專利名稱:重金屬鎘的細菌細胞壁生物吸附劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種重金屬鎘的細菌細胞壁生物吸附劑及其制備方法。細菌為蠟狀芽孢桿菌。該生物吸附劑用于處理含鎘廢水。
背景技術：
重金屬鎘具有很強的生物毒性，化學性質類似于鋅，在多種生化過程中，鎘通過與酶類巰基結合與替代作用，置換出酶結合金屬，降低機體抗氧化活性，引起氧化損傷；鎘可以占據鈣離子通道進入細胞，干擾細胞鈣代謝；鎘還能引起DNA斷裂，損壞DNA修復系統，引起細胞凋亡。鎘的半衰期最長可達3000年，為最易在人體內蓄積的毒性物質。1974年聯合國環境規劃局將其定為重點污染物。
在電鍍廢水、染料廢水、制革廢水、冶金廢水中都含有重金屬鎘離子，造成嚴重的環境問題并威脅人體健康。目前，對含有重金屬鎘離子廢水常用的處理方法有化學處理法、離子交換法、吸附分離法、膜分離法等，這些方法在處理鎘含量低于100mg/L的廢水時都存在一定的缺陷，如工藝復雜，成本費用高或產生二次污染等問題。由于在實際情況下，各種廢水中鎘離子的濃度一般都較低，因而尋求高效價廉的低濃度鎘離子水處理劑成為迫切需要解決的問題。研究表明，芽孢桿菌屬細菌一般都具有強大的吸附固定重金屬離子的能力，原因在于芽孢桿菌屬細菌的細胞壁上富含C＝O，-OH等活性基團。某些芽孢桿菌屬的細菌基因組編碼CadA，CadB基因，可以在細胞壁上分泌表達專門轉運重金屬鎘的細菌短肽，增強其吸附固定毒性鎘離子的能力。
發明內容本發明重金屬鎘細菌細胞壁生物吸附劑及其制備方法提出了一種可以有效吸附去除含低濃度鎘廢水中重金屬鎘離子的水處理劑及其制備方法。
本發明重金屬鎘細菌細胞壁生物吸附劑及其制備方法的技術方案是用含鎘離子的培養基培養蠟狀芽孢桿菌，使得蠟狀芽孢桿菌耐受鎘離子的相關基因充分表達，逐步提高該菌株細胞壁中抗鎘細菌肽的含量。當菌株在含鎘離子濃度為1000mg/L的液體培養基中生長達到對數生長期中期時收集菌體，烘干水分，機械研磨破碎細胞壁，離心收集細胞壁，雙氧水處理，冷凍干燥，制成凍干粉。
本發明重金屬鎘細菌細胞壁生物吸附劑及其制備方法的具體操作步驟為1、蠟狀芽孢桿菌抗鎘細菌肽的高表達誘導將從中國普通微生物菌種保藏管理中心購得的蠟狀芽孢桿菌(編號為1.126)接種于蛋白胨水液體培養基25mL中，30℃振蕩培養。當細菌生長達到對數生長期中期時，取20uL菌液接種于鎘濃度為100mg/L的蛋白胨水液體培養基25mL中，30℃振蕩培養。當細菌生長達到對數生長期中期時，取20uL菌液接種于鎘濃度為200mg/L的蛋白胨水液體培養基25mL中，30℃振蕩培養。依次提高培養基中鎘離子的濃度直到培養基中鎘離子濃度達到1000mg/L。
2、菌體的收集6,000rpm離心8分鐘收集菌體，用pH7.4的磷酸緩沖液洗滌兩次。
3、菌體破壁將離心得到的濕重為100g的菌體置于50℃的烘箱中烘12小時，使菌體水份充分干燥，將干燥的菌體置于瑪瑙研缽中充分研磨，使菌體破壁。
4、菌體細胞壁制備將機械破壁后的菌體粉末用pH7.4的磷酸緩沖液洗滌兩次，離心收集。
5、氧化處理0.1％雙氧水浸泡12h，離心收集，凍干備用。
所述的重金屬鎘細菌細胞壁生物吸附劑制備方法中，其所述第1步中蛋白胨水液體培養基成分為蛋白胨10g，氯化鈉5g，水1000ml，pH值為7.4；所述的重金屬鎘細菌細胞壁生物吸附劑制備方法中，其所述第1、第2和第4步中磷酸緩沖液的成份為100mmol/L NaH2PO4-Na2HPO4緩沖液，其pH值為7.4；具體實施方式
以下通過具體實事例詳細說明發明的實施，目的在于幫助讀者更好地理解本發明的實質，但不作為對本發明實施范圍的限定。
實施例1將凍干的細菌細胞壁投入鎘離子濃度為100mg/L的工業污水中，使得最后細胞壁的濃度達到1g/L，25℃下吸附2h，6,000rpm離心8分鐘，收集上清液，使用火焰原子吸收法測定上清液中鎘離子的濃度為30mg/L。本生物吸附劑對該工業污水中鎘的吸附量為70mg/g。
實施例2將凍干的細菌細胞壁投入鎘離子濃度為20mg/L的生活污水中，使得最后細胞壁的濃度達到1g/L，25℃下吸附2h，6,000rpm離心8分鐘，收集上清液，使用火焰原子吸收法測定上清液中鎘離子的濃度為2mg/L。本生物吸附劑對該生活污水中鎘的吸附量為18mg/g。
權利要求
1.一種細菌細胞壁生物吸附劑，由細菌細胞壁作基本材料，通過化學試劑氧化處理后制成凍干粉。
2.根據權利要求
1所述的生物吸附劑，其特征在于細菌為蠟狀芽孢桿菌。
3.根據權利要求
1所述的生物吸附劑，其特征在于化學試劑為雙氧水化學試劑為雙氧水，濃度為0.1％。
4.根據權利要求
1所述的生物吸附劑，其制備方法a將從中國普通微生物菌種保藏管理中心購得的蠟狀芽孢桿菌(編號為1.126)接種于蛋白胨水液體培養基振蕩培養；b當細菌生長達到對數生長期中期時，取菌液接種于含有鎘的蛋白胨水液體培養基中振蕩培養；c當細菌生長達到對數生長期中期時，取與步驟b中等量的菌液接種于含有鎘的蛋白胨水液體培養基中振蕩培養；d依次提高培養基中鎘離子的濃度直到培養基中鎘離子濃度達到蠟狀芽孢桿菌的最高耐受濃度；e離心收集菌體，用pH7.2~7.4的磷酸緩沖液洗滌；f將離心得到的菌體置于烘箱中烘直至菌體水份充分干燥；g將干燥的菌體置于瑪瑙研缽中充分研磨，使菌體破壁；h將機械破壁后的菌體粉末用pH7.2~7.4的磷酸緩沖液洗滌，離心收集；i.雙氧水浸泡，離心收集，凍干備用。
5.根據權利要求
4所述的生物吸附劑的制備方法，其特征在于所述蛋白胨水液體培養基為25 mL。
6.根據權利要求
4所述的生物吸附劑的制備方法，其特征在于所述振蕩培養的溫度為30℃。
7.根據權利要求
4所述的生物吸附劑的制備方法，其特征在于蛋白胨水液體培養基中的鎘濃度為200 mg/L，取20uL菌液接種于25mL的該蛋白胨水液體培養基中。
8.根據權利要求
4所述的生物吸附劑的制備方法，其特征在于從中國普通微生物菌種保藏管理中心購得的蠟狀芽孢桿菌(編號為1.126)在含有鎘離子的培養基中經誘導，促進其重金屬鎘抗性基因編碼的特異蛋白質高效表達。
9.根據權利要求
4所述的生物吸附劑的制備方法，其特征在于細胞壁又經0.1％雙氧水處理，使其表面的羰基，羥基等含氧基團的數量提高，增強其吸附重金屬鎘的性能。
10.根據權利要求
4所述的生物吸附劑的制備方法，其特征在于雙氧水浸泡時間為12h。
專利摘要
本發明重金屬鎘細菌細胞壁生物吸附劑及其制備方法，涉及一種利用特殊細菌細胞壁經化學處理后制備的生物吸附劑及其制備方法，細菌為蠟狀芽孢桿菌，化學試劑為0.1％雙氧水，適用于含重金屬鎘的廢水的處理，對鎘的吸附效率大于50％。
文檔編號C02F3/00GK1994902SQ200610000123
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月5日
發明者齊鴻雁, 呼慶, 張洪勛 申請人:中國科學院生態環境研究中心導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan