一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法

本发明涉及核壳结构多孔材料制备，具体为一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法。

背景技术：

1、石油的开采和使用给我们带来了财富，但也产生了一系列的隐患。石油泄漏产生的含油废水的处理是一个重要的挑战，这个问题变得越来越严峻。近年来，海洋溢油问题已引起世界各国和社会各界的广泛关注。石油泄漏造成了不可逆转的环境破坏和生态破坏，杀死了鱼、蛇、北极熊和其他生物。因此，油与水的高效分离乃至油的生物降解成为当前研究的热点。

2、目前油脂的主要处理方法有物理、化学和生物。在物理方法中，焚烧、填埋和吸附是主要的方法，化学方法包括氧化过程和光催化。在传统的物理处理中，焚烧和填埋会造成二次环境污染。在化学处理方面也存在成本高、不适合大规模使用等问题。物理吸附法因其操作简单、成本低而广泛应用于油水分离工程应用，但也存在可回收性能差的缺点。生物降解与物理吸附相结合是一种很有前途的替代方法，它可以弥补物理吸附的不足，实现油脂或石油烃的选择性吸附和生物降解，有望成为有效去除或消除环境中油脂的有前途的策略之一。

3、因此，制备出一种具有高活性负载微生物的生物质多孔材料用于降解柴油性能成为了近年来的研究热点。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤一：樟树叶纤维素提取

5、(1)以生物质原料樟脑叶球为原料，经球磨机粉碎后，通过80目筛分得到初步纤维素；

6、(2)将cnf浸泡在0.1mol/l的hcl中2h,90℃连续搅拌90min，蒸馏水洗涤至中性，cnf:hcl为1:20，这步是酸洗为了去除表面杂质；

7、(3)将上述(2)得到的材料在室温下离心10min，重复3次，离心速度为5000r/min；

8、(4)将上述(3)得到的材料在naoh溶液中85℃下水解90min，用蒸馏水洗净至中性，重复离心过程，通过(2)的酸洗和这步的碱洗，去除樟树叶纤维素cnf表面杂质同时暴露表面的官能团；

9、(5)将上述(4)酸洗碱洗处理过后的纤维素cnf，用次氯酸钠对纤维素cnf进行漂白，cnf:naclo2为4:3，并在水中氧化漂白，得到纯净的纤维素cnf；

10、步骤二：菌悬液的培养

11、(1)选用本课题组的特殊嗜油细菌；al：洛菲不动杆菌；bts：苏云金芽孢杆菌；a6：铜绿假单胞菌；f1：黄色类诺卡氏菌；sp：草酸青霉菌；

12、(2)挑取活化后的这五种菌，各约100μl接种于五个无菌的营养肉汤培养基中，37℃、120r/min进行振荡增殖培养；

13、(3)48h后观察其是否变浑浊，再各取50ml放入250ml锥形瓶中进行混合制备成混合菌培养基；

14、(4)且通过血球计数板法观察菌种数量，保证菌种数量达到1×108cfu/ml以上；4℃下储存待用；

15、步骤三：核的部分：负载微生物的生物质气凝胶的制备

16、(1)取2g的上述步骤一处理后的cnf加入混合菌悬液中，室温下搅拌24h；

17、(2)再加入0.8g sa(海藻酸钠)继续搅拌12h；

18、(3)将混合液滴入球形模具进行冷冻，再与5％的ca2+溶液中进行交联12h；

19、(4)将冷冻好的球进行定向冷冻干燥，得到包埋微生物的生物质气凝胶微球，命名为cnf@aerogel；

20、步骤四：壳的部分：埃洛石(hnts)疏水改性

21、(1)将无机材料埃洛石(hnts)进行疏水改性，取2g hnts、3ml teos(正硅酸乙酯)、1ml hdtms(十六烷基三甲氧基硅烷)放入40ml无水乙醇最后加入8ml氨水进行混合；

22、(2)室温下超声90min，再加热60℃的条件下搅拌1h，室温下连续搅拌24h，离心(6000r/min)5min，重复三次；

23、(3)60℃下烘干12h得到疏水改性埃洛石(mhnts)；

24、步骤五：磁性改性埃洛石外壳的制备

25、(1)将0.5g fe3o4加入1g mhnts中和50ml无水乙醇混合，加入0.3g pdms(聚二甲基硅氧烷)a和0.03b,超声20min，静置2h；

26、(2)收集烧杯底部颗粒用乙醇洗涤3次，得到磁性fe3o4/mhnts；

27、步骤六：核壳结构：磁性埃洛石生物质气凝胶微球的制备

28、(1)取6ml ep(环氧树脂)加入6ml丙酮将其溶解；

29、(2)再加入10ml无水乙醇，超声30min；

30、(3)然后用简单的喷洒粘合法将ep喷洒在生物质气凝胶微球的表面，将fe3o4/mhnts均匀的粘附在在微球(cnf@aerogel)表面，得到具有核壳结构的fe3o4/mhnts气凝胶微球，最终的材料命名为fe3o4/mhnts-cnf@aerogel。

31、优选的，在步骤一的(4)中，所述的naoh浓度为10％。

32、优选的，在步骤三的(1)中，所述的菌悬液的用量为80g。

33、优选的，在步骤三的(3)中，所述的ca2+交联剂中的ca(no3)2·4h2o的浓度为5％，加入量为10ml。

34、优选的，在步骤三的(4)中，cnf@aerogel为三个规格不同尺寸的微球，0.5cm的冷冻干燥时间为8h，0.7cm的冷冻干燥时间为12h，1cm的冷冻干燥时间为24h。

35、本发明的有益效果为：

36、1、首先，本发明将亲水的材料用硅烷类进行疏水亲油改性，包埋高活性微生物，采用简单喷涂粘黏的方法制备出磁性核壳结构生物反应器，并介绍了其详细的制备方法。其次，本材料具有选择性吸附能力，对含油废水表现出超强的吸附能力。同时探究了对柴油的降解性能。最后，本材料具有核壳结构，核的内部具有丰富孔隙率并且包埋大量的微生物，具有优异的降解能力。

37、2、同时，有核壳结构的存在保护微生物不会让微生物直接与环境接触，并为其创造了一个特定的生存环境。并保证微生物不会泄漏。

38、3、通过对材料的性能测试初步认为该材料有优异的油水分离的生物降解性能的同时，具有可回收性，并可多次循环使用。

39、4、通过对其应用性能的研究，初步认定磁性核壳结构生物反应器对周围恶劣环境呈现出较强的耐受能力，对海洋溢油事件，以及餐饮废水具有一定的实际应用价值。

技术特征：

1.一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法，其特征在于：在步骤一的(4)中，所述的naoh浓度为10％。

3.根据权利要求1所述的一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法，其特征在于：在步骤三的(1)中，所述的菌悬液的用量为80g。

4.根据权利要求1所述的一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法，其特征在于：在步骤三的(3)中，所述的ca2+交联剂中的ca(no3)2·4h2o的浓度为5％，加入量为10ml。

5.根据权利要求1所述的一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法，其特征在于：在步骤三的(4)中，cnf@aerogel为三个规格不同尺寸的微球，0.5cm的冷冻干燥时间为8h，0.7cm的冷冻干燥时间为12h，1cm的冷冻干燥时间为24h。

技术总结
本发明涉及核壳结构多孔材料制备技术领域，具体为一种磁性核壳结构生物反应器的制备方法。包括樟树叶纤维素提取、菌悬液的培养、核的部分：负载微生物的生物质气凝胶的制备、壳的部分：埃洛石(HNTs)疏水改性、磁性改性埃洛石外壳的制备、核壳结构：磁性埃洛石生物质气凝胶微球的制备。本发明将亲水的材料用硅烷类进行疏水亲油改性，包埋高活性微生物，采用简单喷涂粘黏的方法制备出磁性核壳结构生物反应器，并介绍了其详细的制备方法。其次，本材料具有选择性吸附能力，对含油废水表现出超强的吸附能力。同时探究了对柴油的降解性能。最后，本材料具有核壳结构，核的内部具有丰富孔隙率并且包埋大量的微生物，具有优异的降解能力。

技术研发人员：陈丽华,哈斯其美格,屈楠楠,金杨,张禹晗,肖朝虎
受保护的技术使用者：西北民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21