一种生化复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及微生物与环境工程技术交叉领域，具体公开了一种生化复合材料及其制备方法和应用。其中生化复合材料包括产脲酶菌株和可持续材料载体，产脲酶菌株已于2021年3月15日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为GDMCC NO:61559。本发明专利技术筛选出可以促进微生物诱导的碳酸钙沉积的产脲酶菌株；并且本发明专利技术生化复合材料具有高脲酶生产能力、最优细菌繁殖能力和对重金属环境具有高抗性的优点，有利于修复重金属污染的土壤；本发明专利技术还采用玉米芯粉作为持续材料载体，其成本低廉，且作为载体对土壤内产脲酶菌株的富集和菌株诱导的钙沉积具有极高的促进作用。具有极高的促进作用。具有极高的促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一种生化复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及微生物与环境工程技术交叉领域，尤其是涉及一种生化复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]重金属土壤污染对生物多样性、农业生产以及整体环境和人类健康均构成威胁。目前许多国家采用各种土壤修复技术降低土壤金属浓度，例如物理化学修复和植物修复，然而，这些技术仍存在许多缺点。微生物钙化作为近年来环境岩土较新的研究领域，是一种特殊的生物矿化方法，其核心技术即为MICP(Microbially Induced Calcite Precipitation，微生物诱导碳酸钙沉淀)，通过自然界中某类微生物，其新陈代谢可产生分解尿素的脲酶，尿素分解后产生的碳酸根离子与自然界游离的金属钙离子结合生成胶凝晶体的过程，从而达到重金属固定化，并且提高土壤质地的刚度和强度。目前重金属污染土壤修复的传统方法都具有一定的局限性，而微生物修复技术的非破坏性、绿色经济性、环境友好性，使其逐步发展成为极具前景的土壤修复技术。
[0003]在受到重金属污染的土壤中，MICP反应很大程度将交换态的重金属离子固定为具有内部稳定性的碳酸盐沉淀形式。通过这一步骤，降低了重金属的生物毒性和生物利用度。因此开发一种高效、低成本、可持续的生态除金属方法是十分必要和迫切的。然而由于与本地微生物的竞争以及开放土壤中的不利生长条件，外源产脲酶的微生物在这种土壤修复模式中受到了生存的限制。此外，直接掺入外源接种微生物会降低其垂直运输和在土壤中的定植能力。因此，需要一种合适的接种材料来更好地利用微生物诱导碳酸钙沉淀来进行土壤修复。
[0004]利用上述微生物固定土壤重金属的方法与生物炭作为载体结合形成的生化复合材料(BCM)也被证明有利于植物生长。然而，生物炭作为热分解基质比天然可用的纤维或多孔物质更加昂贵。在这种背景下，需要考虑引入其他经济有效的基质或生物材料用于产脲酶菌的固定化和稳定化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种生化复合材料及其制备方法和应用。本专利技术筛选出一株高产量脲酶的产脲酶菌株，可以促进生物诱导的碳酸钙沉积(MICP)；将其菌株添加于生化复合材料中，使得生化复合材料具有高效碳酸钙沉淀能力，有利于重金属污染土壤的修复，同时具有较高的脲酶活性、脲酶产量及最优细菌繁殖能力。
[0006]第一目的，本专利技术提供了一种产脲酶菌株，所述产脲酶菌株的序列如SEQ ID NO:1所示，所述产脲酶菌株为芽孢杆菌Bacillus sp.WA，所述芽孢杆菌Bacillus sp.WA已于2021年3月15日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼，保藏编号为GDMCC NO:61559。
[0007]本专利技术的芽孢杆菌Bacillus sp.WA从电子废弃场收集的土壤中分离得到的，在25℃～35℃的静态培养条件下进行24小时的细菌培养。
[0008]第二目的，本专利技术提供了上述产脲酶菌株在制备脲酶中的应用。
[0009]第三目的，本专利技术提供了上述产脲酶菌株在降低重金属土壤中尿素含量的用途。
[0010]该芽孢杆菌Bacillus sp.WA能够在添加营养源和尿素的环境中催化尿素水解成氨和碳酸盐，并进一步允许碳酸盐离子结合游离重金属离子形成金属碳酸盐，继而实现土壤重金属固定化。
[0011]第四目的，本专利技术提供了一种生化复合材料，包括上述产脲酶菌株和可持续材料载体。
[0012]本专利技术的生化复合材料具有高脲酶生产能力和对重金属环境具有高抗性的优点。并且该生化复合材料不会产生额外具有环境毒性的物质，不会产生二次污染，促进可持续发展。
[0013]加入芽孢杆菌Bacillus sp.WA和可持续材料载体组成的生化复合材料其生产脲酶的产量可高达4U/mg～5U/mg。
[0014]作为本专利技术所述生化复合材料的优选实施方式，所述可持续材料载体包括玉米芯粉、豆渣、木屑和甘蔗渣中的至少一种，更优选地，所述可持续材料载体为玉米芯粉。
[0015]参考图5，当可持续材料载体为玉米芯粉时，其成本低廉，且作为载体对土壤内产脲酶菌株的富集和菌株诱导的钙沉积具有极高的促进作用，无需使用高成本生物炭作为细菌载体。
[0016]第五目的，本专利技术提供了上述生化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1、将所述产脲酶菌株在30℃～40℃、pH值为6.0～7.0的条件下在含有氮源的营养培养基培养得到细菌悬浮液；
[0018]S2、将步骤S1制备的细菌悬浮液与可持续材料载体混合离心，获得生化复合材料。
[0019]更优选地，步骤S1中的产脲酶菌株处于在需氧和静态培养条件下培养。
[0020]作为本专利技术所述生化复合材料的制备方法的优选实施方式，细菌悬浮液的体积与可持续材料载体的质量之比为(10～20):1，更优选地，细菌悬浮液的体积与可持续材料载体的质量之比为10:1。
[0021]当细菌悬浮液的体积与可持续材料载体的质量之比为上述范围时，可持续材料载体对细菌的吸附固定能力较佳，当细菌悬浮液的体积与可持续材料载体的质量之比为10:1时，可持续材料载体对细菌的吸附固定能力达到最优，附图4提供了该质量比下的生化复合材料的扫描电子显微镜观测的照片。
[0022]作为本专利技术所述生化复合材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤S2中，将步骤S1制备的细菌悬浮液与可持续材料载体在温度为30℃～40℃条件下以120rpm/min～160rpm/min的转速混合8～16h。
[0023]作为本专利技术所述生化复合材料的制备方法的优选实施方式，所述氮源包括尿素，所述尿素的浓度为2％～3％。
[0024]作为本专利技术所述生化复合材料的制备方法的优选实施方式，所述营养培养基中包含氯化钙，氯化钙的浓度小于25ppm。
[0025]第六目的，本专利技术提供了一种固定化土壤中重金属的方法，采用上述产脲酶菌株
或者上述生化复合材料固定化土壤中的重金属。
[0026]当使用本专利技术的产脲酶菌株或者生化复合材料对土壤重金属固定时，不需要加入大量化学固定剂，减少了化学试剂带来的再次污染。
[0027]作为本专利技术所述固定化土壤中重金属的方法的优选实施方式，将上述生化复合材料添加至被重金属污染的土壤中持续2周至4周。
[0028]作为本专利技术所述固定化土壤中重金属的方法的优选实施方式，生化复合材料的浓度为10％(v:w)g材料/kg土壤～20％(v:w)g材料/kg土壤。
[0029]作为本专利技术所述固定化土壤中重金属的方法的优选实施方式，所述重金属包括镉，每千克的土壤包括5mg～12mg的镉。
[0030]第七目的，本专利技术提供了上述生化复合材料在修复重金属污染土壤中的应用。
[0031]本专利技术的生化复合材料在修复重金属污染土壤应用中，无需加入大量化学固定剂，可减少修复成本。
[0032]当加入生化复合材料至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产脲酶菌株，其特征在于，所述产脲酶菌株的序列如SEQ ID NO:1所示。2.如权利要求1所述的产脲酶菌株，其特征在于，所述产脲酶菌株为芽孢杆菌Bacillus sp.，所述芽孢杆菌Bacillus sp.已于2021年3月15日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为GDMCC NO:61559。3.如权利要求1所述的产脲酶菌株在制备脲酶中的应用。4.如权利要求1所述的产脲酶菌株在降低重金属土壤中尿素含量的用途。5.一种生化复合材料，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的产脲酶菌株和可持续材料载体。6.如权利要求5所述的生化复合材料，其特征在于，所述可持续材料载体包括玉米芯粉、豆渣、木屑和甘蔗渣中的至少一种，更优选地，所述可持续材料载体为玉米芯粉。7.如权利要求5所述生化复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将所述产脲酶菌株在30℃～40℃、pH值为6.0～7.0的条件下在含有氮源的营养培养基培养得到细菌悬浮液；S2、将步骤S1制备的细菌悬浮液与可持续材料载体混合离心，获得生化复合材料。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，细菌悬浮液的体积与可持续材料载体的质量之比为(10～20):1，更优选地，细菌悬浮液的体积与可持续...

【专利技术属性】
技术研发人员：安澈，李维拉，杨逸凡，
申请(专利权)人：广东以色列理工学院，
类型：发明
国别省市：