一种固定化异化金属还原细菌驱动的生物产氢-纳米钯耦合降解卤代有机污染物的方法技术

一种固定化异化金属还原细菌驱动的生物产氢

【技术实现步骤摘要】
一种固定化异化金属还原细菌驱动的生物产氢
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纳米钯耦合降解卤代有机污染物的方法


[0001]本专利技术涉及卤代有机污染物降解
，具体是涉及一种固定化异化金属还原细菌驱动的生物产氢
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纳米钯耦合降解卤代有机污染物的方法。

技术介绍

[0002]工业废水、杀虫剂、染料和杀菌剂产生的卤代有机污染物已大量排入生态系统中，对环境和人类健康与安全造成严重危害。由于其致癌、诱变和细胞毒性特性，卤代有机污染物已成为潜在的人类致癌物和优先治理污染物。
[0003]目前关于卤代有机污染物降解的处理方法主要是生物法、化学法和物理法。与常规理化处理手段相比，生物法因其成本低廉、操作简便、环境友好等优点，而成为最具应用潜力的卤代有机污染物修复方法。但是卤代有机污染物由于卤代基团的存在，通常都是异生物质，可生化性较差，这使得直接的生物法降解速率缓慢。因此，对于卤代有机污染物的修复通常需要先进行脱卤，以增加其生物可降解性。
[0004]目前还原脱卤主要利用贵金属催化剂的催化还原效能。在常温条件下合成的贵金属催化剂在催化脱卤方面具有很高的活性。在这些贵金属催化剂中，纳米钯具有出色的H2吸附能力以及优异的选择性和稳定性。纳米钯加氢脱卤主要由于纳米钯活化H2，产生活性氢吸附在纳米钯上，形成Pd
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H键。当卤代有机污染物吸附在纳米钯界面时，活性氢与卤代有机污染物相互接触，从而实现加氢脱卤。但是目前，纳米钯加氢脱卤需要外源通入氢气。但是H2具有低水溶性，这使得其利用效率极低。另外，H2属于易燃易爆的危险气体，操作条件苛刻，实际使用受限。
[0005]Shewanella菌属是一种特殊的模式异化金属还原菌。由于其独特的细胞外还原能力，Shewanella菌已经被用于众多的污染物胞外还原修复。虽然Shewanella菌也能对某些卤代有机污染物具有脱卤能力，但是脱卤效能低、修复范围小，严重限制了Shewanella菌对卤代有机污染物的环境修复应用。但是Shewanella菌可以通过异化金属还原能力，利用Pd(Ⅱ)进行生物合成纳米钯颗粒。生物合成的纳米钯能够利用H2对卤代有机污染物实现高效脱卤。
[0006]但是，这种修复方法存在三个局限：1、纳米钯的生物合成和脱卤修复是两个完全分割的过程。首先需要用游离合成纳米钯，然后把纳米钯提纯出来用于脱卤。这个操作过程繁琐，纳米钯的回收率低；2、纳米钯进行脱卤的过程需要持续提供H2。因为H2水溶性极低，这导致其实际利用率低。另外H2属于易燃易爆的危险气体。这限制了其实际使用场景；3、游离态的纳米钯介导脱卤是一个序批式的运行工况，难以连续稳定运行。

技术实现思路

[0007]针对以上的缺陷，本专利技术首先利用海藻酸钠制备Shewanella菌的固定化小球，然后利用固定化小球中的Shewanella菌生物合成纳米钯，形成纳米钯
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Shewanella菌的耦合
体系。在该体系中，纳米钯将Shewanella菌厌氧代谢产生的H2活化，通过活性氢实现卤代有机污染物的高效加氢脱卤。因此，本专利技术开发出了一种固定化异化金属还原细菌驱动的生物产氢
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纳米钯耦合降解卤代有机污染物的方法，从而为卤代有机污染物的生物处理提供新思路、新技术和新工艺。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0009]一种固定化异化金属还原细菌驱动的生物产氢
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纳米钯耦合降解卤代有机污染物的方法，利用异化金属还原菌的胞外还原能力，在海藻酸钠固定化微囊体中，实现纳米钯的生物合成并负载于微囊体中，从而构建出异化金属还原细菌
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纳米钯的耦合体系；耦合体系中利用纳米钯活化异化金属还原菌厌氧代谢产生的氢气，产生活性氢以实现卤代有机污染物的高效脱卤降解。
[0010]进一步地，本专利技术的固定化异化金属还原细菌驱动的生物产氢
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纳米钯耦合降解卤代有机污染物的方法，步骤如下：
[0011](1)配置所需的合成培养基、含卤代有机污染物的合成废水，均曝气，灭菌备用；
[0012](2)挑取活化好的异化金属还原菌单克隆，接入液体培养基，在好氧条件下震荡培养至对数后期；
[0013](3)离心收集菌体，之后用生理盐水重悬洗涤两次制成菌悬液备用；
[0014](4)在超净台中，将步骤(3)所得到的菌液添加到海藻酸钠溶液中，搅拌均匀；
[0015](5)使用兰格蠕动泵制作含菌海藻酸钙小球，一端连接搅拌均匀的海藻酸钠溶液，一端滴入无菌氯化钙溶液中，进行固定；
[0016](6)将固定化小球加入合成培养基中，并加入Pd(Ⅱ)合成前体溶液，合成纳米钯，合成完毕后取出小球，加入至含卤代有机污染物的合成废水中；利用合成的纳米钯吸附异化金属还原菌厌氧代谢产生H2并活化产生活性氢，通过加氢脱卤作用实现对卤代有机污染物的高效脱卤降解修复。
[0017]本专利技术首先利用海藻酸钠对异化金属还原菌进行固定化，再在厌氧条件下合成纳米钯负载于微囊体上，最后利用纳米钯活化异化金属还原菌厌氧代谢产生氢气，产生活性氢，实现对卤代有机污染物的高效还原脱卤。与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
[0018]1、这种一体化耦合降解方法解决了卤代有机污染物的连续流生物修复难题。同时，该方法通过微生物代谢产氢解决了外源通入难溶性氢气所造成的操作危险和成本浪费，能够实现高效原位脱卤。本专利技术的运行条件易于控制，物料成本低，在有机卤代污染物的环境修复以及异化金属还原菌的环境应用领域有很强的实际应用价值。
[0019]2、这种一体化耦合降解方法解决了微生物降解卤代有机污染物缓慢的问题，有效提高了降解速率。同时，该方法还避免了纳米钯降解卤代有机污染物需要外源持续通入H2的弊端，降低了安全风险，实现了内源氢气的持续产生。
附图说明
[0020]图1是实施例1中2,4,6
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三氯苯酚的降解处理浓度变化曲线。
[0021]图2是实施例2中氯苯的降解处理浓度变化曲线。
具体实施方式
[0022]实施例1
[0023]本实施例评估异化金属还原菌Shewanellaoneidensis MR
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1野生型在厌氧条件下耦合纳米钯对2,4,6
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三氯苯酚的降解效能。Shewanellaoneidensis MR
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1野生型菌株保存于美国模式典型物收集中心(ATCC)，菌株编号是ATCC 700550TM。此菌种可直接从该中心购买。具体步骤如下：
[0024](1)配置所需的合成培养基(HEPES1.191 g/L、氯化钠8g/L、氯化钾0.2g/L、硫酸铵0.225g/L、甲酸钠1.36g/L)，50mL血清瓶分装(共30mL体系)，配置所需的合成废水(HEPES1.191 g/L、氯化钠8g/L、氯化钾0.2g/L、硫酸铵0.225g/L、甲酸钠1.36g/L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固定化异化金属还原细菌驱动的生物产氢
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纳米钯耦合降解卤代有机污染物的方法，其特征在于，利用异化金属还原菌的胞外还原能力，在海藻酸钠固定化微囊体中，实现纳米钯的生物合成并负载于微囊体中，从而构建出异化金属还原细菌
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纳米钯的耦合体系；耦合体系中利用纳米钯活化异化金属还原菌厌氧代谢产生的氢气，产生活性氢以实现卤代有机污染物的高效脱卤降解。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤如下：(1)配置所需的合成培养基、含卤代有机污染物的合成废水，均曝气，灭菌备用；(2)挑取活化好的异化金属还原菌单克隆，接入液体培养基，在好氧条件下震荡培养至对数后期；(3)离心收集菌体，之后用生理盐水重悬洗涤两次制成菌悬液备用；(4)在超净台中，将步骤(3)所得到的菌液添加到海藻酸钠溶液中，搅拌均匀；(5)使用兰格蠕动泵制作含菌海藻酸钙小球，一端连接搅拌均匀的海藻酸钠溶液，一端滴入无菌氯化钙溶液中，进行固定；(6)将固定化小球加入合成培养基中，并加入Pd(Ⅱ)合成前体溶液，合成纳米钯，合成完毕后取出...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖翔，黄靖，范阳阳，何恩静，彭洁茹，石玉，李常杏，曹凤婷，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：