一种利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法技术

本发明专利技术提供一种利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法，包括如下步骤：1)芽孢的制备；2)芽孢的收集；3)芽孢的吸附；4)芽孢的洗脱和稀土离子的回收。本发明专利技术属于矿产资源循环利用技术领域，利用枯草芽孢杆菌在营养条件不良时形成的芽孢对稀土离子具有很强的吸附性，吸附效果明显优于枯草芽孢杆菌本身，且具有特异吸附性，吸附后于中性条件下加入过量2,6‑吡啶二羧酸可实现洗脱，进而实现了芽孢的洗脱和稀土离子的回收，回收工序简便快速，洗脱后的芽孢可重复使用，减少了资源浪费和环境污染。

【技术实现步骤摘要】
一种利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法
本专利技术属于矿产资源循环利用
，尤其涉及一种利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法。
技术介绍
稀土因其稀土元素(Rareearthelements,REEs)具有很强的活性和生物效应，已广泛应用于国防工业、航空、陶瓷、石油、钢铁等行业，被称为“工业维生素”。中国离子型稀土矿主要分布在南方地区，江西赣州拥有全国30％以上的离子型重稀土，被誉为“稀土王国”。随着对资源和环境保护的重视，国内稀土开采正在逐渐减少，因此也造成了稀土价格不断提升。另一方面，稀土作为不可再生资源和重要的战略资源，解决稀土的循环利用问题迫在眉睫，而其中最关键的是稀土回收技术发展。CN108285979A、CN107699715A和CN108728656A等现有稀土离子回收技术需要使用大量酸、碱、有机萃取剂等，存在回收稀土工艺较为复杂，稀土损失较多，而且容易导致大量废液排放的环境问题。微生物由于其特殊的生理生化特点，通过表面官能团可对稀土离子进行物理吸附，其中报道最多的为芽孢杆菌(Bacillus)细菌。芽孢杆菌对稀土离子具有较强的吸附性，但尚未发现利用芽孢杆菌进行稀土离子回收的报道。因此，提供一种利用枯草芽孢杆菌芽孢进行稀土离子回收的微生物方法具有重要意义。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术通过对枯草芽孢杆菌进行充分研究，预料不到地发现：利用枯草芽孢杆菌在营养条件不良时形成的芽孢对稀土离子具有很强的吸附性，吸附效果明显优于枯草芽孢杆菌本身，且具有特异吸附性，从而使稀土离子与溶液/废液中的其他金属离子(如Ca或Mg等离子)分离，吸附后于中性条件下加入过量2,6-吡啶二羧酸(DPA)可实现洗脱，进而实现了芽孢的洗脱和稀土离子的回收，回收工序简便快速，洗脱后的芽孢可重复使用，减少了资源浪费和环境污染。本专利技术的目的将通过下面的详细描述来进一步说明。本专利技术提供一种利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法，包括如下步骤：1)芽孢的制备：将活化后的枯草芽孢杆菌菌株接入LB液体培养基中摇床培养3～5小时后，将种子液转接到2xSG固体培养基于36～38℃培养4～6天；2)芽孢的收集：将步骤1)得到的芽孢收集到离心管，加入3～5℃无菌去离子水，振荡超声3～5min，然后在3～5℃下8000～12000rpm离心10～20min，去除上清液，加入18～25％质量百分含量的碘海醇溶液悬浮菌体，振荡后再转入45～60％质量百分含量的碘海醇溶液，3～5℃下8000～12000rpm离心10～20min，去除上层悬浮液，收集沉淀并用无菌水洗涤3～6次，于8000～12000rpm离心6～10min，收集得到芽孢；3)芽孢的吸附：将步骤2)得到的芽孢与pH7.0～7.4的含有稀土离子的溶液室温孵育1～10min，于12000～15000rpm离心3～5min，去除上清液，收集吸附后的芽孢；4)芽孢的洗脱和稀土离子的回收：将步骤3)得到的芽孢在保持pH7.0～7.4条件下加入过量2,6-吡啶二羧酸进行洗脱，于10000～14000rpm离心3～5min收集上清液，得到含稀土离子的回收液，该回收液经荧光检测，得出稀土离子含量。本专利技术将枯草芽孢杆菌在造成营养条件不良的2xSG固体培养基培养形成芽孢，通过先后加入不同浓度的碘海醇溶液进行高速离心并控制离心时间，有效去除了杂物，通过相差显微镜观察(显微镜下芽孢是明亮的)，步骤2)得到的芽孢纯度>99％。收集的芽孢于中性条件pH7.0～7.4下加入过量2,6-吡啶二羧酸可实现洗脱，进而实现了芽孢的洗脱和稀土离子的回收。如果含有稀土离子的溶液pH不在7.0～7.4，则需要先调pH至7.0～7.4，以便更好地实现芽孢吸附。一定量的芽孢有饱和吸附量，如图1所示，芽孢对Tb3+饱和吸附量约102纳摩尔/毫克芽孢，对Dy3+饱和吸附量约196纳摩尔/毫克芽孢。因此，洗脱时，DPA以粉末或水溶液的形式加入，其用量大于上述饱和吸附量进行洗脱即可。优选地，所述稀土离子为铽或镝。更优选地，所述稀土元素为铽，荧光检测的吸收光谱为275nm，发散光谱为545nm。更优选地，所述稀土元素为镝，荧光检测的吸收光谱为275nm，发散光谱为480nm。优选地，所述枯草芽孢杆菌为Bacillussubtilis168，保藏编号为ATCCNO:27370。优选地，所述LB液体培养基的制备方法包括如下步骤：950mL去离子水中加入胰蛋白胨(tryptone)10g、酵母提取物5g、NaCl10g，用1mol/L的NaOH溶液调节pH值至7.0并定容至1L，高压灭菌，即得。优选地，所述2xSG固体培养基的制备方法包括如下步骤：970mL去离子水中加入营养肉汤(NutrientBroth)16g，1mol/LMgSO4溶液2mL、2mol/LKCl溶液13mL、1mol/LMnCl2溶液100μL、0.036mol/LFeSO4溶液30μL、琼脂粉15g，定容至1L，高压灭菌，灭菌后加入单独灭菌的20mL50×硝酸钙·葡萄糖溶液，即得；所述硝酸钙·葡萄糖溶液由硝酸钙四水化合物1.18g和葡萄糖5g加去离子水至100mL，即得。优选地，枯草芽孢杆菌菌株的活化包括如下步骤：将保藏的枯草芽孢杆菌菌种划线至LB固体培养基，于36～38℃过夜培养。LB固体培养基，是在LB液体培养基的基础上再加入琼脂粉15g，然后在121℃高压灭菌20min，冷却得到。优选地，所述摇床培养的条件为：36～38℃、250～300rpm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：(1)本专利技术发现将枯草芽孢杆菌在造成营养条件不良时培养形成的芽孢对稀土离子具有很强的吸附性，吸附效果明显优于枯草芽孢杆菌本身，且具有特异吸附性，从而使稀土离子与溶液/废液中的其他金属离子(如Ca或Mg等离子)分离。(2)本专利技术通过加入不同浓度的碘海醇溶液进行高速离心并控制离心时间，有效去除了杂物，实现了芽孢的收集。(3)本专利技术通过芽孢的制备、收集和洗脱，实现了稀土离子的回收，并发现稀土离子(尤其是Tb3+、Dy3+)能与过量的DPA结合形成复合物，且其荧光强度与稀土离子浓度在一定范围内成线性关系，从而便于回收液中稀土离子含量的检测和回收效果的评估。(4)本专利技术可广泛应用于含稀土离子的污水处理，在实现稀土离子资源回收的同时，降低了可能的环境污染风险。(5)本专利技术的回收工序简便快速，避免了大量酸和碱等试剂的使用，洗脱后的芽孢可重复使用，避免了资源浪费和环境污染。附图说明图1芽孢对Tb3+、Dy3+的吸附效果检测图；其中A为芽孢对Tb3+的吸附效果检测图，B为芽孢对Dy3+的吸附效果检测图。图2Tb3+、Dy3+分别与过量的DPA结合后形成复合物的荧光强度检测图；其中A为Tb3+与过量的DPA结合后形成复合物的荧光强度检测图，B为Dy3+与过量的DPA结合后形成复合物的荧光强度检测图。图3过量DPA从芽孢洗脱Tb3+、Dy3+的荧光强度检测图；其中A为过量DPA从芽孢洗脱Tb3+的荧光强度检测图；其中B为过量DPA从芽孢洗脱Dy3+的荧光强度检测图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术中，枯草芽孢杆菌为Bacillussubt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法，其特征在于：包括如下步骤：1)芽孢的制备：将活化后的枯草芽孢杆菌菌株接入LB液体培养基中摇床培养3～5小时后，将种子液转接到2x SG固体培养基于36～38℃培养4～6天；2)芽孢的收集：将步骤1)得到的芽孢收集到离心管，加入3～5℃无菌去离子水，振荡超声3～5min，然后在3～5℃下8000～12000rpm离心10～20min，去除上清液，加入18～25％质量百分含量的碘海醇溶液悬浮菌体，振荡后再转入45～60％质量百分含量的碘海醇溶液，3～5℃下8000～12000rpm离心10～20min，去除上层悬浮液，收集沉淀并用无菌水洗涤3～6次，于8000～12000rpm离心6～10min，收集得到芽孢；3)芽孢的吸附：将步骤2)得到的芽孢与pH7.0～7.4的含有稀土离子的溶液室温孵育1～10min，于12000～15000rpm离心3～5min，去除上清液，收集吸附后的芽孢；4)芽孢的洗脱和稀土离子的回收：将步骤3)得到的芽孢在保持pH7.0～7.4条件下加入过量2,6‑吡啶二羧酸进行洗脱，于10000～14000rpm离心3～5min收集上清液，得到含稀土离子的回收液，该回收液经荧光检测，得出稀土离子含量。...

【技术特征摘要】
1.一种利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法，其特征在于：包括如下步骤：1)芽孢的制备：将活化后的枯草芽孢杆菌菌株接入LB液体培养基中摇床培养3～5小时后，将种子液转接到2xSG固体培养基于36～38℃培养4～6天；2)芽孢的收集：将步骤1)得到的芽孢收集到离心管，加入3～5℃无菌去离子水，振荡超声3～5min，然后在3～5℃下8000～12000rpm离心10～20min，去除上清液，加入18～25％质量百分含量的碘海醇溶液悬浮菌体，振荡后再转入45～60％质量百分含量的碘海醇溶液，3～5℃下8000～12000rpm离心10～20min，去除上层悬浮液，收集沉淀并用无菌水洗涤3～6次，于8000～12000rpm离心6～10min，收集得到芽孢；3)芽孢的吸附：将步骤2)得到的芽孢与pH7.0～7.4的含有稀土离子的溶液室温孵育1～10min，于12000～15000rpm离心3～5min，去除上清液，收集吸附后的芽孢；4)芽孢的洗脱和稀土离子的回收：将步骤3)得到的芽孢在保持pH7.0～7.4条件下加入过量2,6-吡啶二羧酸进行洗脱，于10000～14000rpm离心3～5min收集上清液，得到含稀土离子的回收液，该回收液经荧光检测，得出稀土离子含量。2.根据权利要求1所述的利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法，其特征在于：所述稀土离子为铽或镝。3.根据权利要求2所述的利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法，其特征在于：所述稀土元素为铽，荧光检测的吸收光谱为275nm，发散光谱为545nm。4.根据权利要求2所述的利用枯草芽孢杆菌芽孢回收稀土离子的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：董伟，李丝雨，谢东，何森，潘涛，彼得·塞特洛，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36