一种能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株、方法及应用技术

本发明专利技术公开一种能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株，所述菌株的构建步骤如下：过表达草酰乙酸水解酶基因oahA；构建oahA基因双过表达菌株，得到能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株。本发明专利技术通过对黑曲霉基因组进行改造，增加草酰乙酸水解酶基因oahA拷贝数，增强了黑曲霉合成草酸的水平。本发明专利技术中利用对草酸发酵途径中的关键基因进行改造后的黑曲霉菌株，能够进行高强度的草酸发酵，产生大量的草酸，与钴酸锂电池中的金属离子材料有效地完成生物浸提过程。生物浸提过程。生物浸提过程。

【技术实现步骤摘要】
一种能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株、方法及应用


[0001]本专利技术属于生物技术、资源回收利用和循环经济
，尤其是一种能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株、方法及应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池主要由阴极、阳极、电解液及金属保护壳等组成。阳极材料多为石墨、碳等，阴极材料主要是为锂混合金属氧化物，使用聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，将材料颗粒附着于铝箔等材料上。与其它普通固体废物不同的是，使用后的废锂离子电池仍然是新的，在没有合适的回收技术与方法的当代，这也就导致了电池中含有的大量锂离子等稀有金属离子的严重浪费。
[0003]在现有技术中，火法冶金技术条件要求高、要求苛刻，更不易进行，具有很大的能耗及易造成二次污染，且常规条件下较难实现，成本高，环境条件限制性极大。湿法冶金中常用的无机酸，如HCl、H2SO4、HNO3等在添加适量双氧水的条件下，可以浸出钴锂等金属，然而无机酸处理对设备要求较高，且反应过程会产生氯气、二氧化硫等有毒气体。而以柠檬酸、草酸、酒石酸等为代表的有机酸，在相对温和的条件下对钴锂进行浸提回收。其中草酸由于其酸性相对较强，表现出良好的钴锂浸出效率。生物冶金技术在很好地降低反应条件的同时，能够降低能耗及成本，使金属浸出反应得以在常规条件下完成，且能够达到湿法冶金工艺的效果。而工业上草酸的生产以化学方法为主，但其能耗高污染大，不符合绿色生产的要求。微生物发酵法是另一种从生物角度出发生产草酸的合理手段。在对草酸的需求量还在不断增大的同时，对草酸的生产工艺也提出了更高的要求。而微生物发酵方法主要是腐生菌和植物病原菌以易得且廉价的底物作为碳源生产草酸，相对化学方法而言，微生物发酵生产草酸反应条件温和且原料粗放，提高经济效益的同时兼顾环保。黑曲霉是一种GRAS菌株，生长营养要求简单，有较强的耐酸性，在液体深层培养中，易进行高密度细胞培养，可广泛应用于柠檬酸、草酸、葡萄糖酸等有机酸发酵工业和污水处理中。本专利技术中利用黑曲霉进行的液体深层发酵合成草酸，实现草酸合成分泌
‑
金属浸提的连续浸提策略。
[0004]通过检索，尚未发现与本专利技术专利申请相关的专利公开文献。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株、方法及应用。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株，所述菌株的构建步骤如下：
[0008]过表达草酰乙酸水解酶基因oahA；通过设计引物从黑曲霉(Aspergillus niger)基因组中获得含有其自身启动子的oahA基因，进行连接，将oahA基因序列片段与经EcoRI和BamHI双酶切线性化后的出发载体pLH334进行连接，经双酶切验证后，获得质粒草酰乙酸水解酶基因过表达质粒pLH372；所述基因oahA序列片段由其自身启动子控制，将所述质粒
pLH372转化至黑曲霉S323宿主菌株，经转化子筛选和潮霉素抗性基因重组获得表达oahA基因菌株S396；
[0009]构建oahA基因双过表达菌株：在草酰乙酸水解酶基因oahA单拷贝过表达菌株S396的基础上，将上述质粒pLH372按相同操作方法再次导入到黑曲霉菌株S396中进行以上后续相同操作，最终获得潮霉素敏感的oahA基因双过表达菌株S428，得到能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株；
[0010]其中，所述引物为SEQ ID NO.1、SEQ ID NO.2。
[0011]进一步地，所述黑曲霉为黑曲霉ATCC1015。
[0012]进一步地，所述获得含有其自身启动子的oahA基因通过PCR扩增或者直接DNA序列合成含有其自身启动子的oahA基因；所述连接为应用T4 Ligase试剂盒进行连接。
[0013]进一步地，所述能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株能够产草酸。
[0014]进一步地，所述菌株产草酸的含量为10g/L～30g/L。
[0015]如上所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株在对锂电池正极废料进行生物浸出方面中的应用。
[0016]利用如上所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株发酵产生草酸的方法，步骤如下：
[0017]首先，将废锂离子电池金属回收菌株接种在PDA培养平板上，在28℃培养5天直至产生分生孢子；然后，将孢子接种至黑曲霉产酸发酵培养基中，孢子的终浓度为2
×
106个孢子/mL，在28℃，120rpm发酵，得到草酸；
[0018]其中，所述黑曲霉产酸发酵培养基的组成为：0～50g/L葡萄糖，0～0.5g/L MgSO
·
7H2O，0～1g/LK2HPO4，0～1g/L K2HPO4，0～1mg/LZnCl2，0～15mg/LMnSO4·
H2O，0～3g/L(NH4)2SO4，0～10mg/LFeCl3·
6H2O，0～1mol/L吗啉乙磺酸，溶剂为水，其中，所有组分的取值均不为0。
[0019]利用如上所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株生物浸出锂电池正极废料的方法，步骤如下：
[0020]应用废锂离子电池金属回收菌株，收获其孢子，以2
×
106个/mL接种于黑曲霉产酸发酵培养基中，通过一步浸出法、两步浸出法或者发酵液浸出法对废锂电池中钴锂有价金属材料进行浸提，获得钴锂金属；
[0021]其中，一步浸出法是在发酵培养基中同时将菌株与经预处理后灭菌的质量浓度为0.5％～1.5％的废锂离子电池材料在10
‑
40℃，100
‑
300rpm条件下培养15
‑
40天；
[0022]两步浸出法是在发酵培养基中将菌体培养至迅速生长期时加入经预处理后灭菌的质量浓度为0.5％～1.5％的废锂离子电池材料，在10
‑
40℃，100
‑
300rpm条件下培养15
‑
40天；
[0023]发酵液浸出法是在发酵培养基中将菌体培养至迅速生长末期时去除菌体，将发酵液与经预处理后灭菌的质量浓度为0.5％～1.5％的废锂离子电池材料在10
‑
40℃，100
‑
300rpm条件下培养15
‑
40天；
[0024]其中，所述黑曲霉产酸发酵培养基的组成为：0～50g/L葡萄糖，0～0.5g/L MgSO
·
7H2O，0～1g/LK2HPO4，0～1g/LK2HPO4，0～1mg/LZnCl2，0～15mg/LMnSO4·
H2O，0～3g/L(NH4)2SO4，0～10mg/LFeCl3·
6H2O，0～1mol/L吗啉乙磺酸，溶剂为水，其中，所有组分的取值均不
为0。
[0025]进一步地，所述经预处理的废锂离子电池材料经预先灭菌处理。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株，其特征在于：所述菌株的构建步骤如下：过表达草酰乙酸水解酶基因oahA；通过设计引物从黑曲霉(Aspergillus niger)基因组中获得含有其自身启动子的oahA基因，进行连接，将oahA基因序列片段与经EcoRI和BamHI双酶切线性化后的出发载体pLH334进行连接，经双酶切验证后，获得质粒草酰乙酸水解酶基因过表达质粒pLH372；所述基因oahA序列片段由其自身启动子控制，将所述质粒pLH372转化至黑曲霉S323宿主菌株，经转化子筛选和潮霉素抗性基因重组获得表达oahA基因菌株S396；构建oahA基因双过表达菌株：在草酰乙酸水解酶基因oahA单拷贝过表达菌株S396的基础上，将上述质粒pLH372按相同操作方法再次导入到黑曲霉菌株S396中进行以上后续相同操作，最终获得潮霉素敏感的oahA基因双过表达菌株S428，得到能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株；其中，所述引物为SEQ ID NO.1、SEQ ID NO.2。2.根据权利要求1所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株，其特征在于：所述黑曲霉为黑曲霉ATCC1015。3.根据权利要求1所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株，其特征在于：所述获得含有其自身启动子的oahA基因通过PCR扩增或者直接DNA序列合成含有其自身启动子的oahA基因；所述连接为应用T4 Ligase试剂盒进行连接。4.根据权利要求1至3任一项所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株，其特征在于：所述能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株能够产草酸。5.根据权利要求4所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株，其特征在于：所述菌株产草酸的含量为10g/L～30g/L。6.如权利要求1至5任一项所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株在对锂电池正极废料进行生物浸出方面中的应用。7.利用如权利要求1至5任一项所述的能够产草酸的废锂离子电池金属回收菌株发酵产生草酸的方法，其特征在于：步骤如下：首先，将废锂离子电池金属回收菌株接种在PDA培养平板上，在28℃培养5天直至产生分生孢子；然后，将孢子接种至黑曲霉产酸发酵培养基中，孢子的终浓度为2
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106个孢子/mL，在28℃，120rpm发酵，得到草酸；其中，所述黑曲霉产酸发酵培养基的组成为：0～50g/L葡萄糖，0～0.5g/L MgSO
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7H2O，0～1g/L K2HPO4，0～1g/L K2HPO4，0～1mg/L ZnCl2，0～15mg/LMnSO4·
H2O，0～3g/L(NH4)2SO4，0～10mg/L FeCl3·
6H2O，0～1mol/L吗啉乙磺酸，溶剂为水，其中，所有组分的取值均不为0。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，曹威，任超锋，梁兴英，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：