[发明专利]一种应用生物炭促进生物还原亚硒酸盐的方法在审

专利信息
申请号: 202110103953.0 申请日: 2021-01-26
公开(公告)号: CN112852887A 公开(公告)日: 2021-05-28
发明(设计)人: 柳广飞;武秋月;金若菲;周集体 申请(专利权)人: 大连理工大学
主分类号: C12P3/00 分类号: C12P3/00;C12N1/20;C12R1/01
代理公司: 大连理工大学专利中心 21200 代理人: 温福雪
地址: 116024 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 应用 生物 促进 还原 亚硒酸盐 方法
【说明书】:

发明提供了一种应用生物炭促进生物还原亚硒酸盐的方法,属于污染物的生物处理技术领域。包括以下步骤:配制哌嗪‑1,4‑二乙磺酸缓冲溶液,加入乳酸钠,并转移至玻璃厌氧瓶中,加入亚硒酸钠溶液、生物炭,以及体系光密度OD600=0.3‑1.5的培养至对数期末期的微生物细胞,然后置于150rpm,30℃恒温摇床中避光反应1‑6d。本实验所用生物炭的生物质为小麦秸秆,采用慢速限氧热解法制备不同热解温度的生物炭。本发明的效果和益处是能够快速有效地提高亚硒酸盐的生物还原效率和速率,且所采用的生物炭材料制备工艺简单,原材料来源广泛,成本低廉,可操作性强,便于在实际中推广应用。

技术领域

本发明属于污染物的生物处理技术领域,特别是涉及一种应用生物炭促进微生物还原亚硒酸盐的方法。

背景技术

硒是一种多变价的元素,在自然界中主要以硒化物(Se(-II))、单质硒(Se(0))、亚硒酸盐(Se(IV))及硒酸盐(Se(VI))等四种形态存在。其中,Se(IV)和Se(VI)具有较强的生物毒性、高溶解度和生物可利用性,通过采矿、农业和石化生产及工业废料处置等途径进入环境后可造成严重污染和危害。。在受污染的地表水中存在的Se(IV)和Se(VI)可以进入水生食物链,并以硒蛋白的形式进行生物累积,达到毒性水平,影响鱼类、鸟类和陆生动物的正常发育,破坏生态平衡,近些年国内外都曾发生硒污染导致的人和动物中毒,以及鱼类和禽类发育畸变的事件。通过化学或生物还原,将Se(IV)/Se(VI)转化成水溶性较差、生物可利用性低的单质硒,可有效解决硒污染和毒性问题。

环境中的部分微生物可通过自身代谢过程实现对Se(IV)的还原转化。Shewanellaoneidensis MR-1广泛分布于天然环境中,具有多样化的产能代谢和电子传递途径,能够利用外膜上的细胞色素c、纳米导线以及自身分泌或外加的氧化还原介体等三种方式,向胞外电子受体传递电子,还原转化多种污染物。Ze-Chao Xia等在2016年Biochemistry第3卷第408-413页和Carolyn等在2009年Environmental Technology第30卷第12期第1313-1326页报道了S.oneidensis MR-1通过厌氧呼吸合成硒纳米颗粒,展示了MR-1还原亚硒酸盐合成硒纳米颗粒的潜力。

醌类化合物及腐殖质等氧化还原介体,可以加速电子由细胞转移到胞外电子受体的过程,从而促进生物还原转化氧化态污染物。Xiujuan Wang等在2011年BioresourceTechnology第102卷第3期第3268-3271页和Ze-Chao Xia等在2016年Biochemistry第3卷第408-413页报道了利用醌类物质强化微生物还原亚硒酸盐。但以水溶性醌类化合物作为氧化还原介体成本高昂,具有一定生物毒性的醌类化合物随水流失易造成二次污染,限制了介导还原技术的有效应用。

生物炭是在限氧条件下通过生物质的高温热分解(通常<700℃)产生的一种细粒度多孔隙碳材料,常作为土壤改良剂用于增加土壤肥力和污染土壤修复。T.J.Purakayastha等人在2019年Chemosphere第227卷第345-365页综述了生物炭在增加土壤肥力提高作物产量方面的应用。相比醌类化合物,生物炭生物毒性较低,原材料来自天然环境中废弃生物质,制备工艺相对简单,应用成本低廉。与其他可以作为氧化还原介体的碳材料类似,生物炭具有良好的导电性、较高的比表面积和丰富的表面官能团。近年来,已有研究发现生物炭能够促进生物还原。Shengnan Xu等在2016年Environmental ScienceTechnology第50卷第2389-2395页报道了生物炭介导赤铁矿还原的研究。基于上述认识,申请人提出利用生物炭促进S.oneidensis MR-1还原转化亚硒酸盐,提高硒污染治理效率。目前尚未见有关利用生物炭促进微生物还原含氧阴离子为相应单质颗粒的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用生物炭快速有效地促进生物还原亚硒酸盐的方法,该方法成本低廉、还原效率高,可产生单质硒纳米颗粒。

本发明的技术方案:

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