铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法技术

技术编号：40326161 阅读：8 留言：0更新日期：2024-02-09 14:20

本发明专利技术提供了一种铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法及制剂，所述方法为将低浓度铜离子和低剂量零价铁同时投加到含细菌的水体中进行处理，零价铁的投加量为20～300mg/L，所述铜离子和零价铁的质量比为1:100～1:10。本发明专利技术通过铜离子耦合零价铁协同作用杀菌并降解抗生素耐药基因。零价铁吸附在细菌表面，通过物理损伤、活化分子氧产生活性物种等方式对细胞膜结构造成损伤，导致细胞膜通透性增加，加速铜离子穿透受损细胞膜，显著提升细菌胞内铜含量，从而通过高效催化胞内芬顿反应等途径产生大量活性物种，导致细菌死亡，在不造成二次污染的情况下，实现同步杀菌和去除抗生素抗性基因，抑制抗生素耐药性在环境中的传播。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水消毒处理，尤其涉及一种铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法及制剂。

技术介绍

1、水消毒是饮用水处理、生活污水处理、医疗废水处理等过程的必要工艺，以杀灭病原微生物、保护公共健康、维护生态安全。目前水消毒经常采用传统氯消毒方法，在保证一定消毒剂剂量和接触时间的前提下，可以有效杀灭大部分病原微生物。然而，氯消毒过程中会生成具有三致效应的副产物，威胁人类健康。某些条件下，氯消毒后的微生物会进入“睡美人”状态，虽不可培养，但依然存活，对水安全造成潜在风险；另外，随着抗生素等药物的广泛使用，抗生素耐药菌和抗性基因产生和扩散的问题日益引发关注，但氯消毒对抗生素耐药基因的去除效果差，甚至会促进抗性基因的扩散传播。

2、零价铁具有较强的还原性，廉价、环境友好。研究发现零价铁能够灭活多种病原微生物，例如细菌、病毒等。零价铁不仅可以通过直接接触改变细胞膜结构造成膜损伤，还可以通过活化分子氧产生活性物种对细胞造成氧化损伤，同时零价铁失电子释放出的fe2+被细胞过量摄入，通过胞内fenton反应导致胞内活性物种浓度增加，对胞内物质造成氧化损伤。但零价铁杀菌的效率仍然有待提升，一方面，零价铁具有典型的核壳结构，其氧化物壳层降低了铁核向外传导电子的能力，不利于活性物种的生成和fe2+的释放；另一方面，在生理ph条件，fe2+催化的胞内芬顿反应速率较低，速率常数仅为63m-1s-1，使得胞内活性物种产量较低。

3、因此有必要设计一种水体杀菌方法，保障水体消毒效果并抑制抗生素耐药性的传播。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法及制剂，通过铜离子耦合零价铁，提高零价铁杀菌活性，在不造成二次污染的情况下，实现水中病原微生物污染的修复并去除抗生素耐药基因。

2、本专利技术提供如下技术方案：

3、本专利技术提供一种铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，所述方法为将低浓度铜离子和低剂量零价铁同时投加到含细菌的水体中进行处理，零价铁的投加量为20～300mg/l，所述铜离子和零价铁的质量比为1:100～1:10。

4、fe0的标准氧化还原电位为-0.44v，cu2+的标准氧化还原电位为+0.34v，从化学反应动力学的角度看，零价铁可以还原处理铜离子，从而促进fe2+的溶出，有助于分子氧活化并产生更多的活性物种，造成细菌细胞膜的严重损伤，改变细胞膜通透性，促进铜离子穿透受损细胞膜，同时，铜离子具有一定的微生物毒性，铜离子被细胞摄入后会与胞内还原性物质例如还原型谷胱甘肽反应生成亚铜离子，在生理ph条件下，亚铜离子催化芬顿反应的速率常数高达1×104m-1s-1，是fe2+的160倍左右，可以显著提升胞内活性物种水平导致细胞发生氧化应激死亡。

5、本方法中投加的铜离子浓度低于目前的地表水国际限值，而且铜离子在杀菌过程中持续降低，处理后的排水中铜离子可自排，不存在二次污染风险。

6、进一步地，零价铁的投加量为20mg/l，铜离子浓度为0.5mg/l。

7、进一步地，所述零价铁经过去钝化预处理。去钝化预处理包括球磨、酸洗、超声剥离、高温氢气还原等方式，通过预处理将零价铁表面氧化层部分去除，提高反应活性。

8、进一步地，所述细菌包括但不限于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、含pbr322质粒的dh5α抗生素耐药菌中的一种或多种。

9、进一步地，所述水体中细菌的浓度为105～107cfu/ml。

10、进一步地，所述处理为振摇处理，转速10～400rpm，反应时间30～180min。

11、进一步地，所述处理于有氧或无氧条件下进行。

12、本处理方法在有氧或无氧条件下均可进行，无氧条件下的杀菌和去除抗生素耐药基因的性能更优。

13、本专利技术还提供一种水体细菌及抗生素耐药基因去除制剂，包括零价铁和铜离子，所述铜离子的来源为铜盐，所述铜离子和零价铁的质量比为1:100～1:10。

14、本专利技术具有以下有益效果：

15、1、本专利技术通过铜离子和零价铁耦合，利用零价铁损伤细菌膜结构，增加细胞膜通透性，促进铜离子穿透受损细胞膜进入胞内，通过高效催化胞内芬顿反应等机制产生大量活性物种，导致细菌损伤、死亡，同时降解抗生素耐药基因。

16、2、本专利技术中水体处理方法使用的零价铁和铜离子剂量低、成本低，该方法操作简单、杀菌效率高，可避免消毒后细菌进入“睡美人”状态的风险，没有毒害副产物生成风险，对革兰氏阴性菌如大肠杆菌和革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌均能实现完全灭活，具有广泛适用性，而且能同步灭活抗生素耐药菌并去除抗生素耐药基因；

17、3、本专利技术加入的铜离子浓度低，而且在处理过程中铜离子浓度降低，不存在二次污染的风险。

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【技术保护点】

1.一种铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于，将低浓度铜离子和低剂量零价铁同时投加到含细菌的水体中进行处理，零价铁的投加量为20～300mg/L，所述铜离子和零价铁的质量比为1:100～1:10。

2.如权利要求1所述的铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于：零价铁的投加量为20mg/L，铜离子浓度为0.5mg/L。

3.如权利要求1所述的铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于：所述零价铁经过去钝化预处理，所述去钝化预处理包括球磨、酸洗、超声剥离或高温氢气还原。

4.如权利要求1所述的铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于：所述细菌包括且不限于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、含pBR322质粒的DH5α抗生素耐药菌中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于：所述处理方法能同步灭活抗生素耐药菌并去除抗生素耐药基因。

6.如权利要求1所述的铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐

7.如权利要求6所述的铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于：所述处理于有氧或无氧条件下进行。

8.一种水体细菌及抗生素耐药基因去除制剂，其特征在于，包括零价铁和铜离子，所述铜离子的来源为铜盐，所述铜离子和零价铁的质量比为1:100～1:10。

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【技术特征摘要】

1.一种铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于，将低浓度铜离子和低剂量零价铁同时投加到含细菌的水体中进行处理，零价铁的投加量为20～300mg/l，所述铜离子和零价铁的质量比为1:100～1:10。

2.如权利要求1所述的铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于：零价铁的投加量为20mg/l，铜离子浓度为0.5mg/l。

4.如权利要求1所述的铜离子耦合零价铁的水体细菌及抗生素耐药基因去除方法，其特征在于：所述细菌包括且不限于大肠杆菌、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红卫，胡雨晴，刘泽杨，彭芳，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：

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