一种改性载体生物膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性载体生物膜及其制备方法和应用，该改性载体生物膜的制备包括以下步骤：制备固定有纳米四氧化三铁的多孔载体，并浸泡到活性污泥中，对得到的负载有活性污泥的多孔载体中的微生物进行培养，在多孔载体表面和内部形成生物膜，得到改性载体生物膜。本发明专利技术制备的改性载体生物膜，具有结构稳定性好、生物活性强等优点，是一种性能优异的新型生物膜材料，可广泛用于降解环境中的有机污染物，能有效将有机污染物转化成低毒或无毒的代谢产物，使用价值高，应用前景好。本发明专利技术制备方法还具有工艺简单、操作方便、制备成本低等优点，适合于大规模制备，便于工业化应用，对于促进改性载体生物膜在环境治理领域中的广泛应用具有重要意义。泛应用具有重要意义。泛应用具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种改性载体生物膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料和微生物去除污染物领域，涉及一种改性载体生物膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]自发现抗生素以来，抗生素被应用在医疗卫生、畜牧养殖等方面。抗生素的使用为人类的健康提供了很大的保护，同时也为人类带来了巨大的经济效益，而且随着科技的快速发展，抗生素的生产量日益增加，抗生素的使用也更为广泛。然而，随着抗生素的大量使用，由此导致的抗生素滥用的情况也愈加严重，同时由于抗生素无法被人体及其他动物完全代谢，这也导致大量抗生素会随着排泄过程进入到环境中，由此给环境带来了极大的危害。因此，如何有效去除环境中的抗生素以降低其对生态环境和人体健康的危害是现阶段亟需解决的技术问题。
[0003]利用微生物降解有机污染物是当前环境治理研究的热点之一，以有机污染物作为微生物生长的碳源，对抗生素进行生物降解，可将环境中的有机污染物转化成无毒或低毒的代谢产物。然而，微生物对有机污染物的生物降解作用有着很强的局限性，极易受到环境因素的影响，且与土著微生物的竞争激烈，这不利于微生物快速、彻底的降解有机污染物，仍然存在降解率较低、降解效果不稳定等缺陷。针对上述问题，研究人员提出了固定化微生物技术，通过将微生物该固定在有限的空间区域，提高微生物对目标物毒性的耐受性，由此提高对目标污染物的去除率。但是，现有利用固定化微生物降解抗生素的方法仍然存在以下缺陷：载体材料容易分解，导致固定化微生物的稳定性较差，难以重复利用，或重复利用效果较差；载体材料的比表面积小，导致微生物的生长繁殖空间有限，难以大量繁殖，因而对目标污染的降解效率、去除效果仍然较差；微生物种类单一，需要驯化提高其对目标污染物的耐受性，且特异性强，仅针对目标污染物具有较好的去除效果，难以广泛降解不同的有机污染物。因此，获得一种结构稳定性好、生物活性强的改性载体生物膜以及与之匹配的工艺简单、操作方便、制备成本低的改性载体生物膜的制备方法，对于利用微生物有效去除环境中的抗生素并降低由抗生素引起的环境污染和生态失衡具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构稳定性好、生物活性强的改性载体生物膜及其制备方法和应用。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]一种改性载体生物膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、制备固定有纳米四氧化三铁的多孔载体；
[0008]S2、将固定有纳米四氧化三铁的多孔载体浸泡到活性污泥中，得到负载有活性污泥的多孔载体；
[0009]S3、对负载有活性污泥的多孔载体中的微生物进行培养，在多孔载体表面和内部
形成生物膜，得到改性载体生物膜。
[0010]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述固定有纳米四氧化三铁的多孔载体的制备方法包括以下步骤：
[0011](1)将纳米四氧化三铁、多孔载体与溶剂混合，超声，得到悬浮液；
[0012](2)对悬浮液进行加热，去除溶剂，得到固定有纳米四氧化三铁的多孔载体。
[0013]上述的制备方法，进一步改进的，步骤(1)中，所述纳米四氧化三铁与多孔载体的质量比为0.5～1∶1；所述纳米四氧化三铁的粒径为20nm；所述多孔载体为聚氨酯海绵和/或聚氯乙烯海绵；所述溶剂为无水乙醇；所述超声的时间为20min～30min。
[0014]上述的制备方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述加热为先在60℃的水浴锅中进行加热，直接悬浮液体积降低至总体积的五分之一以下，然后转入到60℃的烘箱中进行烘干，直至溶剂全部蒸发；所述在水浴锅中的加热过程中每隔一小时搅拌1次，每次搅拌的时间为30s；所述在烘箱中的加热过程中每隔0.5小时搅拌1次，每次搅拌的时间为30s；所述溶剂完全去除后，还包括以下处理：将固定有纳米四氧化三铁的多孔载体超声1min～3min，用水清洗3次，烘干。
[0015]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，所述浸泡在黑暗条件下进行；所述浸泡过程中还包括对活性污泥进行搅拌，所述搅拌的转速为120r/min；所述浸泡过程中控制活性污泥的温度为25℃；所述浸泡的时间为24h；所述活性污泥来源于污水处理厂的二沉池。
[0016]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S3中，所述对负载有活性污泥的多孔载体中微生物的培养过程中，还包括往培养体系中添加营养物质，使添加营养物质的培养体系中包含以下成分：330mg/L的乙酸钠、29mg/L的NH4Cl、8mg/L的Na2HPO4·
2H2O和4mg/L的NaH2PO4；所述对负载有活性污泥的多孔载体中微生物的培养过程中，每隔48小时添加一次营养物质；所述对负载有活性污泥的多孔载体中微生物的培养过程在黑暗条件下进行；所述对负载有活性污泥的多孔载体中微生物的培养过程中还包括对培养体系进行搅拌，所述搅拌的转速为120r/min；所述对负载有活性污泥的多孔载体中微生物的培养过程中控制培养体系的温度为25℃；所述对负载有活性污泥的多孔载体中微生物的培养过程中，培养的时间为5天～7天。
[0017]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种改性载体生物膜，由上述的制备方法制得。
[0018]上述的改性载体生物膜，进一步改进的，包括多孔载体和纳米四氧化三铁，所述纳米四氧化三铁固定在多孔载体上形成固定有纳米四氧化三铁的多孔载体；所述固定有纳米四氧化三铁的多孔载体的表面和内部生长有生物膜。
[0019]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的改性载体生物膜在处理抗生素废水中的应用。
[0020]上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将改性载体生物膜与抗生素废水混合，对改性载体生物膜中的微生物进行培养，完成对抗生素废水的处理；所述改性载体生物膜的干重与抗生素废水的体积之比为0.03g～0.1g∶200mL。
[0021]上述的应用，进一步改进的，在对改性载体生物膜中微生物的培养过程中，还包括往废水中添加营养物质，使添加营养物质后废水中包含以下成分：330mg/L的乙酸钠、29mg/
L的NH4Cl、8mg/L的Na2HPO4·
2H2O和4mg/L的NaH2PO4；所述改性载体生物膜中微生物的培养过程中每隔48小时添加一次营养物质；所述改性载体生物膜中微生物的培养在黑暗条件下进行；所述改性载体生物膜中微生物的培养过程中还包括对废水进行搅拌，所述搅拌的转速为120r/min；所述改性载体生物膜中微生物的培养过程中控制废水的温度为25℃；所述改性载体生物膜中微生物的培养的时间为24h～72h；所述抗生素废水中的抗生素为土霉素；所述抗生素废水中抗生素的初始浓度≤10mg/L。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0023](1)针对现有固定化微生物存在的结构稳定性差、生物活性低等缺陷，本专利技术创造性的提出了一种改性载体生物膜的制备方法，先将纳米四氧化三铁固定在多孔载体上，可利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性载体生物膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备固定有纳米四氧化三铁的多孔载体；S2、将固定有纳米四氧化三铁的多孔载体浸泡到活性污泥中，得到负载有活性污泥的多孔载体；S3、对负载有活性污泥的多孔载体中的微生物进行培养，在多孔载体表面和内部形成生物膜，得到改性载体生物膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述固定有纳米四氧化三铁的多孔载体的制备方法包括以下步骤：(1)将纳米四氧化三铁、多孔载体与溶剂混合，超声，得到悬浮液；(2)对悬浮液进行加热，去除溶剂，得到固定有纳米四氧化三铁的多孔载体。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米四氧化三铁与多孔载体的质量比为0.5～1∶1；所述纳米四氧化三铁的粒径为20nm；所述多孔载体为聚氨酯海绵和/或聚氯乙烯海绵；所述溶剂为无水乙醇；所述超声的时间为20min～30min；步骤(2)中，所述加热为先在60℃的水浴锅中进行加热，直接悬浮液体积降低至总体积的五分之一以下，然后转入到60℃的烘箱中进行烘干，直至溶剂全部蒸发；所述在水浴锅中的加热过程中每隔一小时搅拌1次，每次搅拌的时间为30s；所述在烘箱中的加热过程中每隔0.5小时搅拌1次，每次搅拌的时间为30s；所述溶剂完全去除后，还包括以下处理：将固定有纳米四氧化三铁的多孔载体超声1min～3min，用水清洗3次，烘干。4.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述浸泡在黑暗条件下进行；所述浸泡过程中还包括对活性污泥进行搅拌，所述搅拌的转速为120r/min；所述浸泡过程中控制活性污泥的温度为25℃；所述浸泡的时间为24h；所述活性污泥来源于污水处理厂的二沉池。5.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述对负载有活性污泥的多孔载体中微生物的培养过程中，还包括往培养体系中添加营养物质，使添加营养物质的培养体系中包含以下成分：330mg/L的乙酸钠、29mg/L的NH4Cl、8mg/L的Na2HPO...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡天觉，张玉莹，刘智峰，赖萃，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：