一种微生物的层层自组装固定化方法技术

本发明专利技术涉及化工废水处理技术领域，尤其涉及一种微生物的层层自组装固定化方法，所述微生物的层层自组装固定化方法包括以下步骤：超支化重氮盐溶液的稀释、载体的接枝、微生物的固定化和微生物的层层自组装固定化。本发明专利技术的微生物的层层自组装固定化方法利用超支化重氮盐作为交联剂将微生物固定于聚氨酯表面上，不需要对载体表面和微生物进行预处理，且对微生物的活性没有显著影响，具有方法操作简单、反应迅速、固定化后微生物处理效率高等特点，且可以灵活控制自组装的程度，有利于实现工业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工废水处理
，尤其涉及一种微生物的层层自组装固定化方法。
技术介绍
随着我国工业生产的迅猛发展，化工废水在我国污水组成中占的比例越来越大，石化、制革、造纸、钢铁等行业会产生大量化工废水，化工废水含污染物浓度高，成分复杂，且大部分含有氮磷等富营养元素，直接排入水体会引起严重的水体污染。通过传统的活性污泥法，对化工废水的处理效果欠佳，出水水质难以达标。20世纪80年代初期，固定化微生物技术开始应用于污水处理过程中，该技术有利于提高生物反应器内微生物的浓度，固定化微生物可以抵抗不利环境的影响，并且有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。常见的微生物固定化方法有吸附法、包埋法、交联法等。吸附法是依靠微生物与载体之间的范德华力、氢键、共价键及离子键等作用吸附在一起，该方法操作简单，但是微生物结合不稳定，容易脱落。包埋法是利用聚合作用或者离子网络等作用将微生物截留在载体的多孔网络中，从而实现微生物的固定，该方法微生物固定化程度高，物化稳定，且能抵抗有害物质的毒害，缺点是微生物与基质间的扩散阻力大，且工艺较复杂，不适合大分子污染物质的分解。交联法是利用醛类、胺类等多功能基团作为交联剂与微生物之间形成共价键的结合，通过微生物自身的絮凝成粒，从而实现的一种固定化技术，其缺点是药剂选择较困难，且交联剂费用较高。中国专利技术专利申请号201410137361.0公开了一种微生物固定化方法，制备阳离子型聚氨酯载体，将孔径为30-60PPI的聚氨酯载体材料置于3％-10％盐酸溶液中处理15-24小时；采用吸附法，将接种过的反应器于25-35℃保温6-12小时，乳酸菌大量生长并吸附在聚氨酯表面。其介绍利用聚氨酯作为载体固定微生物的方法，但固定化的微生物容易脱落，且其微生物固定化效率不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种微生物的层层自组装固定化方法，其以高反应活性的超支化重氮盐作为交联剂，利用超支化重氮盐的活性官能团使聚氨酯表面带有重氮盐的活性官能团，然后微生物通过与聚氨酯表面的重氮盐活性官能团形成共价键，从而将微生物牢固的固定在聚氨酯表面上，重复以上步骤，实现微生物在聚氨酯载体表面固定化量的可控，从而实现微生物层层自组装固定化。本专利技术提供的一种微生物的层层自组装固定化方法采用的主要技术方案为：包括如下步骤：(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至50～100倍；(2)载体的接枝：在一定温度下，将载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中一定时间；(3)微生物的固定化：取出所述载体，利用水清洗干净，用一定温度的冷风迅速吹干；在一定温度下，再将所述载体侵没于活性微生物溶液中一定时间；(4)微生物的层层自组装固定化：依次重复步骤2和步骤3至少一次，完成整个自组装固定化过程。本专利技术提供的一种微生物的层层自组装固定化方法采用如下附属技术方案：所述步骤1中超支化重氮盐的结构式为其中m为上述分子式中括弧内化学基团的重复数量。所述步骤1中超支化重氮盐的制备方法包括如下步骤：(1)将摩尔比为1∶2的N，N-(2-羟乙基)苯胺与氯氧化物反应生成N，N-(2-氯乙基)苯胺；(2)将摩尔比为2∶1的4-氨基苯甲酸与N，N-(2-氯乙基)苯胺发生反应并取代N，N-(2-氯乙基)苯胺其中的氯原子；(3)接着在亚硝酸钠、硫酸、醋酸以及二甲基甲酰胺的催化下，上述步骤2的生成产物自身发生聚合反应生成所述的超支化重氮盐。所述步骤2中所述载体在超支化重氮盐溶液中的浸没时间为0.5-2h。所述步骤3中所述载体在所述活性微生物溶液中的浸没时间为4-6h。所述步骤2中所述载体在所述超支化重氮盐溶液中的浸没交联的温度为2-4℃。所述步骤3中所述载体在所述活性微生物中浸没吸附的温度为4-8℃。所述稀释后的超支化重氮盐溶液的保存温度为2-4℃。所述载体为聚氨酯。所述聚氨酯的形状为长宽高为10-20mm正方体或长方体。层层自组装是利用逐层交替沉积的方法，借助各层分子间的弱相互作用(如静电引力、氢键、配位键等)，使层与层自发地缔合形成结构完整、性能稳定、具有某种特定功能的分子聚集体和超分子结构的过程。其是20世纪90年代快速发展起来的一种简易、多功能的表面修饰方法，其主要利用带电基板在带相反电荷中的交替沉积制备聚电解质自组装多层膜。重氮盐是含有重氮基的盐类，易溶于水，发生电离，水溶液具有很强的导电能力，是材料表面化学改性的一种重要的引发剂。超支化重氮盐由于其超支化的聚合物结构以及多官能团性质，使其在微生物固定化领域具有潜在用途。聚氨酯是一种有机高分子材料，其具有比表面积大，泡沫孔隙多，支撑能力强，性质稳定等特点，在固定化微生物方面的应用受到广泛关注。本专利技术的微生物的层层自组装固定化方法的有益效果在于：1)本专利技术的微生物的层层自组装固定化方法利用超支化重氮盐作为交联剂将微生物固定于聚氨酯表面上，不需要对载体表面和微生物进行预处理，且对微生物的活性没有显著影响，具有方法操作简单、反应迅速、固定化后微生物处理效率高等特点，且可以灵活控制自组装的程度，有利于实现工业化。2)本专利技术的微生物的层层自组装固定化方法中超支化重氮盐中含有大量双键和苯环，具有刚性结构，形成一定的空间位阻，作为交联剂可以保持一部分活性基团向内与载体反应，另外一部分活性基团向外与微生物反应。3)本专利技术的微生物的层层自组装固定化方法通过多次层层自组装，超支化聚合物和其固定的微生物之间可以相互交联成三维网状结构，可进一步固定微生物，提高微生物的固定化效率。4)本专利技术的微生物的层层自组装固定化方法所用的超支化重氮盐中所含的重氮基团，具有高反应活性，吸附效率高且效果稳定；且本方法可以应用于多种不同材质的载体上，普适性好。附图说明图1为本专利技术的微生物的层层自组装固定化方法的示意图。1-聚氨酯， 2-超支化重氮盐，3-微生物。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术所述的微生物的层层自组装固定化方法，包括如下步骤：(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至50～100倍，然后保存于2-4℃的温度下，以保证超支化重氮盐的稳定性；本专利技术的超支化重氮盐中含有大量双键和苯环，具有刚性结构，形成一定的空间位阻，作为交联剂可以保持一部分活性基团向内与载体反应，另外一部分活性基团向外与微生物反应。(2)载体的接枝：在2-4℃下，将聚氨酯浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中0.5-2h；(3)微生物的固定化：取出所述聚氨酯，利用水清洗干净，用一定温度的冷风迅速吹干；在4-8℃的温度下，再将所述聚氨酯侵泡于活性微生物溶液中4-6h，以达到饱和吸附。(4)微生物的层层自组装固定化：依次重复步骤2和步骤3至少一次，完成整个自组装固定化过程；本专利技术的微生物的层层自组装固定化方法通过多次层层自组装，超支化聚合物和其固定的微生物之间可以相互交联成三维网状结构，可进一步固定微生物，提高微生物的固定化效率。本专利技术的微生物的层层自组装固定化方法利用超支化重氮盐作为交联剂将微生物固定于聚氨酯表面上，不需要对聚氨酯表面和微生物进行预处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物的层层自组装固定化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至50～100倍；(2)载体的接枝：在一定温度下，将载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中一定时间；(3)微生物的固定化：取出所述载体，利用水清洗干净，用一定温度的冷风迅速吹干；在一定温度下，再将所述载体侵没于活性微生物溶液中一定时间；(4)微生物的层层自组装固定化：依次重复步骤2和步骤3至少一次，完成整个自组装固定化过程。

【技术特征摘要】
1.一种微生物的层层自组装固定化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至50～100倍；(2)载体的接枝：在一定温度下，将载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中一定时间；(3)微生物的固定化：取出所述载体，利用水清洗干净，用一定温度的冷风迅速吹干；在一定温度下，再将所述载体侵没于活性微生物溶液中一定时间；(4)微生物的层层自组装固定化：依次重复步骤2和步骤3至少一次，完成整个自组装固定化过程。2.如权利要求1所述的微生物的层层自组装固定化方法，其特征在于：所述步骤1中超支化重氮盐的结构式为其中m为上述分子式中括弧内化学基团的重复数量。3.如权利要求2所述的微生物的层层自组装固定化方法，其特征在于，所述步骤1中超支化重氮盐的制备方法包括如下步骤：(1)将摩尔比为1∶2的N，N-(2-羟乙基)苯胺与氯氧化物反应生成N，N-(2-氯乙基)苯胺；(2)将摩尔比为2∶1的4-氨基苯甲酸与N，N-(2-氯乙基)苯胺发生反应并取代N，N-(2-氯乙基)苯胺其中的氯原子；(3)接着在亚硝酸钠、硫酸、醋...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱松，李昕阳，杨芳芳，魏令勇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11