纳米二氧化钛与微藻耦合方法、生物体系及应用技术

本发明专利技术涉及微生物和光催化技术领域，具体涉及一种纳米二氧化钛与微藻耦合方法、生物体系及应用。利用L

【技术实现步骤摘要】
纳米二氧化钛与微藻耦合方法、生物体系及应用


[0001]本专利技术涉及微生物和催化降解
，具体涉及纳米二氧化钛与微藻耦合方法、生物体系及应用。

技术介绍

[0002]苯酚作为一种重要的有机化工原料，在合成树脂、橡胶、塑料、医药、农药、染料、涂料等诸多领域得到广泛应用。然而，苯酚的广泛使用导致了含酚废水的排放量急剧增加，例如，苯酚生产企业排出的工业废水中苯酚浓度可达12000～15000mg/L，气化泥煤生产企业排出的工业废水中苯酚浓度可达1200～10800mg/L，塑料生产企业排放的工业废水中苯酚浓度可达600～2000mg/L等。作为一种生物毒性有机物，苯酚的大量排放对环境中的生物带来毒性刺激。
[0003]目前针对含苯酚废水的处理方法包括：吸附处理法和溶剂萃取法等物理处理法，高级氧化法、湿式氧化法、电化学催化氧化法等化学处理法和活性污泥法等生物处理法。不同的处理方法有其各自的适用范围，同时也有其局限性，比如物理处理法存在吸附剂再生困难、萃取溶剂难回收等缺点，导致处理成本高，经济性差；化学处理法处理过程中需要使用大量化学试剂，且易产生有毒副产物，对环境带来二次污染，不符合低碳环保要求；生物处理法存在活性污泥适应能力差以及产生的污泥过剩等问题，微藻处理含苯酚废水虽然不产生污泥，但微藻对苯酚的降解效率较低，苯酚对微藻具有毒性，会抑制微藻的正常生长，影响生物降解效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种纳米二氧化钛与微藻耦合的方法、生物体系及应用，其在微藻液中生物合成纳米二氧化钛，形成的耦合体系使得微藻在纳米二氧化钛催化作用下加速对苯酚的降解，降低苯酚对微藻的毒性。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：
[0006]一种纳米二氧化钛与微藻耦合方法，包括以下步骤：
[0007]S1、取微藻培养液，将L
‑
半胱氨酸溶于所述微藻培养液中，扰动混匀，得微藻液；
[0008]S2、向所述微藻液中加入L
‑
精氨酸、并调节pH值至6.3～8.5，然后缓慢加入二氧化钛前驱体二(2
‑
羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛，边加边搅拌，得纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系。
[0009]本专利技术实施例提供的纳米二氧化钛与微藻耦合方法，在微藻培养液中加入生物相容性较好的L
‑
半胱氨酸，并采用L
‑
精氨酸或酪氨酸与二(2
‑
羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛进行生化反应得到生物合成纳米二氧化钛纳米微粒。采用本专利技术的方法，合成的二氧化钛可能与氨基酸相连，对生物体系有较好的生物相容性，并且分散的微藻作为载体，很好的克服了纳米二氧化钛易发生团聚的问题，形成了纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系，在纳米二氧化钛的光催化作用下，与微藻协同降解苯酚，提高了苯酚的降解效率，降低了苯酚对微
藻的毒性，促进微藻生长，形成能够持续降解苯酚废水的良性循环。
[0010]结合第一方面，所述微藻培养液中的微藻包括斜生四链藻、普通小球藻、椭圆小球藻或蛋白小球藻中的至少一种或几种，优选为斜生四链藻。
[0011]结合第一方面，步骤S2中，反应温度为20～30℃，反应条件为常压。反应温度接近室温，反应条件温和，有助于微藻的正常生长和繁殖。
[0012]结合第一方面，步骤S1中，所述L
‑
半胱氨酸的加入量为：2.5mmol/L～5.0mmol/L。
[0013]结合第一方面，步骤S2中，所述L
‑
精氨酸或酪氨酸的加入量为：0.55mmol/L～2.30mmol/L，所述二(2
‑
羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛与L
‑
精氨酸或酪氨酸的摩尔比为2～9：1。
[0014]优选地，所述二(2
‑
羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛的加入量为5mmol/L，所述L
‑
精氨酸或酪氨酸的加入量为1.52mmol/L。
[0015]步骤S1和步骤S2中各组分的浓度均在10mmol/L以下，降低了纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系中化学试剂对微藻的毒性影响，提高微藻的降解效率。
[0016]结合第一方面，所述二(2
‑
羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛与L
‑
精氨酸或酪氨酸的摩尔比为3～5：1。
[0017]结合第一方面，所述搅拌方式为磁力搅拌，搅拌速度为1000～1200转/分钟，优选为1100转/分钟。
[0018]本专利技术实施例的第二方面提供一种纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系，采用上述方法制备。该纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系，既保持了二氧化钛对有机污染物的强氧化还原性，又因生物合成纳米二氧化钛的存在而减少了有机污染物对微藻的毒性损伤。
[0019]本专利技术实施例的第三方面提供纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系在光催化降解苯酚废水中的应用。
[0020]本专利技术制备的纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系可用于降解废水中的苯酚。生物体系中的生物合成纳米二氧化钛通过光催化降解苯酚，可减少苯酚对微藻细胞的毒性抑制，弱化微藻的应激反应，促进微藻细胞繁殖，从而间接提高微藻光合作用的效率和微藻内部叶绿体的含量，增强生物体系的活性；而微藻中的叶绿体可以阻碍生物合成二氧化钛中的光电子与空穴对的复合过程，降低二氧化钛光降解催化过程中的电子传递阻力，有利于降解反应中的电子转移。借助生物体系自身的协同效应，该生物体系对苯酚的降解能力比不存在协同效应的生物体系的降解能力明显提高。
[0021]结合第三方面，所述生物体系接种至苯酚废水的体积比为0.5～5：100，苯酚浓度越高，所需接种的生物体系的量越大。
[0022]结合第三方面，所述光催化降解的温度为20～35℃，优选温度为30℃，温度过高或过低都不利于微藻的正常生长和繁殖。
[0023]结合第三方面，所述光催化降解的光照强度为4000～5000LX。
[0024]通过将低浓度的L
‑
半胱氨酸、L
‑
精氨酸或酪氨酸和二(2
‑
羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛与微藻液在室温条件下反应，得到纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系。该生物体系解决了微藻在高浓度化学试剂中难以存活的问题，又可以将二氧化钛对有机污染物的光催化降解作用和微藻对污染物的分解作用相结合，实现生物合成纳米二氧化钛微粒与微藻之
间的协同作用，可以高效降解溶液中的苯酚。
附图说明
[0025]图1为纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系的SEM谱图，其SEM放大倍数为10000倍；
[0026]图2为纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系的XRD谱图；
[0027]图3～6为纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系的XPS谱图；
[0028]图7为实施例1、对比例1和对比例2三种不同体系对浓度为100mg/L的苯酚溶液的光催化降解效率图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化钛与微藻耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取微藻培养液，将L
‑
半胱氨酸溶于所述微藻培养液中，扰动混匀，得微藻液；S2、向所述微藻液中加入L
‑
精氨酸、并调节pH值至6.3～8.5，然后缓慢加入二氧化钛前驱体二(2
‑
羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛，边加边搅拌，得纳米二氧化钛与微藻耦合的生物体系。2.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛与微藻耦合方法，其特征在于，所述微藻培养液中的微藻包括斜生四链藻、普通小球藻、椭圆小球藻或蛋白小球藻中的至少一种或几种。3.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛与微藻耦合方法，其特征在于，步骤S2中，反应温度为20～30℃，反应条件为常压。4.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛与微藻耦合方法，其特征在于，步骤S1中，所述L
‑
半胱氨酸的加入量为：2.5mmol/L～5.0mmol/L。5.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛与微藻耦合方法，其特征在于，步骤S2中，所述L...

【专利技术属性】
技术研发人员：张道虹，郭金鑫，郭晓曼，杨海燕，宋圆圆，李海波，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：