[发明专利]一种产电微生物辅助的纳米材料光还原降解有机污染物的方法

说明书

技术领域

本发明建立光还原纳米材料和产电微生物Shewanella oneidensis MR-1联用的新型处理方法，提高对污染物的还原降解能力，属于水、废水、污水或污泥处理领域。

背景技术

近年来，由于经济和工业的快速发展，工业污染给人类环境带来很大的危害，尤其是工业污水对环境的污染。纳米材料由于其独特的理化特性（例如离子团聚、光电效应、电和热导性、催化活性），因此许多领域的科学家和研究人员的对此有了很大的兴趣。因而纳米技术为环境科学领域提供了新的研究机遇，推动了环境污染修复的研究向更深层次发展。寻求环境友好型的高效纳米材料已经成为国内外环境科学研究中新的热点。国际上对纳米材料环境中难降解有机污染物的修复已被广泛研究。但是对于有些纳米材料而言，由于其光子能量较低，产生光生电子和空穴慢，以致其催化降解速率慢。因此我们需要寻求一种既节约成本又能够提高降解有机污染物效率的方法。

金属还原菌Shewanella是种兼性厌氧的革兰氏阴性菌。S.oneidensis MR-1是其中的模式菌株。在厌氧条件下，Shewanella能异化还原硝酸盐、亚硝酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸钠、TMAO等化合物，也能异化还原多种金属电子受体，如U（VI）、Cr（VI）、锝、镎、钚、硒酸盐、黄碲矿、钒酸盐等。近期我们在此方面开展的研究发现，Shewanella菌能够还原偶氮类染料、金属复合染料、三苯甲烷类染料以及硝基芳烃类染料等多种有机污染物。因此，Shewanella菌对环境有机染料具有较广泛的修复能力。进一步的研究发现，Shewanella菌对这些污染物的降解并不是通过特殊的降解酶的作用，而是通过细胞表面的非特异性放电所导致的污染物还原降解。这使得Shewanella菌具有对多种污染物的广泛降解能力，从而使其在实际环境中的复合污染物的降解处理中具有重要的潜在应用价值。但是Shewanella的还原降解能力受到其表面释放的电子电能的影响，从而限制了其对难降解有机染料以及其它难降解有机污染物的降解能力。因此如果提高细菌所释放的电子能量，将直接增强其对难降解有机污染物的修复能力。

发明内容

本发明的目的在于针对产电微生物对难降解污染物降解能力低的问题，通过将产电微生物S.oneidensis MR-1和光还原纳米材料联用，建立起一种促进难降解污染物高效还原修复的新型技术集成方法。Shewanella菌厌氧呼吸产生的电子，通过Mtr电子通路输送到细菌表面，并传递给光还原纳米材料，通过光辐射激发，将电子能量提高，从而提高对难降解污染物的修复能力（图1）。

本发明所述方法，是将光还原纳米材料与产电微生物联用降解有机污染物。如将光还原纳米材料添加到含有机污染物的产电微生物生长培养基中，并接入产电微生物进行厌氧培养，降解有机污染物。

本发明所述产电微生物优选S.oneidensis MR-1。所述光还原纳米材料是磷酸银纳米颗粒。

S.oneidensis MR-1和光还原纳米材料联用促进难降解有机染料降解的方法，按照下述步骤进行：

（1）S.oneidensis MR-1进行30°C过夜培养，离心去上清液后，将沉淀用S.oneidensis MR-1矿物盐培养基悬浮，pH=7.0，并调菌体浓度至4~6×10⁶CFU/ml；

（2）将步骤（1）获得的菌体悬浮液接入已冲过氮气密封的S.oneidensisMR-1生长培养基中，所述培养基含磷酸银纳米颗粒和难降解有机污染物20mg/l，混合摇匀，放置在黑暗环境下1h。

（3）将10ml（2）混合悬浮溶液放入振荡器通入光照，在30℃下进行。

具体操作如下：

一、S.oneidensis MR-1菌体的制备：

（1）配置固体平板酵母膏蛋白胨培养基（也称为LB培养基，含有酵母提取物5g/l、蛋白胨10g/l、NaCl 10g/l），对S.oneidensis MR-1进行30°C下过夜培养。

（2）将活化的菌体接种于50ml LB，30°C、200rpm过夜培养到对数期，取对数期菌液，5000rpm离心15min，取沉淀，加入S.oneidensis MR-1矿物盐培养基(Bretschger et al.2007)中（pH=7.0），将细菌悬浮液调成4~6×10⁶CFU/ml。

二、含有光还原纳米材料悬浮液的培养基制备：