假交替单胞菌在制备纳米材料中的应用制造技术

本发明专利技术公开了假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.)DSBS在制备纳米材料中的应用；所述假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.)DSBS已于2013年12月12日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉市武昌珞珈山，保藏号：CCTCC M2013652。本发明专利技术还公开了一种镉‑磷‑硫纳米材料，由假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.)DSBS在含镉和磷的水体中生物合成。本发明专利技术的菌株能够在不同盐度、镉磷不饱和体系中合成纳米颗粒，并且实现水体中的镉和磷的去除。底物利用率高，出水无镉磷污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及假交替单胞菌在制备纳米材料中的应用。
技术介绍
纳米材料有独特的物理特征和化学性质，可用于传感器、催化、半导体、药物输送、污染物降解和环境修复等领域，近年来受到学术和工程界的广泛关注。目前，金属纳米材料的合成主要有物理、化学和生物方法。物理方法包括蒸发冷凝、物理粉碎、机械合金化，但其产出率低、能耗高、成本大。化学方法包括化学沉淀、水热合成、模板法等。但其合成的纳米颗粒不易控制大小、形状和结构；需要高温高压、特定pH、高浓度的过饱和溶液体系等严苛条件；反应底物的利用率底；会产生很多污染物质，如化学前驱、有毒溶剂和有害副产物等。相比较而言，生物合成纳米材料更加环境友好，合成条件温和。细菌可以还原形成贵金属纳米颗粒如Ti纳米球，合成非金属纳米材料如单质Se，氧化金属离子形成纳米氧化物如UO2，产生硫负离子形成金属硫化物晶体。但目前，对于细菌合成金属磷酸盐纳米材料的报道较少，特别是有生物毒性的金属盐，如镉与磷结合的纳米材料。镉的许多纳米材料具有重要的应用价值。Cd(OH)2可以作为重要的能量材料应用于太阳能电池，CdS、CdSe可作为电极添加物，CdS纳米颗粒和纳米薄膜具有很高的光电转换效率和光催化性能，是重要的半导体材料，CdSeS可用于生物荧光标记，多种含镉纳米颗粒都可作为水处理吸附剂。生物合成镉的纳米材料将会有很好的工程前景。生物合成纳米材料技术虽然环境友好，但在培养条件方面往往要求有较高浓度的金属离子或阴离子作为反应底物。据报道，Serratiasp.在胞外聚合物中能形成钙-磷纳米颗粒，要求钙离子浓度1mM，磷源为单一甘油磷酸钠并且浓度高达5mM。在这种mM级的阳离子浓度中，阴离子只要达到0.84μM就会产生自发的化学沉淀。这意味着只要有0.017％的甘油磷酸钠被水解而释放正磷酸根，钙-磷化学沉淀就会发生，这使得生物合成纳米颗粒非常容易。但同时会导致反应底物的利用率低，反应完全后溶液仍有μM级的不饱和底物难以继续沉淀,不仅造成原材料的浪费，还造成潜在环境危害。因此，在不饱和金属阳离子和阴离子的溶液中合成纳米材料的技术具有重要意义。在许多废水中，都含有可合成镉磷纳米颗粒的原材料。如化工废水中镉浓度有2.4-250mg/L，含磷6-8mg/L。由于海水中固有的磷镉离子，海水利用废水中也存在一定浓度的镉和磷。这些废水中镉磷都是不饱和体系，同时存在镉磷去除的需要。目前，废水中镉磷的生物处理手段主要依赖吸附和厌氧除磷，过程复杂，需要控制曝气条件和污泥龄。在高盐的海水利用废水处理方面，主要采用驯化耐盐活性污泥方法，但耗时长、运行费用高，化学沉淀为主的高效沉淀生物过滤工艺，会消耗大量化学药剂并产生化学污泥。如果将废水处理和生物合成纳米材料相结合，提出一种既可以在不同盐度废水中去除镉磷，又可以利用废水中的镉磷合成纳米材料的生物技术，将会更好的实现生物合成纳米材料的优势，完成废水处理和资源的高效回收。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种假交替单胞菌在制备纳米材料中的应用。本专利技术是基于专利技术人的前期研究，以保藏在中国典型培养物保藏中心的假交替单胞菌菌株(保藏编号：CCTCCM2013652)作为研究的基础，进行了一系列的技术扩展研究。发现该菌株不仅能够高效去除水体中的镉和磷，还能够在μM级和nM级镉磷不饱和的低盐和高盐废水中生长，在胞外形成直径10-60nm的镉-磷-硫纳米颗粒。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS在制备纳米材料中的应用。上述假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS已于2013年12月12日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉市武昌珞珈山，保藏号：CCTCCM2013652。记载在申请人的另一项专利申请“一株高效去除废水中镉和磷的假交替单胞菌及其应用”(CN103740623B)中。根据本专利技术的第二方面，提供一种镉-磷-硫纳米材料，由假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS在含镉和磷的水体中生物合成。所述含镉和磷的水体中，镉和磷的浓度为μM级至nM级，是镉磷的不饱和体系。根据本专利技术的第三方面，提供上述镉-磷-硫纳米材料的制备方法，包括假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS菌体富集的步骤，以及将富集的菌体在含镉和磷的水体中进行生物合成的步骤。上述制备方法中，所述菌体富集的步骤包括：将假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS接种于液体LB培养基中，180-220rpm，20-30℃，培养16-24h；优选的，200rpm，25℃，培养20h。所述液体LB培养基的配方为：蛋白胨10g/L，酵母粉3g/L，陈海水配制，海水盐度为3.5％。上述制备方法中，所述生物合成的步骤包括：将富集的菌体接种于含镉和磷的水体中，180-220rpm，15-30℃，培养42-54h；优选的，200rpm，25℃，培养48h。所述富集的菌体的接种量为8-12％(v/v)；优选的，10％(v/v)。上述生物合成的步骤，还包括：将培养后的菌体用去离子水离心洗涤，优选的，3000rpm离心。本专利技术中，所述含镉和磷的水体可以为低盐废水或高盐废水。上文中，所述高盐废水是指总盐质量分数(即盐度)在1％及以上的水体，低盐废水是指总盐质量分数(即盐度)在1％以下的水体。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述低盐废水的盐度为0.35％；在本专利技术的一个具体实施方式中，所述高盐废水的盐度为3.5％。上述镉-磷-硫纳米材料在去除水体中污染物中的应用，或者在制备半导体功能材料，或者在制备传感器、太阳能电池的窗口材料、光催化剂、发光二极管中的应用也属于本专利技术的保护范围。所述水体中的污染物包括磷、氟、重金属和放射性废物。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术所述菌株能够在完成废水磷镉去除的同时生物合成镉-磷-硫纳米颗粒。出水无磷镉污染，并且纳米材料的合成实现了资源的高效回收利用。(2)本专利技术所述菌株合成纳米颗粒的环境条件温和。溶解氧、pH和温度等培养条件完全模拟好氧污水处理过程，操作简单，成本较低。(3)本专利技术所述菌株能够在磷镉不饱和溶液中合成纳米颗粒。从含镉废水中μM级的镉浓度，到海水中nM级的镉浓度，该菌株皆可合成纳米颗粒，在金属离子的浓度要求上很宽泛，适应性强，节约原料，降低了成本。...

【技术保护点】
假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.)DSBS在制备纳米材料中的应用；所述假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.)DSBS已于2013年12月12日保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：武汉市武昌珞珈山，保藏号：CCTCC M2013652。

【技术特征摘要】
1.假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS在制备纳米材料中的应用；
所述假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS已于2013年12月12日保藏于中国典
型培养物保藏中心，地址：武汉市武昌珞珈山，保藏号：CCTCCM2013652。
2.一种镉-磷-硫纳米材料，其特征在于，由假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS
在含镉和磷的水体中生物合成。
3.如权利要求2所述的镉-磷-硫纳米材料，其特征在于，所述含镉和磷的水体中，镉和
磷的浓度为μM级至nM级；盐度为0.35％-3.5％。
4.权利要求2或3所述的镉-磷-硫纳米材料的制备方法，其特征在于，包括假交替单胞
菌(Pseudoalteromonassp.)DSBS菌体富集的步骤，以及将富集的菌体在含镉和磷的水体中
进行生物合成的步骤。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述菌体富集的步骤包括：将假交替单
胞菌(Pseudoalteromonassp.)D...

【专利技术属性】
技术研发人员：周维芝，王美，张海欧，刘东生，赵海霞，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37