一种微生物-光催化耦合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种微生物

【技术实现步骤摘要】
一种微生物
‑
光催化耦合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，尤其涉及一种微生物
‑
光催化耦合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光催化材料是指能直接将太阳能转化为化学能来进行催化的材料，因能直接利用太阳能这一特性，光催化材料成为了缓解能源短缺和环境污染最有潜力的一类材料。微生物因其无二次污染、节能环保等优点，长期应用于水处理过程中。而光催化氧化与生物组合技术处理有机废水是近年来研究的热点，如先进行光催化降解、后生物降解或者先进行生物降、后进行光催化降解，实验结果表明：首先使用光催化法，把有机物转化为能被微生物降解的化合物，然后再用生化法进行处理，效果较好。为了同步实现光催化反应和生物降解，科学家们提出了一体化处理，因此一体化反应器应运而生，如集成光催化生物反应器(IPBR)，光催化剂为Degussa P25 TiO2并采用镀膜的方式固定在蜂窝状的陶瓷上，并以陶瓷为生物膜载体，从而实现同时光催化和生物降解，光催化循环床生物膜反应器(PCBBR)，利用醋酸纤维做微生物的载体和光催化剂，载体表层负载Degussa P25 TiO2，微生物置于载体内部孔道中，避免了紫外光及羟基自由基对微生物的毒害，真正使光催化和生物法亲密联系在一起。
[0003]由此可见，光催化与生物耦合反应处理废水比单独使用任何一种技术，更具有优势。目前许多研究仅将微生物和光催化简单组合，存在光催化活性低的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种微生物
‑
光催化耦合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的微生物
‑
光催化耦合材料光催化活性高。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种微生物
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光催化耦合材料，包括依次层叠设置的基材、微生物层、隔离层和光催化层。
[0007]优选地，所述微生物层和光催化层的厚度比为1:1～3:1。
[0008]优选地，所述微生物层中的微生物包括硝化细菌。
[0009]优选地，所述隔离层的材质为水性聚氨酯树脂或水性丙烯酸树脂。
[0010]优选地，所述光催化层中的光催化剂包括掺杂Ag的纳米二氧化钛。
[0011]优选地，所述掺杂Ag的纳米二氧化钛中银的含量为1～3wt％。
[0012]优选地，所述掺杂Ag的纳米二氧化钛中纳米二氧化钛的粒径为20～50nm。
[0013]本专利技术还提供了上述技术方案所述的微生物
‑
光催化耦合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]在所述基材的表面负载微生物，形成所述微生物层；
[0015]在所述微生物层的表面依次喷涂隔离层负载液、光催化层负载液，得到所述微生
物
‑
光催化耦合材料。
[0016]优选地，所述微生物由包括以下步骤的方法制得：
[0017]将河道中的黑色底泥进行驯化后，取中层泥水混合液，然后接种于培养基中进行无菌培养，对所得培养液进行固液分离，得到沉淀菌体；
[0018]将所述沉淀菌体用培养液清洗后进行富集培养，得到所述微生物。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述的微生物
‑
光催化耦合材料在光催化领域中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种微生物
‑
光催化耦合材料，包括依次层叠设置的基材、微生物层、隔离层和光催化层。
[0021]本专利技术将光催化层和微生物层进行耦合，在光催化层和微生物层之间加入隔离层形成多层结构，既保护微生物生长繁殖不受光催化影响，又防止微生物脱落，此外，污染物还能有效的透过外层光催化层后进入微生物层，形成小型的一体化单元，尤其对微生物难以降解的大分子物质，可以优先通过光催化生成小分子物质，后被微生物层吸收转化降解，达到较好的污染物去除效果，且对环境水体无二次污染。
[0022]进一步地，本专利技术选用的光催化层是具有可见光响应的新型材料，大大提高了光催化的应用效率。
[0023]进一步地，本专利技术对光催化层和微生物层的厚度进行了限定，使得两者结合的效率最大化。
[0024]本专利技术还提供了上述技术方案所述微生物
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光催化耦合材料的制备方法，本专利技术的制备方法操作简单，工艺流程短，适合工业化生产。
[0025]进一步地，本专利技术限定了述微生物的制备方法，微生物为河湖原位微生物，经过优化提纯，未经过基因改造，对治理的河湖环境未有污染。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1制得的微生物
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光催化耦合材料的SEM谱图；
[0027]图2为实施例1、2、3、混合组对氨氮的去除效果；
[0028]图3为实施例1、2、3、混合组对COD的去除效果；
[0029]图4为实施例1、2、3、混合组对TP的去除效果；
[0030]图5为实施例1、2、3、混合组对罗丹明B的去除效果；
[0031]图6为实施例2的微生物
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光催化耦合材料在实际应用案例中对COD的去除率曲线；
[0032]图7为实施例2的微生物
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光催化耦合材料在实际应用案例中对TP的去除率曲线；
[0033]图8为实施例2的微生物
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光催化耦合材料在实际应用案例中对氨氮的去除率曲线。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种微生物
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光催化耦合材料，包括依次层叠设置的基材、微生物层、隔离层和光催化层。
[0035]在本专利技术中，所述微生物层和光催化层的厚度比优选为1:1～3:1。
[0036]在本专利技术的具体实施例中，所述微生物层的厚度优选为2μm，所述隔离层的厚度优
选为200nm，所述光催化层的厚度优选为900nm
[0037]在本专利技术中，所述微生物层中的微生物优选包括硝化细菌。
[0038]在本专利技术中，所述微生物优选还包括变形菌。
[0039]在本专利技术中，所述微生物优选由包括以下步骤的方法制得：
[0040]将河道中的黑色底泥进行驯化后，取中层泥水混合液，然后接种于培养基中进行无菌培养，对所得培养液进行固液分离，得到沉淀菌体；
[0041]将所述沉淀菌体用培养液清洗后进行富集培养，得到所述微生物。
[0042]在本专利技术中的具体实施例中，所述微生物层的制备方法如下：首先选取河道中的黑色底泥，泥水比为1:4，进行底泥的驯化7d，取中层泥水混合液10mL，接种于灭菌的培养基中，将瓶口用无菌组织封口膜封盖，在温度25℃、pH为8.0
±
0.2和转速160r/min条件下无菌培养箱培养，培养15d，培养液在6000r/min条件下，离心10min，除去上清液，沉淀菌体用新配制培养液重新淋洗于250mL锥形瓶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微生物
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光催化耦合材料，其特征在于，包括依次层叠设置的基材、微生物层、隔离层和光催化层。2.根据权利要求1所述的微生物
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光催化耦合材料，其特征在于，所述微生物层和光催化层的厚度比为1:1～3:1。3.根据权利要求1或2所述的微生物
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光催化耦合材料，其特征在于，所述微生物层中的微生物包括硝化细菌。4.根据权利要求1或2所述的微生物
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光催化耦合材料，其特征在于，所述隔离层的材质为水性聚氨酯树脂或水性丙烯酸树脂。5.根据权利要求1或2所述的微生物
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光催化耦合材料，其特征在于，所述光催化层中的光催化剂包括掺杂Ag的纳米二氧化钛。6.根据权利要求5所述的微生物
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光催化耦合材料，其特征在于，所述掺杂Ag的纳米二氧化钛中银的含量为1～3wt％。7.根据权利要求5所述的微生物
...

【专利技术属性】
技术研发人员：许雯佳，朱浩，庄甜，王天敏，许亮，仇健，沈亚妹，
申请(专利权)人：江苏双良环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：