一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球及其制备方法和应用，该复合凝胶小球包括由聚乙烯醇和海藻酸钠组成的凝胶小球，表面及内部负载有粉末活性炭和群体感应淬灭菌。其制备方法为：将聚乙烯醇、海藻酸钠、粉末活性炭与水混合，与群体感应淬灭菌菌悬液混合，所得混合液依次与硼酸和氯化钙的水溶液、硫酸钠溶液进行交联反应，得到复合凝胶小球。本发明专利技术复合凝胶小球具有成本低廉、传质性能好、机械强度高、分散性好、生物活性高、吸附能力强等优点，其制备方法具有制备工艺简单、操作简便、生产效率高、生产周期短、产品收益率高等优点。本发明专利技术复合凝胶小球能够有效去除群体感应信号分子AHL以及延缓膜污染效率，具有较好的应用前景。

An Immobilized Quantum Induction Quenching Composite Gel Ball and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球及其制备方法和应用
本专利技术属于环境功能材料和水处理新
，涉及一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球及其制备方法和应用。
技术介绍
膜生物反应器(Membranebioreactor，MBR)中的膜生物污染主要由混合液悬浮固体的沉积作用和膜表面生物膜的生长造成。近年来，利用生物群体感应淬灭(quorumquenching，QQ)来控制膜生物污染成为了一种新的技术方法。单细胞细菌依赖一些特定信号分子如N-乙酰高丝氨酸环内酯(N-acylhomoserinelactone，AHL)进行相互交流并对周围环境变化作出反应，如胞外聚合物和溶解性代谢产物的产生、生物膜的形成等。因此，可以采用某些方法管控信号分子AHL(如降解或者去除AHL)来阻断细菌间的交流(即微生物群体感应淬灭)，从而抑制生物膜的生长达到膜污染控制的目的。目前，关于AHL的降解主要通过AHL降解酶和AHL降解菌两种方式。Rhodococcussp.BH4是一种高效的AHL降解细菌，相较于AHL酶降解的方法来说，利用该QQ细菌的增殖来降解AHL信号分子如N-octanoyl-DLhomoserinelactone(C8-HSL)更具经济性和可持续性。然而直接将Rhodococcussp.BH4应用于MBR中的膜污染控制却存在一些问题，如它会与周围的其他细菌存在竞争、与周边的有害物直接接触和随着排泥过程而流失等。因此，急需研发一种无毒的、传质性强且机械稳定性高的固定化材料对该细菌进行包埋固定。聚乙烯醇(PVA)常被用于微生物的固定化，但是采用传统硼酸交联方法制备的聚乙烯醇小球存在以下问题：在制备的过程中会出现凝聚成团现象，使得材料分散性不好，影响小球的成型；在制备过程中会损害目标菌的活性，使得微生物的活性降低，影响对群体感应信号分子AHL的去除；制得的小球机械强度差，在水力作用或者机械搅拌条件下容易破损，影响小球的稳定性；制得的小球传质阻力大，不利于降解效率的提高。因此，如何全面改善上述存在的缺点和不足，以获得一种成本低廉、传质性好、机械强度高、分散性好、吸附能力强且生物活性强的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球，以及获得一种制备工艺简单、操作简便、生产效率高、生产周期短、产品收益率高的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的制备方法，这对于提高对群体感应信号分子AHL去除效果以及实现膜污染的有效控制具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、传质性好、机械强度高、分散性好、吸附能力强且生物活性强的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球，还提供了一种制备工艺简单、操作简便、生产效率高、生产周期短、产品收益率高的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的制备方法，以及该固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球在去除群体感应信号分子AHL和抑制膜污染中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球，所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球包括由聚乙烯醇和海藻酸钠组成的凝胶小球，所述凝胶小球的表面及内部负载有粉末活性炭和群体感应淬灭菌。上述的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球，进一步改进的，所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球从外至内为由密至疏的分层网状结构；所述分层网状结构上附着有群体感应淬灭菌；所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的粒径为1.5mm～5.5mm；所述群体感应淬灭菌为Rhodococcussp.BH4；所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球中粉末活性炭的质量含量为0.1％～4％。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的制备方法，包括以下步骤：S1、将聚乙烯醇、海藻酸钠、粉末活性炭与水混合，得到聚乙烯醇、海藻酸钠和粉末活性炭的混合液；S2、将步骤S1中得到的聚乙烯醇、海藻酸钠和粉末活性炭的混合液与群体感应淬灭菌菌悬液混合，得到聚乙烯醇、海藻酸钠、粉末活性炭和群体感应淬灭菌的混合液；S3、将步骤S2中得到的聚乙烯醇、海藻酸钠、粉末活性炭和群体感应淬灭菌的混合液加入到硼酸和氯化钙的水溶液中进行第一次交联反应，得到凝胶小球；S4、将步骤S3中得到的凝胶小球与硫酸钠溶液混合进行第二次交联反应，得到固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述聚乙烯醇、海藻酸钠和水的质量比为10∶0.5～4∶50～200；所述聚乙烯醇、海藻酸钠和粉末活性炭的混合液中粉末活性炭的质量浓度为0.1％～4％。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述群体感应淬灭菌菌悬液的浓度为50mg/mL～400mg/mL。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述硼酸和氯化钙的水溶液中CaCl2的质量浓度为1％～4％；所述硼酸和氯化钙的水溶液中硼酸的质量浓度为2％～4％；所述第一次交联反应在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为50rpm～800rpm；所述第一次交联反应的时间为0.5h～3h。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S4中，所述硫酸钠溶液的质量浓度为3％～10％；所述第二次交联反应在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为50rpm～800rpm；所述第二次交联反应的时间为2h～4h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球或上述的制备方法制得的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球在去除群体感应信号分子AHL中的应用。上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球与AHL溶液混合进行去除反应，完成对AHL的去除；所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的添加量为每升AHL溶液中添加固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球10g～100g。上述的应用，进一步改进的，所述AHL溶液中AHL的初始浓度为20ng/mL～1000ng/mL；所述AHL溶液为C8-HSL溶液；所述去除反应在振荡条件下进行；所述振荡的速度为50rpm～180rpm；所述去除反应过程中控制反应体系pH值为6～8；所述去除反应的温度为10℃～45℃；所述去除反应的时间为0.5h～4h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球或上述的制备方法制得的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球在抑制膜污染中的应用。上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球和活性污泥混合，加入膜材料进行培养，完成对膜污染的抑制；所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的添加量为每升活性污泥中添加固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球4g～40g。上述的应用，进一步改进的，所述活性污泥中MLSS的浓度为4000mg/L～8000mg/L；所述膜材料是孔径为0.22μm～0.45μm的聚偏二氟乙烯；所述培养在振荡条件下进行；所述振荡的转速为50rpm～180rpm；所述培养的温度为10℃～45℃；所述培养的时间为4天～30天。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球，包括由聚乙烯醇和海藻酸钠组成的凝胶小球，其中凝胶小球的表面及内部负载有粉末活性炭和群体感应淬灭菌。本专利技术中，聚乙烯醇具有机械强度高、无生物毒性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球，其特征在于，所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球包括由聚乙烯醇和海藻酸钠组成的凝胶小球，所述凝胶小球的表面及内部负载有粉末活性炭和群体感应淬灭菌。

【技术特征摘要】
1.一种固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球，其特征在于，所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球包括由聚乙烯醇和海藻酸钠组成的凝胶小球，所述凝胶小球的表面及内部负载有粉末活性炭和群体感应淬灭菌。2.根据权利要求1所述的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球，其特征在于，所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球从外至内为由密至疏的分层网状结构；所述分层网状结构上附着有群体感应淬灭菌；所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的粒径为1.5mm～5.5mm；所述群体感应淬灭菌为Rhodococcussp.BH4；所述固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球中粉末活性炭的质量含量为0.1％～4％。3.一种如权利要求1或2所述的固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚乙烯醇、海藻酸钠、粉末活性炭与水混合，得到聚乙烯醇、海藻酸钠和粉末活性炭的混合液；S2、将步骤S1中得到的聚乙烯醇、海藻酸钠和粉末活性炭的混合液与群体感应淬灭菌菌悬液混合，得到聚乙烯醇、海藻酸钠、粉末活性炭和群体感应淬灭菌的混合液；S3、将步骤S2中得到的聚乙烯醇、海藻酸钠、粉末活性炭和群体感应淬灭菌的混合液加入到硼酸和氯化钙的水溶液中进行第一次交联反应，得到凝胶小球；S4、将步骤S3中得到的凝胶小球与硫酸钠溶液混合进行第二次交联反应，得到固定化群体感应淬灭菌复合凝胶小球。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述聚乙烯醇、海藻酸钠和水的质量比为10∶0.5～4∶50～200；所述聚乙烯醇、海藻酸钠和粉末活性炭的混合液中粉末活性炭的质量浓度为0.1％～4％；所述步骤S2中，所述群体感应淬灭菌菌悬液的浓度为50mg/mL～400mg/mL；所述步骤S3中，所述硼酸和氯化钙的水溶液中CaCl2的质量浓度为1％～4％；所述硼酸和氯化钙的水溶液中硼酸的质量浓度为2％～4％；所述第一次交联反应在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为50rpm～800rpm；所述第一次交...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾茁桐，唐碧，肖嵘，黄瑾辉，顾岩岭，史亚慧，赖萃，曾光明，李华，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43