀废水时，由于其对辐射比较敏感，因此它们修复含铀废水的能力受到较大限制。耐福射奇球菌{Deinococcus Rad1durans,简称/?菌)是迄今为止地球上发现的福射抗性最强的生物之一，能够在60 Gy/h的环境中正常生长，而且能在超过15 kGy的急性γ辐照环境下不出现致死或发生诱变，一直倍受核环境工程界的广泛关注和重视。然而，目前国内外开展伽菌修复低浓度铀污染水体的研究鲜有报道。另外，/?菌在含铀废水溶液中容易以悬浮态生长，菌体与水的密度差较小，难于与水分离，导致其影响修复铀矿冶含铀废水的实际效果。迄今为止，虽然偶有报道耐辐射奇球菌的固定化研究，但所采用的固定化材料主要是海藻酸钙、海藻酸钠等天然高分子凝胶载体，以及聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)等有机合成高分子凝胶载体，这些载体水溶性大、化学稳定性差、机械强度不佳，同时，所固定的/?菌易于脱落，耐冲击性不佳，从而使得其实际应用受到限制，与实际工程应用的要求差距较大。磁性纳米Fe3O4粒子具有比表面积大、表面自由能高和较强的超顺磁性，而且纳米Fe3O4粒子含有交替排列着的Fe 2+和Fe 3+，电子很容易在电场下从Fe2+跃迀到Fe 3+，具有很好的生物相容性，表面功能化后的磁性纳米Fe3O4粒子能在不破坏生物活性的前提下，与生物表面的活性基团相互作用(如-NH2, -C00H、-OH等活性基团)，因此功能化磁性纳米Fe3O4粒子将成为/?菌固定化载体的最佳选择。采用功能化磁性载体对ZW菌进行磁性固定化，不仅能够明显提高/?菌的化学稳定性和机械强度，从而大大提高Λ?菌修复铀矿冶含铀废水的效能，而且可以解决传统生物吸附剂修复含铀废水后的回收再生问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是尝试将功能化固定方法与磁性技术相结合，提供一种新型功能化磁性载体固定耐辐射奇球菌的方法，并将其应用于含铀废水处理中。本专利技术提供的新型功能化磁性载体固定耐辐射奇球菌的方法，是采用有机试剂对磁性纳米Fe3O4粒子进行表面酰氯功能化，以此作为伽菌固定化载体，与二乙稀三胺化学修饰的/?菌进行磁性固定化，得到一种耐辐射性能好、成本低廉、化学稳定性强、机械强度高并且对铀吸附效果好的新型功能化磁性耐辐射奇球菌吸附剂。并将获得的新型功能化磁性耐辐射奇球菌吸附剂应用于含铀废水的吸附试验中，通过调节吸附剂的投入量、铀标准溶液的浓度、溶液的PH值和吸附时间等因素，考察新型功能化磁性耐辐射奇球菌吸附剂吸附含铀废水中铀(VI)的效果。具体步骤如下: (I) Λ?菌的扩培与Λ?菌体的制备 首先将真空冷冻保存在实验室的固定耐辐射奇球菌(简称Λ?菌)进行活化培养，使用接种环挑取伽菌，并在预先配制好的固体TGY培养基上进行划平板(每100 mL TGY培养基含胰蛋白胨0.5 g，酵母提取物0.3 g，葡萄糖0.1 g，琼脂1.5 g，pH= 7.0)，将划好的平板整体移入30 °C的恒温振荡培养箱(220 r/min)中培养48 h。随后使用接种环挑取活化培养的ZW菌体至装有液体TGY培养基(即固体TGY培养基中不加琼脂)的EP管中，并将接种好的EP管移至30 °C的恒温振荡培养箱(220 r/min)中扩大培养72 h。待TGY培养基长满菌丝后，将EP管取出，离心收集Λ?菌体(8000 r/min, 10 min)，用去离子水洗净(3次)，将DR菌体于55 °C的烘箱中烘干(24 h)，冷却后使用粉碎机研磨并过150目的标准筛，收集150目以下的/?菌体，并将干/?菌体保存于干燥器中备用。(2)化学修饰ZW菌的制备 称取一定质量的干燥的/?菌体于250 mL的锥形瓶中，加入50 mL去离子水，再加10mL 50%戊二醛溶液，使ZW菌体充分溶解，继续加入一定体积的二乙烯三胺，于30 °C恒温水浴摇床内振荡反应48 ho收集产物后，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤2次，离心收集(8000 r/min, 15 min)，在45 °C下真空干燥(12 h)，制备得到二乙烯三胺修饰Λ?菌(简称化学修饰Λ?菌)。(3)酰氯功能化磁性纳米Fe3O4粒子 称取50 g磁性纳米Fe3O4粒子加入500 mL三口烧瓶中，分别加入100 mL去离子水和50 mL 0.001 mol/L稀HCl溶液，超声分散0.5 h后，将三口烧瓶放在60 °C恒温水浴箱中磁力搅拌2.0 h (N2保护)，并使用0.001 mo I/L稀HCl溶液调节体系pH值为4.0，从而使磁性纳米Fe3O4粒子充分活化。再将其装入烧杯置于120 °(:烘箱中烘8.0 h，除去其表面的水分，并取出置于干燥器中备用。称取一定质量的活化后的磁性纳米Fe3O4粒子，装入500 mL三口烧瓶中，加入150mL N, N- 二甲基甲酰胺溶液进行超声分散1.0 h，并使用浓度为25%的氨水调节溶液的pH值为6.0。然后向三口烧瓶中逐滴加入4.5 g油酸，将三口烧瓶放在70 °(:油浴中加热回流5.0 h，从而使纳米Fe3O4粒子羧基化，再加入一定体积的氯化亚砜，随后在85 °(:油浴中继续加热回流2.0 h，得到酰氯功能化的磁性纳米Fe3O4粒子。(4)功能化磁性载体固定/?菌 将一定质量的酰氯功能化磁性纳米Fe3O4粒子装入500 mL的烧杯中，加入100 mL去离子水，室温下超声分散1.5 h后，使用0.lmol/L的HCl溶液和NaOH溶液调节体系pH值为6.00再向烧杯中加入一定质量的二乙烯三胺修饰Λ?菌，随后加入50 mL无水乙醇和质量浓度为35%浓盐酸进行超声分散，使其均匀分散在酰氯功能化磁性纳米Fe3O4粒子的悬浮液中。然后将烧杯置于70 °C的恒温水浴箱中磁力搅拌3.0 h，随后使之静止沉降，取上清液，经离心(8000 r/min)15 min后，再分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，75 °C真空干燥2.5 h，即得到一种新型功本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种功能化磁性载体固定耐辐射奇球菌的方法，其特征在于，首先采用有机试剂对磁性纳米Fe3O4粒子进行表面酰氯功能化，以此作为DR菌固定化载体，再与二乙烯三胺化学修饰的DR菌进行磁性固定化，得到一种功能化磁性耐辐射奇球菌吸附剂，具体步骤如下：（1）DR菌的扩培与DR菌体的制备首先将固定耐辐射奇球菌，简称DR菌，进行活化培养，使用接种环挑取DR菌，并在预先配制好的固体TGY培养基上进行划平板，将划好的平板整体移入30 ℃的恒温振荡培养箱，220 r/min，中培养48 h，随后使用接种环挑取活化培养的DR菌体至装有液体TGY培养基的EP管中，并将接种好的EP管移至30 ℃的恒温振荡培养箱，220 r/min，中扩大培养72 h，待TGY培养基长满菌丝后，将EP管取出，离心收集DR菌体，8000 r/min，10 min，用去离子水洗净，将DR菌体于55 ℃的烘箱中烘干24 h，冷却后使用粉碎机研磨并过150 目的标准筛，收集150 目以下的DR菌体，并将干DR菌体保存于干燥器中备用；（2）化学修饰DR菌取一定质量干燥的DR菌体于250 mL的锥形瓶中，加入50 mL去离子水，再加10 mL 50% 戊二醛溶液，使DR菌体充分溶解，继续加入一定体积的二乙烯三胺，于30 ℃恒温水浴摇床内振荡反应48 h，收集产物后，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤2次，离心收集，8000 r/min，15 min，在45 ℃下真空干燥12 h，制备得到二乙烯三胺修饰DR菌；（3）酰氯功能化磁性纳米Fe3O4粒子取50 g磁性纳米Fe3O4粒子加入500 mL三口烧瓶中，分别加入100 mL去离子水和50 mL 0.001 mol/L稀HCl溶液，超声分散0.5 h后，将三口烧瓶放在60 ℃ 恒温水浴箱中磁力搅拌2.0 h，N2保护，并使用0.001 mol/L稀HCl溶液调节体系pH值为4.0，使磁性纳米Fe3O4粒子充分活化，再将其装入烧杯置于120 ℃烘箱中烘 8.0 h，除去其表面的水分，并取出置于干燥器中备用；取一定质量活化后的磁性纳米Fe3O4粒子，装入500 mL三口烧瓶中，加入150 mL N,N‑ 二甲基甲酰胺溶液进行超声分散1.0 h，并使用浓度为25%的氨水调节溶液的pH值为6.0，然后向三口烧瓶中逐滴加入4.5 g油酸，将三口烧瓶放在70 ℃油浴中加热回流5.0 h，从而使纳米Fe3O4粒子羧基化，再加入一定体积的氯化亚砜，随后在85 ℃油浴中继续加热回流2.0 h，得到酰氯功能化的磁性纳米Fe3O4粒子；（4）功能化磁性载体固定DR菌将一定质量的酰氯功能化磁性纳米Fe3O4粒子装入500 mL的烧杯中，加入100 mL去离子水，室温下超声分散1.5 h后，使用0.1mol/L 的HCl溶液和NaOH溶液调节体系pH 值为6.0，再向烧杯中加入一定质量的二乙烯三胺修饰DR菌，随后加入50 mL无水乙醇和质量浓度为35% 浓盐酸进行超声分散，使其均匀分散在酰氯功能化磁性纳米Fe3O4粒子的悬浮液中，然后将烧杯置于70 ℃的恒温水浴箱中磁力搅拌3.0 h，随后使之静止沉降，取上清液，经离心8000 r/min，15 min 后，再分别用无水乙醇和去离子水洗涤3 次，75 ℃真空干燥2.5 h，即得到一种功能化磁性耐辐射奇球菌吸附剂。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖方竹，彭国文，何淑雅，黄波，唐艳，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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