[发明专利]一种纳米氧化铜-聚乙烯醇基海绵材料固定化细菌的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种改性纳米氧化铜(CuO NPs)负载聚乙烯醇基(PVA)海绵材料固定化细菌的制备方法及其应用。聚乙烯醇基海绵经过酸泡，碱泡，超声等预处理，通过负载CuO NPs制备新型复合材料用于活细胞固定化技术应用。以含氮杂环有机物喹啉为例，对喹啉降解菌进行同步固定化和驯化过程，发现固定化细菌对喹啉具有稳定高效的降解性能，对于300mg/L的喹啉，12小时的降解效率达到97.22％，重复利用20次后降解率为80.59％。该方法获得的PVA改性固定化材料孔洞结构利于菌类的附着，机械强度高，不易腐烂，测定结果重现性好，同时本文的固定化驯化同步进行的方法也能够对固定化细菌用于煤化工废水中特定有机物降解提供借鉴。

技术领域

本发明属于污水、废水治理技术领域，特别涉及一种纳米氧化铜-聚乙烯醇基海绵材料的制备及其固定化细菌方法和应用。

背景技术

煤炭是我国的主要化石能源之一，煤化工行业在迅速发展的同时带来了较大环境问题。焦化废水、兰炭废水、煤气化及煤液化生产废水等含有酚、氨氮、石油烃、多环芳烃、含氮杂环、氰化物等多种有毒有害污染物质，成份复杂，浓度高、毒性大，性质稳定，属较难生化降解的高浓度有机工业废水，其污染控制一直是国内外工业废水污染控制的重大难题。

废水处理中生物强化技术具有目标污染物迅速代谢、改善废水水质指标及提升反应系统对各种废水处理效率等优点，近年来，生物强化技术耦合其它生物处理技术在煤化工废水治理中展现出独特的优势。

强化菌剂的直接投加操作简单，但易造成强化菌株的流失，或被外源微生物资源竞争，造成生物强化体系处理效果下降，这些问题可以通过活细胞固定化来解决。固定化微生物技术是20世纪80年代后期开始迅速发展的一项技术，它是通过化学或物理手段将游离态的微生物固定在载体上，对微生物细胞起到保护作用。与悬浮细菌相比，固定化细菌有很多优势，如能够增强细胞膜的稳定性，高细胞密度、容易分离介质，防止微生物流失，同时还会改变微生物的生理特性及代谢活性，缩短细胞增长的停滞阶段，良好的控制微生物增长量，有利于微生物对有机污染物的降解，此外，固定化微生物还可以重复使用。

固定化微生物技术中选择成本低廉，性能稳定，使用寿命长的固定化载体是决定其可行性的关键，常用的载体一般分为有机载体和无机载体，有机载体又可分为天然载体和人工合成载体，天然载体包括明胶、琼脂、壳聚糖、角叉菜胶、海藻酸钠等，其中海藻酸钠被广泛使用，其一般皆为生物无毒性，传质性能好，成型方便，但机械强度一般较低，载体材料的运输受限，抵抗生物分解的能力偏弱。人工合成载体有离子交换树脂、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等，其抵抗生物分解能力强，化学物理性能稳定，但其固定效果不稳定，成本偏高。将天然和人工合成材料相结合制备载体及利用纳米粒子对材料进行改性是当下研究的热点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种纳米氧化铜-聚乙烯醇基海绵材料的制备及其固定化细菌方法和应用，选用聚乙烯醇基(PVA)海绵(聚合度为450-550)作为固定化细菌的载体，利用纳米氧化铜(CuO NPs)对其进行改性，确定了CuONPs-PVA体系制备方法，采用固定和驯化相结合的方式对毒害物质降解菌进行固定，并与游离菌的降解效果进行对比研究，最终获得了能够多次重复使用并具有较优降解性能的高效固定化细菌。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种纳米氧化铜-聚乙烯醇基海绵材料固定化细菌的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，PVA基海绵的预处理：

步骤2，CuO NPs负载PVA载体的制备：

将预处理过的PVA基海绵0.2g-0.3g，加入到80mL-150mL浓度为50mg/L-150mg/L的纳米氧化铜溶液中，在超声波反应器中充分混合30min-40min，然后将负载了CuO NPs的PVA基海绵分离出来，50℃-60℃下真空干燥10-15小时，即得纳米氧化铜-聚乙烯醇基海绵材料；