一种改性玉米淀粉制备的生物质碳源及其制备方法技术

技术编号：40746758 阅读：2 留言：0更新日期：2024-03-25 20:04

本发明专利技术提出了一种改性玉米淀粉制备的生物质碳源及其制备方法，属于碳源技术领域。采用静电喷雾制得聚己内酯/明胶多孔微球后，沉积四氧化三铁，经过聚多巴胺改性制得改性微球；将玉米淀粉经过发酵后，与丙烯酸、丙烯酰胺在引发体系的作用下反应制得改性玉米淀粉发酵物，固定于改性微球上，制得改性玉米淀粉制备的生物质碳源。本发明专利技术制得的改性玉米淀粉制备的生物质碳源无毒无害，安全环保，成本较低，具有较好的缓释释碳的效果，促进反硝化细菌进行反硝化脱氮反应，提高了污水脱氮效率，生物利用度高，能够重复使用，具有广阔的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳源，具体涉及一种改性玉米淀粉制备的生物质碳源及其制备方法。

技术介绍

1、总氮(包括氨氮、硝氮、亚硝氮等)是水中常见的污染物，对水质安全有重要的影响，是水体富营养化的重要参与者，受到严格控制。总氮高促进水生藻类植物生长，浮游藻类如蓝绿藻等过度生长，造成水质恶化。氨氮抑制鱼类氧传递，造成水产养殖成本增加，严重时甚至造成整体死塘的损失。因而脱氮技术在水处理、景观水保持、水产养殖等方面有广泛需求。目前污水处理厂脱氮的主要方法是生物脱氮，具有去除效果好，工艺成熟，成本低等优势。

2、生物脱氮是氮去除的核心工艺，利用微生物的硝化和反硝化工艺过程，把水体中的氮转化为气态氮去除，当水中有机物不足时，生物活性降低，反硝化工艺受阻，脱氮效果变差。通过采用外加碳源提高碳氮比(c/n)，强化反硝化过程可有效解决这一难题。

3、水厂通常投加甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖等溶解性碳源，补充碳源不足，提升反硝化脱氮效果。传统溶解性碳源虽然见效快，效果良好，但存在着水质波动较大、投加方式复杂、成本较高，消耗能源，并且部分外碳源本身具有一定的毒性，存在运输和安全问题等缺点。生物质碳源也可以用于反硝化脱氮，虽然价格便宜、材料广泛，但反硝化效果较差且不稳定，存在生物利用性差等不足，尽管通过化学纯化、多碳源复配等方式可以一定程度上改善其生物利用性，但以此为主要生物碳源的水处理除氮工艺仍面临运行不稳定，难以满足实际工程需要的问题。因此，探索研发提高反硝化能力的生物质碳源对污水及地表水处理中总氮的有效控制具有重要意义。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提出一种改性玉米淀粉制备的生物质碳源及其制备方法，无毒无害，安全环保，成本较低，具有较好的缓释释碳的效果，促进反硝化细菌进行反硝化脱氮反应，提高了污水脱氮效率，生物利用度高，能够重复使用，具有广阔的应用前景。

2、本专利技术的技术方案是这样实现的：

3、本专利技术提供一种改性玉米淀粉制备的生物质碳源的制备方法，采用静电喷雾制得聚己内酯/明胶多孔微球后，沉积四氧化三铁，经过聚多巴胺改性制得改性微球；将玉米淀粉经过发酵后，与丙烯酸、丙烯酰胺在引发体系的作用下反应制得改性玉米淀粉发酵物，固定于改性微球上，制得改性玉米淀粉制备的生物质碳源。

4、作为本专利技术的进一步改进，包括以下步骤：

5、s1.聚己内酯/明胶多孔微球的制备：将聚己内酯溶于二氯甲烷中，将明胶、致孔剂、乳化剂溶于水中，将两种溶液混合，加入京尼平，匀浆，形成乳液，采用静电喷雾获得聚己内酯/明胶多孔微球；

6、s2.磁性微球的制备：将步骤s1制得的聚己内酯/明胶多孔微球加入水中，加入氯化铁和氯化亚铁，惰性气体保护下，加入氨水，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得磁性微球；

7、s3.聚多巴胺改性：将步骤s2制得的磁性微球加入水中，加入多巴胺盐酸盐和催化剂，加热搅拌反应，制得改性微球；

8、s4.发酵菌的活化：将植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌分别接种至高氏培养基中，缺氧条件下活化培养，制得植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌菌种种子液；

9、s5.玉米淀粉的发酵：将玉米淀粉加入水中，接种步骤s4制得的植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌菌种种子液，发酵培养，过滤，滤液冷冻干燥，制得玉米淀粉发酵物；

10、s6.改性处理：将步骤s5制得的玉米淀粉发酵物加入水中，加入丙烯酸、丙烯酰胺，搅拌混合均匀，惰性气体条件下，加入引发剂体系，加热搅拌反应，加入乙醇沉淀，过滤，洗涤，干燥，制得改性玉米淀粉发酵物；

11、s7.改性玉米淀粉制备的生物质碳源的制备：将步骤s6制得的改性玉米淀粉发酵物溶于水中，加入步骤s3制得的改性微球，搅拌混合均匀，挥干溶剂，制得改性玉米淀粉制备的生物质碳源。

12、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中所述聚己内酯、明胶、致孔剂、乳化剂的质量比为12-15:5-7:0.5-1:1-2，所述致孔剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化钠、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化钠中的至少一种，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述静电喷雾的工作电压为10-15kv，接收距离为10-20cm，注射速度1.5-2.5ml/h，锡箔纸接受样品的时间为5-10min，所述匀浆的压力为10-15kpa。

13、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中所述聚己内酯/明胶多孔微球、氯化铁、氨水的质量比为100:5-7:10-12，所述氨水的浓度为20-22wt％，所述氯化铁和氯化亚铁的摩尔比为2:1，所述加热搅拌反应的温度为70-80℃，时间为3-5h。

14、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中所述磁性微球、多巴胺盐酸盐和催化剂的质量比为15-20:10-12:1-2，所述催化剂为ph＝8.5-9的tris-hcl溶液，所述加热搅拌反应的温度为45-50℃，时间为2-4h。

15、作为本专利技术的进一步改进，步骤s4中所述活化培养的条件为36-38℃，100-200r/min，发酵18-24h，所述菌种种子液的含菌量为107-108cfu/ml。

16、作为本专利技术的进一步改进，步骤s5中所述玉米淀粉和水的质量比为12-15:100，所述植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌菌种种子液的接种量为2-3v/v％和1-2v/v％，所述发酵培养的条件为缺氧条件下36-38℃，100-200r/min，活化培养48-56h。

17、作为本专利技术的进一步改进，步骤s6中所述玉米淀粉发酵物、丙烯酸、丙烯酰胺的质量比为20-30:1-2:2-4，所述引发剂体系包括助引发剂和引发剂，质量比1-2:7-10，所述助引发剂为亚硫酸钠，所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为45-55℃，时间为3-5h，加入乙醇至体系中乙醇的含量为80-85wt％，所述沉淀的时间为2-4h。

18、作为本专利技术的进一步改进，步骤s7中所述改性玉米淀粉发酵物、改性微球的质量比12-15:30-40。

19、本专利技术进一步保护一种上述的制备方法制得的改性玉米淀粉制备的生物质碳源。

20、本专利技术具有如下有益效果：

21、固体碳源经过水解后可以进行反硝化，可以避免碳源过量或使用不足的风险，同时固体有机物本身也是生物膜的载体，其中，高分子固体碳源聚己内酯释碳稳定，但其成本高昂，因此，将其与低成本生物质碳源混合制得的复合固体碳源，

22、具有释碳稳定，降低成本，是生物脱氮的理想碳源。

23、静电喷雾是在静电场作用下制备聚合物微球的方法，操作简便、沉积效率高、重现性好，制得的微球大小均一，通过将聚己内酯和明胶溶液混合后，在致孔剂和交联剂京尼平的作用下，通过静电喷雾的作用，制得了大量的多孔均一的聚己内酯/明胶多孔微球，比表面积较大，内部孔隙丰富。通过表面沉积四氧化三铁，从而便于后续本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种改性玉米淀粉制备的生物质碳源的制备方法，其特征在于，采用静电喷雾制得聚己内酯/明胶多孔微球后，沉积四氧化三铁，经过聚多巴胺改性制得改性微球；将玉米淀粉经过发酵后，与丙烯酸、丙烯酰胺在引发体系的作用下反应制得改性玉米淀粉发酵物，固定于改性微球上，制得改性玉米淀粉制备的生物质碳源。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述聚己内酯、明胶、致孔剂、乳化剂的质量比为12-15:5-7:0.5-1:1-2，所述致孔剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化钠、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化钠中的至少一种，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述静电喷雾的工作电压为10-15kV，接收距离为10-20cm，注射速度1.5-2.5mL/h，锡箔纸接受样品的时间为5-10min，所述匀浆的压力为10-15kPa。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述聚己内酯/明胶多孔微球

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述磁性微球、多巴胺盐酸盐和催化剂的质量比为15-20:10-12:1-2，所述催化剂为pH＝8.5-9的Tris-HCl溶液，所述加热搅拌反应的温度为45-50℃，时间为2-4h。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述活化培养的条件为36-38℃，100-200r/min，发酵18-24h，所述菌种种子液的含菌量为107-108cfu/mL。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述玉米淀粉和水的质量比为12-15:100，所述植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌菌种种子液的接种量为2-3v/v％和1-2v/v％，所述发酵培养的条件为缺氧条件下36-38℃，100-200r/min，活化培养48-56h。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中所述玉米淀粉发酵物、丙烯酸、丙烯酰胺的质量比为20-30:1-2:2-4，所述引发剂体系包括助引发剂和引发剂，质量比1-2:7-10，所述助引发剂为亚硫酸钠，所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为45-55℃，时间为3-5h，加入乙醇至体系中乙醇的含量为80-85wt％，所述沉淀的时间为2-4h。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S7中所述改性玉米淀粉发酵物、改性微球的质量比12-15:30-40。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的改性玉米淀粉制备的生物质碳源。

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述聚己内酯、明胶、致孔剂、乳化剂的质量比为12-15:5-7:0.5-1:1-2，所述致孔剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化钠、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化钠中的至少一种，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述静电喷雾的工作电压为10-15kv，接收距离为10-20cm，注射速度1.5-2.5ml/h，锡箔纸接受样品的时间为5-10min，所述匀浆的压力为10-15kpa。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述聚己内酯/明胶多孔微球、氯化铁、氨水的质量比为100:5-7:10-12，所述氨水的浓度为20-22wt％，所述氯化铁和氯化亚铁的摩尔比为2:1，所述加热搅拌反应的温度为70-80℃，时间为3-5h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述磁性微球、多巴胺盐酸盐和催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐韬，周敏洹，陈薇，
申请(专利权)人：江苏金山新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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