一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术涉及海水治理领域，公开了一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法及其应用。本发明专利技术选用生物相容性好，对藻类活细胞没有毒害作用的魔芋葡甘聚糖气溶胶固定微藻。并且，在制备气溶胶时加入高孔隙率、低密度的木棉纤维制成的酸氧化改性的活性炭，增强了气溶胶对溢油的吸附能力。本方法省去了先制胶、再吸附的步骤，在气溶胶形成的过程中将微藻固定在气溶胶中，且微藻不易脱落；同时增加了微藻与石油的接触面积，石油先被吸附到气凝胶中，随后被微藻降解，提高了石油烃的降解效率，有利于发挥微藻对溢油海域的环境修复作用。

【技术实现步骤摘要】
一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法
本专利技术涉及海水治理领域，尤其涉及一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法。
技术介绍
伴随着海上石油开采与运输业的日益扩展，井喷、输油管道泄漏以及大型油轮因撞船或沉船产生的石油泄漏等造成的石油污染随之而来。溢油对海洋环境、自然资源和养殖资源等具有长期的危害，因此，溢油污染已经成为人们必须面对的重大环境问题。目前处理海洋溢油的常用方法包括物理法、化学法和生物法。物理和化学方法处理海洋溢油存在留有残余、二次污染等问题。生物法具有处理方法简单、成本低、无二次污染等优点。然而，海洋是一个运动的、开放的体系，导致生物法存在微生物易被稀释，不易重复利用等问题。微生物固定化技术是利用化学或物理方法，将游离细胞定位于限定的区域内，使其保持活性并可反复利用的技术。这种技术具有微生物密度高、细胞流失少、反应速度快、耐受性强、产物易分离等特点。但传统固定化吸附方法微生物吸附效果较差，不易固定到载体中并且易流失，导致石油烃降解效果差。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法。本专利技术的具体技术方案为：一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)对能降解石油烃的微藻富集培养12～20天，得藻液。(2)对藻液进行浓缩，离心，得藻液沉淀，加水定容，摇匀得藻悬液。(3)向藻悬液中加入无菌甘油溶液，得接种液，保藏备用。(4)将魔芋葡甘聚糖、甘油、卡拉胶、羟丙基甲基纤维素、琼脂、海藻酸钠、果胶、去离子水加入烧杯中。加热，搅拌混合均匀后灭菌、冷却，得魔芋葡甘聚糖气凝胶溶液。(5)在无菌条件下，将接种液注入魔芋葡甘聚糖气凝胶溶液中，搅拌均匀后进行预冷冻。(6)将经步骤(5)预冷冻过的气凝胶溶液放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得含微藻的魔芋葡甘聚糖气凝胶。本专利技术固定化微藻的载体基质材料选用生物相容性好，对藻类活细胞没有毒害作用的魔芋葡甘聚糖气溶胶，在气溶胶的制备过程中将微藻固定在气溶胶中。因为气凝胶的孔径较小，采用传统的吸附固定的方法，微藻比较难进入气凝胶内部，且固定的微藻容易流动和脱落。本方法省去了先制胶、再吸附的步骤，在气溶胶形成的过程中将微藻固定在气溶胶中，且微藻不易脱落；同时增加了微藻与石油的接触面积，石油先被吸附到气凝胶中，随后被微藻降解，提高了石油烃的降解效率，有利于发挥微藻对溢油海域的环境修复作用。甘油是冷冻保护液，提高凝胶形成过程中微藻的存活率。卡拉胶、羟丙基甲基纤维素、琼脂、海藻酸钠与魔芋葡甘聚糖之间产生协同作用，提高凝胶的弹性和抗菌性，增强凝胶效果。魔芋葡甘聚糖气凝胶将石油烃吸附在孔隙中，再由微藻进行降解。在微藻的降解作用下，气凝胶处理海水溢油的效率得到大幅度的提升。作为优选，步骤(4)中，所述气凝胶溶液中还含有重量份数为0.1～0.3份的酸氧化改性的活性炭。作为优选，所述酸氧化改性的活性炭为废旧的木棉纤维经碳化及酸氧化制成的酸氧化改性的活性炭；其制备方法为：将废旧的木棉纤维加入去离子水中，在水热反应釜中在170～250℃下碳化9～14h，冷却，用去离子水洗涤，得木棉纤维活性炭，将其加入浓度为60～65wt％的浓硝酸，每1g活性炭用50～100ml浓硝酸，在100～140℃的条件下处理2～8h，冷却、过滤，用蒸馏水清洗至滤液呈中性，干燥后研磨得酸氧化改性的活性炭。本专利技术在制备气溶胶时加入了高孔隙率、低密度的木棉纤维制成的酸氧化改性的活性炭，增强含微藻的魔芋葡甘聚糖气溶胶的强度及其对溢油的吸附性能。木棉纤维本身是具有中空管式结构的高孔隙率材料，是良好的吸油材料。然而，木棉纤维疏水性强，将其引入魔芋葡甘聚糖的溶胶液中时，木棉纤维很难与魔芋葡甘聚糖的溶胶液混合均匀，形成的气凝胶中木棉纤维分布不均匀，气凝胶的强度差。本专利技术将木棉纤维制成活性炭，进一步提高其孔隙率和吸油能力。再将活性炭进行酸氧化改性，使其表面含有羟基基团。将酸氧化改性的活性炭与魔芋葡甘聚糖一同制备成气凝胶时，活性炭的羟基与魔芋葡甘聚糖表面的羟基结合生成桥氧键。活性炭本身的孔隙和刚性能增大魔芋葡甘聚糖气凝胶的孔径范围和强度，提高了气凝胶的吸油效率。用浓硝酸对活性炭进行氧化改性时，通过控制浓硝酸的用量和改性时间来控制活性炭表面的羟基含量。活性炭表面的羟基含量的控制是本专利技术的重点，羟基含量过低，导致活性炭不能很好的与魔芋葡甘聚糖通过键合形成稳定的网络结构，导致制备的气凝胶的强度较低；羟基含量过高时，制备的气凝胶吸水性强，导致气凝胶中水分占用过多的体积，导致气凝胶的吸油性差。所以，需严格控制浓硝酸的用量和处理时间。作为优选，步骤(1)中，所述微藻为小球藻、斜生栅藻、中肋骨条藻、塔玛亚历山大藻中的至少一种；富集培养的培养基用海水煮沸10～20min，抽滤后添加营养盐，培养基中营养盐各组分的浓度为NH4Cl0.1～0.3g/L，K2HPO40.05～0.1g/L和柠檬酸铁0.005～0.02g/L。为补充小球藻生长必要的营养物质，在培养基中添加相应的营养盐，NH4Cl可以补充氮源、K2HPO4在补充磷源的同时可以补充营养元素钾、添加柠檬酸铁能满足小球藻在生长过程中对铁元素的需要。作为优选，步骤(2)中，所述的离心操作温度为0～4℃，离心时间为10～20min，离心机转速为4000～6000r/min；步骤(2)中将沉淀定容至30～50ml，得浓度为7×107～7.5×107cell/mL的藻悬液，定容所用水为无菌水。作为优选，步骤(3)中，所述甘油溶液的浓度为40～60wt％，接种液中甘油溶液的体积浓度为20～30％，保藏温度为0～4℃。甘油是微藻的保护液，确保在冷冻时，微藻细胞内不会出现大块的冰晶把微藻细胞撑破，保证微藻的存活率。作为优选，步骤(4)中，所述魔芋葡甘聚糖、甘油、卡拉胶、羟丙基甲基纤维素、琼脂、海藻酸钠、果胶、去离子水的重量份数为魔芋葡甘聚糖0.3～0.5份、甘油2～4份、卡拉胶0.3～0.5份、羟丙基甲基纤维素1.4～1.6份、琼脂0.4～0.6份、海藻酸钠0.5～0.7份、果胶0.5～0.7份、去离子水100份；作为优选，步骤(4)中，所述加热方式为水浴加热，温度为70～90℃；搅拌转速为600～800rpm，搅拌时间为40～60min；灭菌方式为高压蒸汽灭菌，温度为110～120℃，灭菌时间为10～50min。作为优选，步骤(5)中，所述接种液与魔芋葡甘聚糖气凝胶溶液的体积比为0.1～0.3:1；预冷冻温度为-30～-10℃，冻速率是2～4℃/h，预冷冻时间为8～16h。作为优选，步骤(6)中，所述冷冻干燥的冷阱温度为-50～-30℃，冻速率是2～4℃/h，冷冻干燥时间为12～36h。通过调节接种液与魔芋葡甘聚糖气凝胶溶液的体积比来确保最大的微藻的存活率和对石油烃最高的降解效率。冷冻速率不能太快，冷冻速率过快会导致微藻的存活率降低，在合适的冷冻速率和冷冻温度下，微藻的存活率为40％～50％。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：本专利技术固定化微藻的载体基质材料选用生物相容性好，对藻类活细胞没有毒害作用的魔芋葡甘聚糖气溶胶，在气溶胶的制备过程中将微藻固定在气溶胶中。并且，在制备气溶胶时加入高孔隙率、低密度的木棉纤维制成的酸氧化改性的活性炭，增强本专利技术中的含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）对能降解石油烃的微藻富集培养12~20天，得藻液；（2）对藻液进行浓缩，离心，得藻液沉淀，加水定容，摇匀得藻悬液；（3）向藻悬液中加入无菌的甘油溶液，得接种液，保藏备用；（4）将魔芋葡甘聚糖、甘油、卡拉胶、羟丙基甲基纤维素、琼脂、海藻酸钠、果胶、去离子水加入烧杯中，加热，搅拌混合均匀后灭菌、冷却，得魔芋葡甘聚糖气凝胶溶液；（5）在无菌条件下，将接种液注入魔芋葡甘聚糖气凝胶溶液中，搅拌均匀后进行预冷冻；（6）将经步骤（5）预冷冻过的气凝胶溶液放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得含微藻的魔芋葡甘聚糖气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）对能降解石油烃的微藻富集培养12~20天，得藻液；（2）对藻液进行浓缩，离心，得藻液沉淀，加水定容，摇匀得藻悬液；（3）向藻悬液中加入无菌的甘油溶液，得接种液，保藏备用；（4）将魔芋葡甘聚糖、甘油、卡拉胶、羟丙基甲基纤维素、琼脂、海藻酸钠、果胶、去离子水加入烧杯中，加热，搅拌混合均匀后灭菌、冷却，得魔芋葡甘聚糖气凝胶溶液；（5）在无菌条件下，将接种液注入魔芋葡甘聚糖气凝胶溶液中，搅拌均匀后进行预冷冻；（6）将经步骤（5）预冷冻过的气凝胶溶液放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得含微藻的魔芋葡甘聚糖气凝胶。2.根据权利要求1所述的一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述气凝胶溶液中还含有重量份数为0.1~0.3份的酸氧化改性的活性炭。3.根据权利要求2所述的一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法，其特征在于：所述酸氧化改性的活性炭为废旧的木棉纤维经碳化及酸氧化制成的酸氧化改性的活性炭；其制备方法为：将废旧的木棉纤维加入去离子水中，在水热反应釜中在170~250℃下碳化9~14h，冷却，用去离子水洗涤，得木棉纤维活性炭，将其加入浓度为60~65wt%的浓硝酸，每1g活性炭用50~100ml浓硝酸，在100~140℃的条件下处理2~8h，冷却、过滤，用蒸馏水清洗至滤液呈中性，干燥后研磨得酸氧化改性的活性炭。4.根据权利要求1所述的一种含降解石油烃微藻的气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述微藻为小球藻、斜生栅藻、中肋骨条藻、塔玛亚历山大藻中的至少一种；富集培养的培养基用海水煮沸10~20min，抽滤后添加营养盐，培养基中营养盐各组分的浓度为NH4Cl0.1~0.3g/L，K2HPO40.05~0.1g/L和柠檬酸铁0.005~0.02...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆国，鲍博，李晶晶，刘梅，穆军，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33