一种纳米Fe3O4-微生物复合纳米菌剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高效降解厨余垃圾的纳米Fe3O4‑

【技术实现步骤摘要】
一种纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及微生物菌剂
，具体涉及一种基于纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备及其用于高效降解厨余垃圾的应用。

技术介绍

[0002]随着餐饮行业的发展以及生活垃圾分类工作的全面展开，我国厨余垃圾产量逐年增加。近年来，为了推进及规范厨余垃圾处理行业的发展，国家及各省市陆续发布了系列相关政策，上述举措的共同目的在于实现厨余垃圾的无害化处理及资源化利用。随着我国政策的进一步落实，推动厨余垃圾处理技术的创新，是实现厨余垃圾无害化处理和资源化利用的重要举措。
[0003]由于垃圾分类制度及处置的技术水平限制，当前我国厨余垃圾处理仍以填埋和焚烧处理为主。但填埋和焚烧处理存在占地面积大、易产生大气和地下水方面的二次污染等问题。相比上述两种传统的处理方式，生物处理法具有成本低、能耗低、环境友好、无二次污染等优点，引起了广泛的关注和研究，在厨余垃圾处理领域展现了巨大的应用前景。
[0004]为了提高厨余垃圾的降解速率，添加微生物菌剂不失为一种有效方法。而提供一种针对性强、培养简单、不需反复添加、应用条件简单的微生物菌剂具有重要现实意义和需求。

技术实现思路

[0005]针对以上现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种高效降解厨余垃圾的纳米Fe3O4‑
微生物复合菌剂及其制备方法和应用。该方法从厨余垃圾中富集高效降解微生物群落，以纳米Fe3O4为微生物强化剂，制备纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂。借助纳米Fe3O4自身酶活性，激发微生物对厨余垃圾降解活性，从而促进微生物在15℃～30℃室温条件下、3h～5h内实现厨余垃圾高效快速降解，整个过程在一定的氧环境中持续稳定，无需纳米复合菌剂的反复投加。
[0006]本专利技术提供一种纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、降解厨余垃圾微生物菌群的富集与培养：以厨余垃圾/餐厨垃圾为接种源，采用培养基进行富集培养，震荡过夜并离心收集，得到微生物菌体；其中，所述微生物菌体以贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、明串珠菌(Leuconostoc)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为优势菌属；
[0008]步骤二、纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备：以氯化亚铁和三氯化铁为铁源，将所述铁盐溶解于无菌水中，得到铁盐混合物溶液；将所述铁盐混合物溶液加入氨水溶液，磁力搅拌，并加入乳球蛋白作为分散剂，反应5～8h；通过磁性分离后，用无菌水冲洗和烘干后，得到具有磁性的纳米Fe3O4；取所述纳米Fe3O4溶于磷酸盐缓冲溶液中，得到纳米Fe3O4溶液；将所述微生物菌体与纳米Fe3O4溶液混合，控制所述微生物菌体的浓度为0.2g/L～5g/L，
在30℃、40rpm条件下孵育1h，离心分离，得到纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂。
[0009]进一步的，在所述步骤一中，所述接种源具体为放置2d～3d的厨余垃圾/餐厨垃圾，接种量为50g/L～200g/L，培养条件为25℃～35℃，震荡参数为150rpm～180rpm。
[0010]进一步的，在所述微生物菌体中，贝莱斯芽孢杆菌在细菌水平相对含量为42％～58％，明串珠菌在细菌水平相对含量为36％～43％，酿酒酵母在真菌水平的相对含量为88％～95％。
[0011]进一步的，在所述步骤二中，氯化亚铁浓度为0.05mol/L～0.5mol/L，三氯化铁浓度范围为0.1mol/L～1.0mol/L，所述铁盐混合物溶液中二价铁与三价铁之间的摩尔比为1：2；所述氨水溶液的质量分数为1％～5％，所述铁盐混合物溶液与氨水溶液的体积比1：5，所述乳球蛋白的质量分数为0.5％～2％；所述纳米Fe3O4溶液是以0.5g～4g所述纳米Fe3O4溶于1L磷酸盐缓冲溶液的比例配制而得。
[0012]进一步的，在所述步骤二中，所述纳米Fe3O4与微生物菌体的配比为0.8～2.25。
[0013]进一步的，在所述步骤二中，孵育参数为：所述微生物菌体的浓度为0.2g/L～5g/L，在30℃、40rpm条件下孵育1h。
[0014]本专利技术还提供上述的纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备方法所制得的纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂。
[0015]本专利技术也提供如上述的纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂在降解厨余垃圾/餐厨垃圾领域中的应用。
[0016]进一步的，所述厨余垃圾/餐厨垃圾的降解方法，包括：将所述纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂和厨余垃圾/餐厨垃圾充分混合，以40r/min～60r/min进行搅拌，控制反应温度15℃～30℃，通过搅拌补充一定氧条件下，经过3h～5h反应，降解完成。
[0017]进一步的，具体加入量为：所述纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂为0.6g/L～9g/L，厨余垃圾/餐厨垃圾为500g/L～1000g/L，所述纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂与厨余垃圾/餐厨垃圾的配比为1:(110～840)；在所述降解完成后，厨余垃圾/餐厨垃圾的减重率为80％～99％，代谢液体产物BOD5/COD
Cr
为0.45～0.85。
[0018]相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
[0019]1)纳米Fe3O4作为一种变价氧化物，具有磁性、导电性、氧化还原性和高比表面积特性，将其与高效降解微生物耦合，制备成微生物
‑
纳米材料复合菌剂，可兼备微生物的代谢特性和纳米材料的特性，在纳米Fe3O4与高效降解微生物形成的协同体系中，纳米Fe3O4可作为电子传递的媒介，加快微生物种间电子传递，同时作为一种调节因子，激发微生物活性，进而影响微生物的粘附、增殖以及分化等生物学行为；微生物的胞外分泌物质与附属结构可使纳米Fe3O4构成导电网络，突破微生物间电子传递距离的局限，实现微生物远距离电子传递。因此，在纳米Fe3O4作用下，其作为激活剂，能够重构微生物群落降解体系，显著加速微生物代谢速率，从而有效解决厨余垃圾处理行业减量化、无害化和资源化的问题。
[0020]2)所用的微生物菌群筛选自厨余垃圾，具有较强的针对性。优势菌属贝莱斯芽孢杆菌和酿酒酵母可对厨余垃圾中的主要成分如淀粉、蛋白质、脂肪和纤维素等进行高效降解，快速将复杂的非溶解性有机物转化为简单的溶解性单体或二聚体、脂肪酸等；明串珠菌作为一种发酵菌，可进一步将水解过程产生的溶解性单体或二聚体转化为易被降解的有机物。特别是在纳米Fe3O4驱动下，其具有纳米酶的功能活性，能够进一步实现水解产物的断链
和破络，从而提升水解产物的可生化性，形成高BOD5/COD
Cr
(0.45～0.85)的液态代谢产物，从而增进水解产物的资源利用。
[0021]3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、降解厨余垃圾微生物菌群的富集与培养：以厨余垃圾/餐厨垃圾为接种源，采用培养基进行富集培养，震荡过夜并离心收集，得到微生物菌体；其中，所述微生物菌体以贝莱斯芽孢杆菌、明串珠菌和酿酒酵母为优势菌属；步骤二、纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备：以氯化亚铁和三氯化铁为铁源，将所述铁盐溶解于无菌水中，得到铁盐混合物溶液；将所述铁盐混合物溶液加入氨水溶液，磁力搅拌，并加入乳球蛋白作为分散剂，反应5～8h；通过磁性分离后，用无菌水冲洗和烘干后，得到具有磁性的纳米Fe3O4；取所述纳米Fe3O4溶于磷酸盐缓冲溶液中，得到纳米Fe3O4溶液；将所述微生物菌体与纳米Fe3O4溶液混合，控制所述微生物菌体的浓度为0.2g/L～5g/L，在30℃、40rpm条件下孵育1h，离心分离，得到纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂。2.根据权利要求1所述的纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述接种源具体为放置2d～3d的厨余垃圾/餐厨垃圾，接种量为50g/L～200g/L，培养条件为25℃～35℃，震荡参数为150rpm～180rpm。3.根据权利要求1所述的纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备方法，其特征在于，在所述微生物菌体中，贝莱斯芽孢杆菌在细菌水平相对含量为42％～58％，明串珠菌在细菌水平相对含量为36％～43％，酿酒酵母在真菌水平的相对含量为88％～95％。4.根据权利要求1所述的纳米Fe3O4‑
微生物复合纳米菌剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，氯化亚铁浓度为0.05mol/L～0.5mol/L，三氯化铁浓度范围为0.1mol/L～1.0mol/L，所述铁盐混合物溶液中二价铁与三价铁之...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆瑞，田丽丽，何鑫，李周军，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：