一种牡蛎壳表面改性的方法技术

本发明专利技术涉及材料表面性质改变修饰领域，具体涉及一种通过精氨酸表面改性牡蛎壳的方法。将牡蛎壳经碱金属盐溶液进行活化，再将活化后的牡蛎壳在精氨酸水溶液中进行超声分散，通过活性基团相互作用制备出精氨酸表面修饰的牡蛎壳材料。本发明专利技术提供的改性牡蛎壳方法，改善了材料表面的微生物亲和性，提高对微生物的吸附率至原材料的4.4倍。本发明专利技术提供的牡蛎壳改性方法扩大了其应用范围，在污水生物处理、土壤修复、好氧堆肥等环境和农业领域有很好的应用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种牡蛎壳表面改性的方法


[0001]本专利技术涉及材料表面性质改变修饰领域，具体涉及一种通过精氨酸表面改性牡蛎壳的方法。

技术介绍

[0002]据2019年中国渔业统计年鉴，我国牡蛎海水养殖面积为14.4万公顷，养殖产量514万吨以上，占贝类养殖产量的35.6％，占牡蛎质量70％的牡蛎壳作为废弃物被随意堆弃，不仅占用大量土地资源，其腐败变臭还会造成严重的环境污染。牡蛎壳是一种天然多孔生物材料，孔隙率可达52％，有一定的吸附、离子交换和催化性能。牡蛎壳的无机质部分主要是CaCO3，约占总质量的95％，其余5％为有机质，主要包括甲壳素、糖蛋白和多种氨基酸等。基于牡蛎壳特殊的结构和表面特性，已经在土壤改良、污水处理等领域得到了一些应用，可以制备无机吸附剂、土壤改良剂，具有无毒、成本低、不产生二次污染的特点。Park,W.H.等人(Park,W.H.；Polprasert,C.,Roles of oyster shells in an integrated constructed wetland system designed for P removal.Ecol.Eng.2008,34(1),50-56.)以牡蛎壳为吸附和过滤介质，添加在人工湿地单元和后置串联的过滤器单元中，水力停留时间3.5天，运行一年，发现该集成装置可高效去除系统中85.7％的N，98.3％的P和94.4％的总悬浮固体。Lee,Y.H.等人(Lee,Y.H.；Islam,S.M.；Hong,S.J.；Cho,K.M.；Math,R.K.；Heo,J.Y.；Kim,H.；Yun,H.D.,Composted oyster shell as lime fertilizer is more effective than fresh oyster shell.Biosci Biotechnol Biochem 2010,74(8),1517-1521.)将牡蛎壳经过堆肥化处理后，作为大豆种植的石灰肥可提高1.33t/ha的大豆产量；刘文等人将牡蛎壳在不同高温条件下煅烧活化，活化后的钙盐的结构和成分发生变化，且对刚果红染料的吸附效果提高。
[0003]作为微生物的载体或者土壤改良剂，材料表面的微生物亲和性非常重要，材料和微生物之间通过静电吸引、范德华力、共价结合和亲疏水等作用，使微生物附着于非水溶性的载体表面，附着的微生物不断生长繁殖，在载体表面形成生物膜。该过程对微生物活性几乎无影响，但是吸附量受载体表面性质的影响，细胞结合强度低，生物膜易脱落，因此为提高载体对生物的吸附效果有必要提升载体的表面性能和优化载体材料。名称为一种高亲和性生物载体的专利技术专利(公开日：2013年12月25日，公开号：CN103466782A)，通过筛选、加工、浸泡、Fe
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/H2O2化学改性、烘烤、碱洗、干燥等步骤提高了天然竹子的微生物吸附性能，在挂膜试验中，相比原竹材料，改性后的材料表面具有更好的生物亲和性，同等挂膜量缩短10～20％时间，但是竹材料易受环境影响变形开裂，物理结构不稳定无法循环利用；名称为一种生物亲和性填料及其制备方法的专利技术专利(公开日：2017年2月22日，公开号：CN106430527A)，利用明胶与甲基丙烯酸羟乙酯，丰富填料表面的化学活性基团，提高生物填料与微生物的同源性亲和力，成熟生物膜的形成时间提前5～20天，但因其制备工艺复杂，过程中所添加的塑化剂有一定毒性，应用范围受到限制。目前，现有专利技术专利针对牡蛎壳材料表面的微生物亲和性改性修饰方法未见报道。
[0004]氨基酸是含有氨基和羧基的一类有机化合物，是蛋白质合成的基本单位。精氨酸是常见20种氨基酸中亲水性最强，且与活细胞具有生物相容性和亲和性。精氨酸含两个氨基，在弱酸性环境中可以与重金属离子相互作用，Chu,Y.等人(Chu,Y.；Khan,M.A.；Wang,F.；Xia,M.；Lei,W.；Zhu,S.,Kinetics and equilibrium isotherms of adsorption of Pb(II)and Cu(II)onto raw and arginine-modified montmorillonite.Adv.Powder Technol.2019,30(5),1067-1078.)利用精氨酸修饰的蒙脱石吸附重金属，研究结果表明修饰后蒙脱石对重金属的饱和吸附量高于原材料，且在弱酸条件下(pH＞4)时，蒙脱石吸附上的金属离子几乎不会脱落；Naushad,M.等人(Naushad,M.；Alqadami,A.A.；AlOthman,Z.A.；Alsohaimi,I.H.；Algamdi,M.S.；Aldawsari,A.M.,Adsorption kinetics,isotherm and reusability studies for the removal of cationic dye from aqueous medium using arginine modified activated carbon.J.Mol.Liq.2019,293,111442.)利用碳化二亚胺合成出精氨酸修饰的活性碳材料，通过静电相互作用，有效地从水体中去除亚甲基蓝染料；名称为一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂及其制备方法与应用专利技术专利(公开日：2019年7月9日，公开号：CN109988317A)，利用木质素的酚羟基，与氨基酸通过胺甲基化反应，得到精氨酸修饰的木质素广谱抗菌剂，有效增强了木质素的抗菌活性；名称为一种L-精氨酸改性氧化石墨烯海绵制备和铀吸附方法专利技术专利(公开日：2018年11月16日，公开号：CN108816187A)，通过水热法和冷冻干燥法制备出改性氧化石墨烯海绵，提高了比表面积和孔隙率，对金属铀具有更好的选择性吸附能力。上述分析可见，精氨酸在环境修复方面具有良好的应用前景。
[0005]作为两性物质，氨基酸所在反应体系的pH值小于其等电点时，物质带正电荷，反之则带负电荷。精氨酸等电点为10.76，因其结构中含有的胍基呈正电性，此外，自然界大部分环境微生物细胞的表面含有大量的磷酸基和羧基等基团，使细胞的表面通常带负电荷。因此，精氨酸可以与细菌带负电的表面，及其内部的功能性蛋白、DNA、RNA等作用。但牡蛎壳作为一种典型的天然生物矿化物质，由于组成成分限制其应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种精氨酸表面改性牡蛎壳的方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种牡蛎壳表面改性的方法，将牡蛎壳经碱金属盐溶液进行活化，再将活化后的牡蛎壳在精氨酸水溶液中进行超声分散，通过活性基团相互作用制备出精氨酸表面修饰的牡蛎壳材料。
[0009]进一步的说：
[0010]1)将清洗处理后的牡蛎壳粉置于过量的碱金属盐溶液中于160-200℃下活化20-24h，待用；
[0011]2)将上述活化处理后牡蛎壳粉加入至浓度为10-15wt％的L-精氨酸水溶液中，超声震荡1-2h，抽滤、干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种牡蛎壳表面改性的方法，其特征在于：将牡蛎壳经碱金属盐溶液进行活化，再将活化后的牡蛎壳在精氨酸水溶液中进行超声分散，通过活性基团相互作用制备出精氨酸表面修饰的牡蛎壳材料。2.按权利要求1所述的牡蛎壳表面改性的方法，其特征在于：1)将清洗处理后的牡蛎壳粉置于过量的碱金属盐溶液中于160-200℃下活化20-24h，待用；2)将上述活化处理后牡蛎壳粉加入至浓度为10-15wt％的L-精氨酸水溶液中，超声震荡1-2h，抽滤、干燥，即得到精氨酸修饰的牡蛎壳粉。3.按权利要求2所述的牡蛎壳表面改性的方法，其特征在于：所述步骤1)中清洗后牡蛎壳粉和碱金属盐溶液混合，超声分散处理后，在160-200℃恒温油浴下，搅拌20-24h，反应结束冷却至室温，将固型颗粒物取出，反复水洗，洗涤后烘干，得到活化牡蛎壳粉，待用；其中，清洗后牡蛎壳粉和碱金属盐溶液的质量体积比为1:40-60。4.按权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭荣波，路明艺，师晓爽，杨智满，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：