[发明专利]一种石墨烯基复合材料固定化反硝化细菌的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种以石墨烯基复合材料固定化反硝化细菌的制备方法及其应用，涉及微生物环保领域，工艺步骤包括：1)取反硝化细菌接种至富集培养基培养，培养液离心去上清液，得菌体；将菌体悬浮于生理盐水中，得反硝化细菌菌悬液；2)采用1wt％木炭粉吸附菌悬液2‑6h，得吸附液；3)采用共价交联法制备石墨烯基复合材料的包埋剂；4)将吸附液与包埋剂混匀，得混合载体；5)将混合载体逐滴滴入交联剂中，交联，得固定化微生物颗粒。所得固定化微生物耐受性好活性高，能够高活性反复处理含氮污水。

技术领域

本发明涉及微生物环保领域，具体涉及一种石墨烯基复合材料固定化反硝化细菌的制备方法及其应用。

背景技术

氮素是水体中常见的污染物，可导致水体富营养化，给水生生物带来灾难，引发人类饮用水危机，危害人体健康，破坏水体生态环境。如何经济高效地去除水体中氮素污染已成为水污染控制领域的研究重点和热点。生物脱氮是从废水中去除氮素污染最为经济有效的方法，可实现真正意义的脱氮作用。

生物脱氮技术通常有硝化工艺和反硝化工艺组成。硝化工艺以去除氨氮为主，虽然能把氨氮转化为硝酸盐，但是不能彻底将氮素从水体中去除，反硝化工艺则能从根本上消除氮素对环境的污染。反硝化细菌是反硝化作用发生的主体，然而，游离的反硝化细菌在污水处理的过程中存在诸多不足。

微生物固定化技术是将特选的微生物固定在选择的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。固定化微生物常用的方法包括吸附法、交联法、包埋法等，其中包埋法是固定化微生物最常见的方法。常见的固定化载体和包埋材料为聚乙烯醇、海藻酸钠、琼脂、明胶等，然而如图1所示，这些固定化材料机械强度低，在磷酸盐等溶液中不稳定，使其使用受到限制。

石墨烯是一种新型的碳材料，主要原因是它的成本比较低，具有比表面积高、导电性能好、机械强度好等优点。氧化石墨烯(Graphene oxide)是石墨烯高度氧化后的产物，含有羟基、环氧基、羧基、羰基等丰富的官能团，因此具有较强的亲水性，能很好的分散于水中，与水溶性的聚合物兼容性比较好。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯基复合材料固定化反硝化细菌的制备方法及其制备固定化微生物在污水处理中的应用，所得固定化微生物耐受性好活性高，能够高活性反复处理含氮污水。

一种石墨烯基复合材料固定化反硝化细菌的制备方法，工艺步骤包括：

1)取反硝化细菌接种至富集培养基培养，培养液离心去上清液，得菌体；将菌体悬浮于生理盐水中，得反硝化细菌菌悬液；

2)采用1wt％木炭粉吸附菌悬液2-6h，得吸附液；

3)采用共价交联法制备石墨烯基复合材料的包埋剂；

4)将吸附液与包埋剂混匀，得混合载体；

5)将混合载体逐滴滴入交联剂中，交联，得固定化微生物颗粒。

进一步，在步骤3)中，所述包埋剂的制备方法包括：将聚乙烯醇和海藻酸钠加入蒸馏水中，超声至溶解；加入以水为溶剂制备的氧化石墨烯溶液，超声使氧化石墨烯颗粒与海藻酸钠和聚乙烯醇相沉积，静置冷却至25-35℃，得包埋剂。氧化石墨烯因表面残存未充分氧化的联苯区域与缺陷基团。故现有技术中，氧化石墨烯分散液黏度越低，氧化程度越差，与微生物吸附亲和性越低。本发明采用特定聚合物沉积工艺，使氧化石墨烯包埋剂流体黏度增高，促进了片层排布，使包埋及固定化效果提高。

优选的，在步骤3)中，制备包埋剂的溶液配比为氧化石墨烯(0.1-0.9)wt％，聚乙烯醇(1-4)wt％，海藻酸钠(1-5)wt％。

优选的，在步骤1)中，所述生理盐水的浓度为0.9wt％；菌体与生理盐水质量比为1:(10-50)。