一种生物活性物质强化的半人工光合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种生物活性物质强化的半人工光合材料及其制备方法与应用；本发明专利技术通过将含有胞外呼吸菌和水溶性含硫化合物的培养基厌氧培养；然后加入生物活性物质，再加入水溶性含Cd

【技术实现步骤摘要】
一种生物活性物质强化的半人工光合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于水处理
，尤其涉及一种生物活性物质强化的半人工光合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]铬在工业界有着广泛的用途，而随之而来的是含铬废水的大量产生。常用的物理化学处理方法包含吸附、絮凝、离子交换和化学氧化还原，但存在着成本高和易产生二次污染的缺点。因此，生物修复被认为是一种行之有效的替代方案。例如，研究者从自然样品中筛选出了一些对重金属具有天然抗性的菌株，利用其将六价铬还原成生物毒性和迁移性更弱的三价铬。但是传统的生物修复技术仍被有机物(例如甘油、乳酸等)的投加量大和修复时间长等特点所限制。
[0003]针对这些问题，最近有研究者提出利用微生物
‑
半导体构成的半人工光合材料在太阳光的照射下处理污染物，包括偶氮染料和六价铬。在适当波长光的激发下，半导体会产生电子
‑
空穴对。当空穴与合适的捕获剂(例如半胱氨酸)反应后，光生电子可以传递给微生物。这些电子可以进入胞内作为还原当量进行呼吸作用，或者仅通过细菌表面的氧化还原酶最终传递给污染物，加速污染物还原/降解的速率。然而，在光催化还原的过程中，伴随产生的大量自由基(包括
·
OH，
·
O2‑
和H2O2)会损害甚至杀死细菌，严重影响生物复合材料的处理效果稳定性；且在利用半人工光合体系处理重金属的过程中，共存的重金属离子也会对细菌的活性产生负面影响。Du等利用奥奈达希瓦氏菌
‑
半导体复合材料去除偶氮染料，在连续运行三个周期后，去除效率发生明显下降。同时，该体系在运行时需投加较多的乳酸作为微生物电子供体，增加了体系的运行成本(Du Y,Guo J,Hou Y N,et al.A light
‑
switch for efficient decolorization of azo dye wastewater based on bacteria
–
semiconductor interaction[J].Environmental Science:Nano,2022,9:1819
‑
1830.)。因此针对这两种在处理过程中细菌可能遇到的威胁，高效且低成本的应对方法仍然缺失。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于降低半人工光合材料自身的光化学毒性，从而提高其光催化应用的稳定性，提供一种生物活性物质强化的半人工光合材料及其制备方法与应用。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种生物活性物质强化的半人工光合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将含有胞外呼吸菌和水溶性含硫化合物的培养基厌氧培养；
[0008](2)步骤(1)所得混合液中加入生物活性物质，再加入水溶性含Cd
2+
化合物的溶液厌氧培养，得到生物活性物质强化的半人工光合材料。
[0009]优选的，步骤(1)所述胞外呼吸菌的浓度为1
×
107～108CFU/mL(厌氧培养前浓度)；
进一步优选的，所述胞外呼吸菌的浓度为5
×
107CFU/mL；
[0010]优选的，步骤(1)所述胞外呼吸菌选自奥奈达希瓦氏菌与硫还原地杆菌中的一种或多种。
[0011]优选的，步骤(1)所述水溶性含硫化合物选自硫代硫酸盐、亚硫酸盐与硫化盐中的一种或多种；所述培养基中水溶性含硫化合物的浓度为5～15mmol/L。
[0012]优选的，步骤(1)所述生物活性物质为生物活性物质的溶液。
[0013]优选的，步骤(1)所述培养基为无菌厌氧培养基。
[0014]优选的，步骤(1)所述厌氧培养的时间为24～36h。
[0015]优选的，步骤(1)所述厌氧培养的温度为20～35℃；厌氧培养的转速为100～200rpm。
[0016]优选的，步骤(2)所述生物活性物质由奥奈达希瓦氏菌产生。
[0017]进一步优选的，所述生物活性物质由奥奈达希瓦氏菌培养后提取得到；具体为：将奥奈达希瓦氏菌培养、重悬得到菌体溶液，然后震荡、离心得上清液，透析得到生物活性物质。
[0018]优选的，步骤(2)所述生物活性物质的添加量为0.5～2mg/mL。
[0019]优选的，步骤(2)所述水溶性含Cd
2+
化合物选自氯化镉与硝酸镉中的一种或多种；所述水溶性含Cd
2+
化合物的添加量为0.5～2mmol/L；
[0020]优选的，步骤(2)所述厌氧培养的时间为36～48h。
[0021]优选的，步骤(2)所述厌氧培养的温度为20～35℃；厌氧培养的转速为100～200rpm
[0022]上述的制备方法制备的生物活性物质强化的半人工光合材料；所述胞外呼吸菌的细胞表面分布了过量的生物活性物质，且在生物活性物质内负载了CdS纳米颗粒。
[0023]上述的生物活性物质强化的半人工光合材料在含重金属废水处理中的应用。
[0024]优选的，在光照作用下进行。
[0025]优选的，所述含重金属废水中包括六价铬离子。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果有：
[0027](1)本专利技术使用到的生物活性物质是天然的生物大分子物质，其所用的提取方法简单有效，绿色安全，无需其他预处理和后续加工；在加入Cd
2+
之前将生物活性物质注射到培养体系中的方法，最大限度的降低了成本。
[0028](2)包裹在细菌和CdS表面的生物活性物质可以抑制CdS自由基的产生，从而减少其对细菌的损害。同时，生物活性物质含有多种官能团，能够有效地结合光催化过程中CdS溶解产生的Cd
2+
和重金属废水处理过程初期高浓度的Cr
6+
等重金属离子，缓解了重金属离子对细胞的毒害作用。细菌活性的维持使得材料具备了更高的光催化稳定性，与常规半人工光合材料相比具有更长的使用寿命。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例2中微生物
‑
CdS复合材料和微生物
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生物活性物质
‑
CdS复合材料的SEM图。
[0030]图2为本专利技术实施例2中微生物
‑
CdS复合材料和微生物
‑
生物活性物质
‑
CdS复合材
料的XRD图。
[0031]图3为本专利技术实施例2中微生物
‑
CdS复合材料和微生物
‑
生物活性物质
‑
CdS复合材料的tauc图。
[0032]图4为本专利技术对比例2中微生物
‑
CdS体系在不同条件下的光催化还原六价铬实验动力学数据图。
[0033]图5为本专利技术实施例3中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物活性物质强化的半人工光合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含有胞外呼吸菌和水溶性含硫化合物的培养基厌氧培养；(2)步骤(1)所得混合液中加入生物活性物质，再加入水溶性含Cd
2+
化合物的溶液厌氧培养，得到生物活性物质强化的半人工光合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述胞外呼吸菌的浓度为1
×
107～108CFU/mL；步骤(1)所述胞外呼吸菌选自奥奈达希瓦氏菌与硫还原地杆菌中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水溶性含硫化合物选自硫代硫酸盐、亚硫酸盐与硫化盐中的一种或多种；所述培养基中水溶性含硫化合物的浓度为5～15mmol/L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述厌氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭楚玲，张思宇，徐子冉，柯常栋，卢桂宁，党志，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：