一种脂肽改性钠基蒙脱土、制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于生物材料制备【技术领域】，提供一种脂肽改性钠基蒙脱土、制备方法及其应用。该脂肽改性钠基蒙脱土采用脂肽与钠基蒙脱土进行混合、反应，脂肽与钠基蒙脱土的质量百分比为1:10-1:100，进一步地，质量百分比为1:50，脂肽以解淀粉芽孢杆菌XZ-173为发酵菌种，通过固体发酵生产方式获得。本发明生产的脂肽具有优异的表面活性，无毒、可生物降解。生产的脂肽改性钠基蒙脱土，吸附位点和吸附量均得到增加；质子传动力减弱，吸附速率提升，对重金属有更强的吸附性能，并且本发明提供的脂肽改性钠基蒙脱土具有良好的再生性能。解决了现有技术中，废水中重金属吸附效率不高，吸附材料使用重复性低的问题，是真正的资源节约型和环境友好型的生物材料及改进方法。CGMCC No.41602010.09.14
【专利说明】一种脂肽改性钠基蒙脱土、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物材料制备【技术领域】，涉及一种脂肽改性钠基蒙脱土、制备方法及 其应用，具体涉及在制备该脂肽改性钠基蒙脱土过程中使用的脂肽、脂肽的制备方法、利用 该脂肽改性钠基蒙脱土生产的脂肽改性吸附材料及脂肽改性钠基蒙脱土和脂肽改性吸附 材料在去除废水中重金属的应用。
【背景技术】
[0002] 重金属比一般的有机污染物持久性更长，由于其不能被微生物降解且在极低的浓 度下仍然表现出高毒性等特点，已经成为当今最严重的环境问题之一。冶金、电镀、采矿、化 工和染料等工业生产过程中，都会产生大量含重金属的废水，对周围的水生和陆生环境具 有潜在的危害性。大量研究表明，水体中的重金属会通过食物链在生物体内富集，造成动 物、植物和人类非常严重的健康问题。为了保护和改善人类的生存环境，必须对废水中的重 金属离子进行处理，防止它们对生态系统的进一步破坏。
[0003] 目前，去除水中重金属离子的方法主要有电化学沉降、离子交换、物理吸附和膜分 离等。其中，使用吸附来治理水体重金属污染具有操作简单、经济、多功能和可回收等优点， 在工业上应用较为广泛。钠基蒙脱土是一类由两层Si-O四面体和一层Al-O八面体组成的 硅酸盐矿物，层间阳离子主要为Na+，它是一种廉价高效的吸附材料，具有较大的比表面积 和阳离子交换容量，具有去除废水中的重金属离子的应用潜能。但目前，钠基蒙脱土去除废 水中的重金属离子效果不够稳定，洗脱过程复杂，难以回收再利用，因此，成本较高。
[0004] 脂肽具有降低表面张力，稳定乳化液和增加泡沫等作用外，还具备一般表面活性 剂所不具备的无毒、生物降解性和更强的表面和界面活性、对热的稳定性、对离子强度的稳 定性、破乳性、在极端PH下也有效等优点，尤其适用于石油工业、日用化工、环境治理、制造 业等领域。使用脂肽进行改性可以有效增加钠基蒙脱土的吸附量和吸附速率，且脂肽溶液 能够脱附被改性材料吸附的重金属离子，洗脱后的溶液可通过先调PH再离心的方法回收 脂肽，比较环保，因而，脂肽及其改性钠基蒙脱土在治理废水重金属污染方面有很大的应 用价值。
[0005] 但目前，并没有一种方法能有效地将脂肽和钠基蒙脱土结合，发挥其在治理废水 重金属污染方面应有的价值。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是解决现有技术中废水中重金属吸附效率不高，吸附材料使用重复 性低的问题，提供一种脂肽改性钠基蒙脱土及其制备方法及利用该脂肽改性钠基蒙脱土获 得的高效去除废水中重金属离子的吸附材料。
[0007] 1.本发明提供一种脂肽，该脂肽以解淀粉芽孢杆菌XZ-173,保藏号为CGMCC NO. 4160为发酵菌种，通过固体发酵生产方式生产获得的。 该解淀粉芽孢杆菌XZ-173,分类命名为解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens)，于2010年9月14日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物 中心保藏，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
[0008] 2.本发明还提供一种脂肽改性钠基蒙脱土，该脂肽改性钠基蒙脱土采用上述1提 供的脂肽，与钠基蒙脱土进行复配，其中，脂肽与钠基蒙脱土的质量百分比为1:10-1:100。
[0009] 3.上述2提供的脂肽改性钠基蒙脱土，其中脂肽与钠基蒙脱土的质量百分比为 1:50。
[0010] 4.上述2或3提供的脂肽改性钠基蒙脱土的制备方法，包括如下步骤：
[0011] 1)将钠基蒙脱土研磨过筛，50?60°C烘干待用；
[0012] 2)将上述1提供的脂肽溶于去离子水中，经搅拌均匀制得不同浓度的处理液；其 中，脂肽与水的质量比为0.5-1:1000 ;
[0013] 3)将钠基蒙脱土加入到步骤2)制得的处理液中，调节pH为6. 5?7. 5,添加 0. 005?0.Olmol/LNaNO3作为背景电解质来维持恒定的离子强度，制得反应液；其中，钠基 蒙脱土与水的质量比为10-50:1000 ;
[0014] 4)将反应液先在25?30°C下搅拌2?4h，然后再室温静置12?18h，离心后用 去离子水洗涤3?5次，在50?60°C下烘干，研磨过筛，制得脂肽改性钠基蒙脱土。
[0015]其中，步骤1)、步骤4)研磨后的钠基蒙脱土和研磨后的脂肽改性钠基蒙脱土均过 200目筛进行筛分。
[0016] 5.上述4提供的脂肽改性钠基蒙脱土的制备方法，其中，步骤2)采用的脂肽具体 制备过程如下：
[0017] 1)菌体活化：将产脂肽的解淀粉芽孢杆菌XZ-173,保藏号CGMCCNO. 4160接入LB 液体培养基中，30°C170rpm培养24h作为种子液；其中，LB液体培养基包括蛋白胨10g/L， 酵母提取物5g/L，氯化钠10g/L;
[0018] 2)扩大培养：种子液按体积/质量10%的量接入到装有固体发酵培养基的250mL 三角瓶中，纱布封口，置于30°C恒温培养箱中发酵2天；其中，固体发酵培养基包括5g黄豆 粉，3g秸杆，0. 15g淀粉，0. 15g酵母提取物，含水量55 %，pH为7. 0?7. 5。
[0019] 6.权利要求5所述的脂肽改性钠基蒙脱土的制备方法，其特征在于：步骤2)采用 的脂肽纯化步骤如下：将固体发酵后产物与去离子水按质量/体积1:10的比例混合，室温 振荡0. 5?lh，离心去除不溶物质；用6mol/L的HCl调上清液pH为2. 0,出现白色絮状沉 淀，4°C静置8?12h，IOOOOrpm离心20min收集沉淀；沉淀用二氯甲烧抽提，旋转蒸发去除 有机溶剂，用无菌水溶残留物并调PH为中性，冷冻干燥成粉末，即为所需脂肽。
[0020] 7.本发明还提供一种脂肽改性吸附材料，其包括上述2或3提供的脂肽改性钠基 蒙脱土。
[0021] 8.上述2或3提供的脂肽改性钠基蒙脱土在去除废水中重金属的应用。
[0022] 9.上述7提供的脂肽改性吸附材料在去除废水中重金属的应用。
[0023] 本发明的有益效果：
[0024] 1.本发明生产的脂肽采用微生物进行固体发酵，产生的脂肽具有独特的活性结 构，具有优异的表面活性，无毒、可生物降解。利用本发明提供的菌株进行固体发酵生产的 脂肽，对重金属有解吸附作用，可以洗脱脂肽改性钠基蒙脱土上吸附的重金属，且洗脱液重 金属的回收技术简单，生产成本低，不会对环境产生污染。
[0025] 2.本发明提供的脂肽改性钠基蒙脱土，能增加钠基蒙脱土表面的吸附位点，增大 吸附量；减弱质子传动力，提升吸附速率，使得脂肽改性的钠基蒙脱土具有对重金属有更强 的吸附性能。经过试验，经脂肽改性后的钠基蒙脱土对废水中铜、锌、镉、铅和汞的去除率分 别可以达到36. 8%、33. 1%、29. 2%、42. 1%和27. 7%，相比于改性前的钠基蒙脱土原土吸 附性能提高18. 7%?86. 3%，吸附平衡时间缩短60%，使废水中的重金属得到有效去除， 确保工业废水的达标排放。
[0026] 3.本发明提供的脂肽改性钠基蒙脱土具有良好的再生性能，经过5次吸附和解吸 附循环处理后，对不同重金属离子的再生效率仍能保持在70 %以上，在多种重金属离子共 存的复杂系统中也表现出良好的吸附性能。
[0027] 4.采用脂肽改性钠基蒙脱土生产的吸附材料，生产成本较低，约为每千克60?70 元，在实际应用上有明显的经济优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1不同配比脂肽改性钠基蒙脱土与钠基蒙脱土原土对重金属离子的对比吸附 效果
[0029] 图2不同配比脂肽改性钠基蒙脱土与钠基蒙脱土原土对重金属离子的对比吸附 动力学
[0030] 图3脂肽改性钠基蒙脱土（1 : 50)吸附的重金属离子在不同浓度脂肽溶液中的 解吸附效果 该解淀粉芽孢杆菌XZ-173,分类命名为解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens)，于2010年9月14日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物 中心保藏，保藏号为CGMCCNo. 4160,地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院 微生物研究所。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例对本发明做进一步说明，下列实施例中未注明具体条件的实验方 法，通常按照本领域的公知手段。
[0032] 实施例1
[0033] 脂肽的生产和提取
[0034] 将产脂肽的解淀粉芽孢杆菌XZ-173,保藏号CGMCCNO. 4180,取一环接入LB液体 培养基（g/L，蛋白胨10,酵母提取物5,氯化钠10)中，在恒温振荡箱中30°C170rpm培养 24h作为种子液。在无菌条件下，将种子液按10% (v/w)的量接入到装有固体发酵培养基 (5g黄豆粉，3g秸杆，0.15g淀粉，0.15g酵母提取物，含水量55%，pH7.5)的250mL三角瓶 中，纱布封口，置于30°C恒温培养箱中发酵2天。
[0035] 将固体发酵后的产物与去离子水按l:10(w/v)的比例混合，室温振荡lh，离心 去除不溶物质。用6mol/L的HCl调上清液pH为2. 0,出现白色絮状沉淀，4°C静置过夜， IOOOOrpm离心20min收集沉淀。沉淀用二氯甲烧抽提，旋转蒸发去除有机溶剂，用无菌水 溶残留物并调PH为中性，冷冻干燥成粉末，即为本发明所需的脂肽。
[0036] 实施例2
[0037] 脂肽改性钠基蒙脱土的制备
[0038] 1)将钠基蒙脱土（浙江三鼎技术有限公司，纯度90% )研磨过200目筛，50°C烘 干待用；
[0039] 2)将0. 5份质量的脂肽溶于1000份质量的去离子水中，经搅拌均匀制得处理液；
[0040] 3)将10份质量步骤1)制得的钠基蒙脱土加入到步骤2)制得的处理液中，调节 pH为6. 5,添加0. 005mol/LNaNO3作为背景电解质来维持恒定的离子强度，制得反应液。
[0041] 4)将反应液先在25°C下搅拌2h，然后再室温静置12h，离心后用去离子水洗涤 3?5次，在50°C下烘干，研磨过200目筛，制得配比为1:20的脂肽改性钠基蒙脱土（1:20)。
[0042] 实施例3
[0043] 脂肽改性钠基蒙脱土的制备
[0044] 1)将钠基蒙脱土（浙江三鼎技术有限公司，纯度90% )研磨过200目筛，60°C烘 干待用；
[0045] 2)将1份质量的脂肽溶于1000份质量的去离子水中，经搅拌均匀制得处理液；
[0046] 3)将50份质量步骤1)制得的钠基蒙脱土加入到步骤2)制得的处理液中，调节 pH为7. 5,添加0.Olmol/LNaNO3作为背景电解质来维持恒定的离子强度，制得反应液。
[0047] 4)将反应液先在30°C下搅拌4h，然后再室温静置18h，离心后用去离子水洗涤 3?5次，在60°C下烘干，研磨过200目筛，制得配比为1:50的脂肽改性钠基蒙脱土（1:50)。
[0048] 实施例4
[0049] 脂肽改性钠基蒙脱土的制备
[0050] 1)将钠基蒙脱土（浙江三鼎技术有限公司，纯度90% )研磨过200目筛，60°C烘 干待用；
[0051] 2)将1份质量的脂肽溶于1000份质量的去离子水中，经搅拌均匀制得处理液；
[0052] 3)将10份质量步骤1)制得的钠基蒙脱土加入到步骤2)制得的处理液中，调节 pH为7. 0,添加0.Olmol/LNaNO3作为背景电解质来维持恒定的离子强度，制得反应液。
[0053] 4)将反应液先在25°C下搅拌2h，然后再室温静置12h，离心后用去离子水洗涤 3?5次，在60°C下烘干，研磨过200目筛，制得配比为1:10的脂肽改性钠基蒙脱土（1:10)。
[0054] 实施例5
[0055] 脂肽改性钠基蒙脱土的制备
[0056] 1)将钠基蒙脱土（浙江三鼎技术有限公司，纯度90% )研磨过200目筛，60°C烘 干待用；
[0057] 2)将0. 5份质量的脂肽溶于1000份质量的去离子水中，经搅拌均匀制得处理液；
[0058] 3)将50份质量步骤1)制得的钠基蒙脱土加入到步骤2)制得的处理液中，调节 pH为7. 0,添加0.Olmol/LNaNO3作为背景电解质来维持恒定的离子强度，制得反应液。
[0059] 4)将反应液先在25°C下搅拌2h，然后再室温静置12h，离心后用去离子水洗 涤3?5次，在60°C下烘干，研磨过200目筛，制得配比为1:100的脂肽改性钠基蒙脱土 (1:100)。
[0060] 实施例6
[0061] 脂肽改性钠基蒙脱土的制备
[0062] 1)将钠基蒙脱土（浙江三鼎技术有限公司，纯度90% )研磨过200目筛，60°C烘 干待用；
[0063] 2)将1份质量的脂肽溶于1000份质量的去离子水中，经搅拌均匀制得处理液；
[0064] 3)将50份质量步骤1)制得的钠基蒙脱土加入到步骤2)制得的处理液中，调节 pH为7. 0,添加0. Olmol/L NaNO3作为背景电解质来维持恒定的离子强度，制得反应液。[0065] 4)将反应液先在25°C下搅拌2h，然后再室温静置12h，离心后用去离子水洗涤 3?5次，在60°C下烘干，研磨过200目筛，制得配比为1:50的脂肽改性钠基蒙脱土（1:50)。[0066]实施例7
[0067]按照实施例4、5、6的制备方法制备得到不同配比的脂肽改性钠基蒙脱土（脂肽与 钠基蒙脱土质量比为1:10、1:50、1:100)
[0068]吸附效果试验
[0069] 1?脂肽改性吸附材料对重金属的吸附能力
[0070]分别在不同的250mL三角瓶中加入50mL浓度为100mg/L的单一重金属（Cu2+， Zn2+，Cd2+，Pb2+或Hg2+)溶液，添加0. Olmol/L NaNOJt为背景电解质来维持恒定的离子强 度，调节溶液PH为5,然后分别加入0. Ig不同配比的脂肽改性钠基蒙脱土，以添加等量 的钠基蒙脱土原土作为对照，混匀，置于25°C恒温振荡箱中150rpm振荡吸附处理。反应 24h后，于4000rpm离心20min，上清液过0. 22 ii m滤膜，用电感稱合等离子体发射光谱仪 (710ICP-0ES)测定上清液中重金属离子的浓度，根据初始浓度和平衡浓度的差值使用下式 计算出吸附剂对不同重金属离子的吸附量：
【权利要求】
1. 一种脂肽，其特征在于：该脂肽以解淀粉芽孢杆菌XZ-173,保藏号为CGMCC N0.4160 为发酵菌种，通过固体发酵生产方式生产获得的。
2. -种脂肽改性钠基蒙脱土，其特征在于：脂肽改性钠基蒙脱土中采用权利要求1所 述的脂肽，与钠基蒙脱土混合、反应，其中，脂肽与钠基蒙脱土的质量百分比为1:10-1:100。
3. 权利要求2所述的脂肽改性钠基蒙脱土，其特征在于：脂肽改性钠基蒙脱土中脂肽 与钠基蒙脱土的质量百分比为1:50。
4. 权利要求2或3所述脂肽改性钠基蒙脱土的制备方法，其特征在于：该制备方法包 括如下步骤： 1) 将钠基蒙脱土研磨过筛，50?60°C烘干待用； 2) 将权利要求1所述脂肽溶于去离子水中，经搅拌均匀制得处理液；其中，脂肽与水的 质量比为0. 5-1:1000 ; 3) 将钠基蒙脱土加入到步骤2)制得的处理液中，调节pH为6. 5?7. 5,添加0. 005? 0.01m〇l/L NaN03作为背景电解质来维持恒定的离子强度，制得反应液；其中，钠基蒙脱土 与水的质量比为10-50:1000 ; 4) 将反应液先在25?30°C下搅拌2?4h，然后再室温静置12?18h，离心后用去离 子水洗涤3?5次，在50?60°C下烘干，研磨过筛，制得脂肽改性钠基蒙脱土。
5. 权利要求4所述的脂肽改性钠基蒙脱土的制备方法，其特征在于：步骤2)采用的脂 肽具体制备过程如下： 1) 菌体活化：将产脂肽的解淀粉芽孢杆菌XZ-173,保藏号CGMCC勵.4160接入1^液体 培养基中，30°C 170rpm培养24h作为种子液；其中，LB液体培养基包括蛋白胨10g/L，酵母 提取物5g/L，氯化钠10g/L ; 2) 扩大培养：种子液按体积/质量10%的量接入到装有固体发酵培养基的250mL三角 瓶中，纱布封口，置于30°C恒温培养箱中发酵2天；其中，固体发酵培养基包括5g黄豆粉， 3g秸杆，0. 15g淀粉，0. 15g酵母提取物，含水量55%，pH为7. 0?7. 5。
6. 权利要求5所述的脂肽改性钠基蒙脱土的制备方法，其特征在于：步骤2)采用的脂 肽纯化步骤如下：将固体发酵后产物与去离子水按质量/体积1:10的比例混合，室温振荡 0· 5?lh，离心去除不溶物质；用6mol/L的HC1调上清液pH为2. 0,出现白色絮状沉淀，4°C 静置8?12h，lOOOOrpm离心20min收集沉淀；沉淀用二氯甲烧抽提，旋转蒸发去除有机溶 齐U，用无菌水溶残留物并调PH为中性，冷冻干燥成粉末，即为所需脂肽。
7. -种脂肽改性吸附材料，其特征在于：包括权利要求2或3所述脂肽改性钠基蒙脱 土。
8. 权利要求2或3所述的脂肽改性钠基蒙脱土在去除废水中重金属的应用。
9. 权利要求7所述的脂肽改性吸附材料在去除废水中重金属的应用。
【文档编号】C12R1/07GK104262470SQ201410472265
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】朱震, 冉炜, 吴彦良, 余光辉, 沈其荣 申请人:南京农业大学