本發(fā)明屬于鎘吸附劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效鎘吸附真菌菌劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鎘是一種劇毒污染物，它在電鍍、顏料、蓄電池、塑料、冶金等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，由于人類對(duì)鎘的不斷開(kāi)發(fā)利用，現(xiàn)在造成大量含鎘廢水排入河流湖泊。近幾年，我國(guó)已經(jīng)發(fā)生了多起鎘污染時(shí)間，嚴(yán)重影響人類健康?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外針對(duì)含鎘廢水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法、氣浮法、活性炭吸附法、離子交換法等。但這些傳統(tǒng)的物理化學(xué)除隔離子的方法往往具有投資高、處理時(shí)間長(zhǎng)、去除效果不好、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。
現(xiàn)在研究一種能高效處理水體中鎘的鎘吸附劑是非常有必要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種高效鎘吸附真菌菌劑及其制備方法和應(yīng)用，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)水體中鎘處理成本高、處理時(shí)間長(zhǎng)、處理效果不好的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)活化菌種
將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于26-28℃暗培養(yǎng)，待長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于26-28℃暗培養(yǎng)；
(2)待活化菌種的菌絲長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于26-28℃，160-170r/min條件下暗培養(yǎng)5-6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營(yíng)養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3-5g、葡萄糖20-23g、kh2po41-1.5g、mgso40.2-0.3g、蔗糖1.5-2.5g和吸附劑5-8g；
其中，吸附劑通過(guò)以下方法制得：
①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至60-80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2-4cm，混合，于90-100℃烘2-3h；
②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5-8℃/min的速率升溫至200-250℃，然后再以3-5℃/min的速率升溫至500-550℃，恒溫保持2.5-3h，冷卻至室溫，研磨，過(guò)60-80目篩，得吸附劑。
進(jìn)一步地，營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為130-160:20-25:0.8-1.2混合，然后加入6-8倍混合物重量的去離子水中煮10-20min，過(guò)濾，得營(yíng)養(yǎng)液。
進(jìn)一步地，將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:20:1混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過(guò)濾，得營(yíng)養(yǎng)液。
進(jìn)一步地，加富培養(yǎng)基為每升營(yíng)養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑8g。
進(jìn)一步地，步驟①中將混合物置于90℃烘2.5h。
進(jìn)一步地，步驟②中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以8℃/min的速率升溫至200℃，然后再以5℃/min的速率升溫至500℃，恒溫保持3h。
將上述方法制得的高效鎘吸附真菌菌劑用于去除水體中的鎘離子。
本發(fā)明提供的高效鎘吸附真菌菌劑及其制備方法和應(yīng)用，具有以下有益效果：
(1)棉籽殼、椰殼、油菜秸稈和水稻秸稈含有大量的纖維素和木質(zhì)素，含有豐富的碳元素，水稻長(zhǎng)期生長(zhǎng)在淹水條件下，其根表可形成紅棕色鐵氧化物膠膜，稱為鐵膜，該鐵膜是一種無(wú)定形膠體物質(zhì)，可以吸附水體中的重金屬物質(zhì)，但水稻收割后，其水稻根隨水稻秸稈一同被丟棄，上述這些物質(zhì)大多被丟棄或焚燒，綜合利用率低。
本發(fā)明通過(guò)將農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物經(jīng)過(guò)厭氧高溫裂解后制得吸附劑，該吸附劑結(jié)構(gòu)疏松多孔、表面活性官能團(tuán)多，對(duì)水體中的鎘有很強(qiáng)的吸附能力，實(shí)現(xiàn)了資源化利用，具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
(2)本發(fā)明中將農(nóng)業(yè)廢棄物干燥后，放入炭化爐內(nèi)，在低氧環(huán)境下，以相對(duì)高一點(diǎn)的速率升溫，可快速將農(nóng)業(yè)廢氣物中的水分去除，且起到預(yù)炭化的作用，然后再以相對(duì)較低的速率升溫，將預(yù)炭化后的物質(zhì)慢慢炭化，這樣可以提高吸附劑的結(jié)構(gòu)疏松性，使其空隙變得更多，加大對(duì)水體中鎘的吸附能力。
(3)將棉籽殼、麩皮和蔗糖與去離子水混合，煮一定時(shí)間后，其各組分的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)保留于液體中，這樣更有利于韓芝的吸收。
(4)在營(yíng)養(yǎng)液中加入吸附劑，該吸附劑會(huì)與韓芝結(jié)合，附著于韓芝菌絲體表面，兩者相互作用，可以加強(qiáng)對(duì)水體中重金屬的吸附作用，尤其是對(duì)鎘的吸附作用大大加強(qiáng)。
(5)本發(fā)明制得的高效鎘吸附真菌菌劑制備過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，將該菌劑置于水體中，便可對(duì)水體中的鎘進(jìn)行吸附，在短時(shí)間內(nèi)便可達(dá)到吸附平衡且吸附效果好。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)活化菌種
將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；
(2)待活化菌種的菌絲長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營(yíng)養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑8g。
其中，吸附劑通過(guò)以下方法制得：
①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于90℃烘2.5h；
②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以8℃/min的速率升溫至200℃，然后再以5℃/min的速率升溫至500℃，恒溫保持3h，冷卻至室溫，研磨，過(guò)80目篩，得吸附劑。
營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:20:1混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過(guò)濾，得營(yíng)養(yǎng)液。
實(shí)施例2
一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)活化菌種
將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；
(2)待活化菌種的菌絲長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營(yíng)養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3g、葡萄糖20g、kh2po41g、mgso40.2g、蔗糖1.5g和吸附劑5g。
其中，吸附劑通過(guò)以下方法制得：
①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于90℃烘2h；
②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5℃/min的速率升溫至200℃，然后再以3℃/min的速率升溫至500℃，恒溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過(guò)80目篩，得吸附劑。
營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為130:20:0.8混合，然后加入6倍混合物重量的去離子水中煮20min，過(guò)濾，得營(yíng)養(yǎng)液。
實(shí)施例3
一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)活化菌種
將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；
(2)待活化菌種的菌絲長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營(yíng)養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉5g、葡萄糖23g、kh2po41.5g、mgso40.3g、蔗糖2.5g和吸附劑8g。
其中，吸附劑通過(guò)以下方法制得：
①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于100℃烘2h；
②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以8℃/min的速率升溫至250℃，然后再以5℃/min的速率升溫至550℃，恒溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過(guò)80目篩，得吸附劑。
營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為160:25:1.2混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過(guò)濾，得營(yíng)養(yǎng)液。
實(shí)施例4
一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)活化菌種
將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；
(2)待活化菌種的菌絲長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)5天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營(yíng)養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉3.5g、葡萄糖21g、kh2po41.2g、mgso40.25g、蔗糖2g和吸附劑6g，營(yíng)養(yǎng)液ph值為6.0±0.2，該ph值對(duì)鎘吸附也起著很重要的作用。
其中，吸附劑通過(guò)以下方法制得：
①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于100℃烘3h；
②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以6℃/min的速率升溫至220℃，然后再以5℃/min的速率升溫至520℃，恒溫保持2.5h，冷卻至室溫，研磨，過(guò)80目篩，得吸附劑。
營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為140:22:1.0混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過(guò)濾，得營(yíng)養(yǎng)液。
實(shí)施例5
一種高效鎘吸附真菌菌劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)活化菌種
將韓芝接種于pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)，待長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌種轉(zhuǎn)接至新的pda固體培養(yǎng)基中，置于28℃暗培養(yǎng)；
(2)待活化菌種的菌絲長(zhǎng)至3/4平板時(shí)，將菌絲體接種于液體加富培養(yǎng)基中，置于28℃，170r/min條件下暗培養(yǎng)6天，離心，除濾液，制得；其中，加富培養(yǎng)基為每升營(yíng)養(yǎng)液中加入馬鈴薯浸粉4.5g、葡萄糖22g、kh2po41.3g、mgso40.28g、蔗糖2.2g和吸附劑7g。
其中，吸附劑通過(guò)以下方法制得：
①分別將椰殼、水稻根和棉籽殼粉碎至80目，分別將蘆葦、油菜秸稈和水稻秸稈去雜，剪至2cm，混合，于95℃烘2.5h；
②將步驟①所得物放入炭化爐內(nèi)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以67℃/min的速率升溫至240℃，然后再以4℃/min的速率升溫至540℃，恒溫保持3h，冷卻至室溫，研磨，過(guò)80目篩，得吸附劑。
營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)以下方法制備得到：將棉籽殼、麩皮和蔗糖按重量比為150:24:1.1混合，然后加入8倍混合物重量的去離子水中煮20min，過(guò)濾，得營(yíng)養(yǎng)液。
實(shí)驗(yàn)例1鎘對(duì)韓芝菌絲生長(zhǎng)的影響
將活化后的韓芝接種于固體加富培養(yǎng)基中，該加富培養(yǎng)基成分與實(shí)施例1中不同的是，沒(méi)有吸附劑，取而代之的是添加了不同濃度的鎘，鎘的濃度分別為0、2、4、8、10、20、40、80、240mg/l，然后置于28℃暗培養(yǎng)，每個(gè)濃度設(shè)置3個(gè)平行，記錄各濃度下菌絲生長(zhǎng)直徑，見(jiàn)表1，然后刮取各皿菌絲至1.5mlep管中，于105℃烘干至恒重，記錄菌絲干重見(jiàn)表2。
將烘干稱重后的菌絲轉(zhuǎn)移至消解管中，然后加入2ml65％的硝酸浸泡過(guò)夜，再置于100℃的加熱板上蒸干，最后用2ml超純水溶解，鎘富集量的分析用zeenit700p原子吸收分光光度計(jì)(analytikjena,germany)火焰法測(cè)量，見(jiàn)表3。
表1不同濃度的鎘對(duì)菌株生長(zhǎng)直徑的影響
表2不同濃度的鎘對(duì)菌株干重的影響
表3不同鎘濃度下菌株富集量分析
由表1和表2可知，當(dāng)鎘濃度越高，韓芝菌絲生長(zhǎng)越受抑制，當(dāng)鎘濃度為240mg/l時(shí)，菌絲基本不生長(zhǎng)；而由表3可知，雖然鎘濃度越高會(huì)抑制韓芝的生長(zhǎng)，但韓芝對(duì)鎘的富集還是會(huì)隨著鎘濃度的增加而增加，當(dāng)達(dá)到40mg/l時(shí)，韓芝對(duì)鎘的吸附最大。
而將加富培養(yǎng)基中換成普通的pda培養(yǎng)基培養(yǎng)韓芝，觀察其對(duì)鎘的富集能力時(shí)，發(fā)現(xiàn)普通pda培養(yǎng)的韓芝對(duì)鎘的耐受能力較差，對(duì)鎘的吸附能力也明顯減弱了，由此可知，培養(yǎng)基成分對(duì)韓芝在鎘吸附方面起著非常重要的作用，即培養(yǎng)基和韓芝都對(duì)鎘有吸附作用，但韓芝菌絲體本身起著主要作用。
本實(shí)驗(yàn)還用液體培養(yǎng)基來(lái)測(cè)試韓芝對(duì)鎘的耐受能力，對(duì)培養(yǎng)10天后的韓芝富集鎘的能力進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)液體培養(yǎng)基中韓芝對(duì)鎘的耐受能力較固體培養(yǎng)基中弱，其不同鎘濃度下韓芝對(duì)鎘的富集及去除能力見(jiàn)表4。
表4液體培養(yǎng)基中不同鎘濃度下韓芝對(duì)鎘的富集及去除能力
移除率＝(培養(yǎng)基原始鎘濃度－培養(yǎng)后培養(yǎng)基剩余鎘濃度)/培養(yǎng)基原始鎘濃度
實(shí)驗(yàn)例2高效鎘吸附真菌菌劑對(duì)鎘的吸附實(shí)驗(yàn)
取實(shí)施例1-5制得的高效鎘吸附真菌菌劑50g于錐形瓶中，分別加入鎘濃度為0、10、20、30、40、50、60、80、100mg/l的硝酸鎘溶液100ml，置于170r/min，28℃振蕩24h，最后經(jīng)濾膜過(guò)濾，取上清液，測(cè)定剩余鎘濃度，計(jì)算移除率。取本實(shí)驗(yàn)制備的吸附劑也做同樣的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比，移除率結(jié)果見(jiàn)表5。
表5本發(fā)明產(chǎn)品與吸附劑對(duì)鎘的移除率
本發(fā)明在培養(yǎng)韓芝的加富培養(yǎng)基中添加了吸附劑，而吸附劑是將農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過(guò)特定的處理制得，在加入加富培養(yǎng)基中，可以與韓芝菌絲體結(jié)合，在鎘吸附方面起著協(xié)同作用。由表5可知，本發(fā)明高效鎘吸附真菌菌劑對(duì)水體中鎘有明顯的去除效果，鎘濃度很高時(shí)還具有較強(qiáng)的吸附作用。
我們對(duì)本方案所用韓芝進(jìn)行基因鑒定，提取其基因組dna，利用rdna內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)(its)序列，通過(guò)pcr擴(kuò)增和測(cè)序分析得到its序列，其序列如seqidno.1所示：
gttcagcgggtagtcctacctgatttgaggtcagaggtcataaagctgtcttataagacggttagaagctcgccaaacgcttcacggtcacggcgtagacattatcacaccgagagccgatccgcaaggaaccaagctaatgcatttaagaggagccgaccaataacggccgacaagcctccaagtccaagcctacaaaccacaaaagcttgtaggttgaagatttcatgacactcaaacaggcatgctcctcggaataccaaggagcgcaaggtgcgttcaaagattcgatgattcactgaattctgcaattcacattacttatcgcatttcgctgcgttcttcatcgatgcgagagccaagagatccgttgctgaaagttgtatatagatgtgttacatcgcaatacacattctgttactttatagagtttgtgataaacgcaggcacagatatgctccgcaagcccggtaaagagcgtgcctcgcaatctgaagcccacagtaagtgcacaggtgtagagtggatgaacagggcgtgcacatgcctcggaaggccagctacaacccggtcaaaactcgataatgatccttccgcaggttcacctacgga。
運(yùn)用在線工具blast將its序列與ncbi數(shù)據(jù)庫(kù)中已登記序列進(jìn)行比對(duì)，得分最高的三條序列(相對(duì)應(yīng)的菌株編號(hào)為ganodermalucidumstrainasi7091、ganodermalucidumstrainium-4537和ganodermalucidumstrain77002)如表6所示：
表6its比對(duì)結(jié)果
由表6可知，本方案韓芝菌株與ganodermalucidumstrainasi7091、ganodermalucidumstrainium-4537和ganodermalucidumstrain77002同源性較高，可判斷其與這3種菌株為同種菌株。