[发明专利]一种用于有机氯污染土壤修复的磁性纳米生物微球制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及持久性有机氯污染土壤的原位修复，具体的说是一种用于有机氯污染土壤修复的磁性纳米生物微球的制备方法。

背景技术

有机氯化物是一类毒性强、难降解的环境污染物，传统处理技术存在着降解不完全、效率低等不足。纳米技术的发展给有机氯污染物的处理带来了一种新的颇具潜力的方法，即应用纳米还原性金属颗粒对有机氯化物进行脱卤，降低其毒性。目前，以Fe²⁺和Fe³⁺等常见原料合成纳米铁颗粒的技术已经成熟，纳米颗粒对有机氯污染物也显示出高效的降解性能。更重要的是，其可灵活应用于地下水和污染土壤的原位和异位修复，尤其适用于原位修复。

磁性纳米微球是近年来发展起来的一种新型材料，不但具有普通纳米粒子所具有的4个基本效应(即表面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应)，还具有异常的磁学性质，如超顺磁性、高矫顽力、低居里温度与高磁化率等特性。此外，将其与有机高分子材料结合，可对其表面进行修饰和改性，进一步调节其表面亲水性(或疏水性)以及生物兼容性等。由于其具有以上特点，将其作为固定化载体，在环境工程领域具有巨大的应用前景。磁性固定化技术是指通过采用化学或物理的方法将微生物(或酶)定位于磁性固定化载体的限定空间区域内，在固定化反应结束后，再利用外部磁场对其进行分离，实现微生物(或酶)保持活性并可反复使用的固定化技术。微生物(或酶)在工业上应用广泛，但通常难以回收，循环使用次数较少。将磁性纳米微球作为微生物(或酶)的固定化载体具有以下优势：①磁性纳米微球中含有有机高分子物质，易实现其功能的调整，可根据固定化需求人为控制微球表面的功能基团；②可利用外部磁场控制磁性材料的运动方式，此举既可替代传统的机械搅拌，又可改善固定化微生物(或酶)的作用效果，同时便于将微生物(或酶)从反应体系中分离和回收；③通过将固定有微生物(或酶)的磁性载体放入磁场稳定的流动床反应器中，大幅减少反应体系中的人工操作，易实现大规模连续化生产。

制备磁性纳米微球通常使用的磁性物质有：纯铁粉、羰基铁、磁铁矿、正铁酸盐、铁钴合金等，尤以Fe₃O₄磁流体居多。与磁性材料相结合的有机材料中天然高分子材料有壳聚糖、葡聚糖、明胶、纤维素、淀粉、环糊精等，合成高分子材料有聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸等。其中天然高分子材料因具有价廉易得、生物相容性好、可被生物降解等优点，得到了广泛的研究和应用。

采用固定化技术将各种生物酶固定在载体上用于生物医学、食品酿造或污水处理已有一些研究，但将降解菌固定化磁性纳米微球用于污染土壤的生物修复则未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于持久性有机氯污染土壤修复的磁性纳米生物微球的制备方法，即以纳米Fe₃O₄颗粒为载体吸附固定有机氯降解菌，将得到的磁性纳米生物微球用于污染土壤的原位修复，纳米Fe₃O₄的还原脱氯作用可使有机氯的毒性降低，微生物的共代谢作用加速有机氯的降解，最终实现土壤中残留有机氯的高效去除。

本发明所述用于有机氯污染土壤修复的磁性纳米生物微球的制备方法，包括纳米Fe₃O₄颗粒的制备，以及如下步骤：

(1)将1-2g壳聚糖溶解在100mL质量浓度为15-20％的醋酸溶液中，形成均一透明的胶体溶液，再将5-10g制备的纳米Fe₃O₄颗粒加入，搅拌20-30min，得到磁性纳米颗粒，用蒸馏水反复洗涤至中性，烘干待用；

(2)将步骤(1)制得的磁性纳米颗粒，加入到pH＝5.0-8.0的柠檬酸-磷酸缓冲溶液中，超声分散得到质量浓度为0.2-0.5g/mL的磁流体；

(3)取步骤(2)所述的磁流体，加入其体积量0.5-2倍的菌体浓度为10⁵-10⁷个/ml的细菌溶液，再滴加其体积量0.5-2倍的质量浓度为2-5％的交联剂溶液，充分混匀后在25℃-30℃温度条件下，交联0.5-1.5h，在外磁场作用下固液分离，然后用蒸馏水洗涤固相产物3-4次，得到磁性纳米生物微球；所述细菌溶液是假单胞菌、芽孢杆菌、红球菌、无色杆菌中的一种或多种混合。