一种弗氏柠檬酸杆菌去除水中镉并生成纳米材料的方法与流程

本发明涉及利用微生物培养、水体净化、纳米材料合成技术领域，具体涉及到一种通过培养弗氏柠檬酸杆菌，使其原位去除水体中的重金属镉并且产生纳米材料沉淀，尤其关于一种通过弗氏柠檬酸杆菌分解培养液周围的营养物质，从而生成大量的酸根离子，部分酸根离子如碳酸跟、磷酸根等与重金属镉进行反应，形成镉纳米级的沉淀，从而达到去除水体中重金属镉的同时还合成相应的镉纳米金属材料。

背景技术：

现在我国水体中的重金属污染尤为严重，水体中重金属的污染以镉污染为首，多数是由于金属资源的开采、化工厂生产废水的排放、农田化肥的过量使用、以及汽车的尾气。因为重金属在液相中多数以离子形式存在，这种形式可以被植物、动物、人类吸收至体内，并且在体内不断累积，最后危害人体健康。以往的活性污泥的方法去除重金属多数是通过菌胶团具有极强的吸附性以及微生物产生的蛋白质与重金属络合，从而将重金属去除。这种方式存在对重金属去除不彻底的问题，主要是由于菌胶团会由于细菌周围营养物质的减少而消失，消失后菌胶团吸附住的重金属重新释放入水中；重金属与蛋白质络合行程的螯合物会被微生物所分解，分解后络合物不存在，重金属又重新释放入水中。本发明旨在提供一种对重金属新的降解途径，将重金属转化为稳定的沉淀物质或者矿物质，这样随着微生物的死亡，去除的重金属并不会重新进入水中，而是以稳定的沉淀的形式存在，这种沉淀可以收集起来作为纳米材料再次利用，并且这种去除方式还可以推广到土壤中，解决土壤中重金属难去除的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于为金属的降解提供新的思路和方法，并且将其可以应用与含重金属水处理中或者重金属污染土壤修复。

为实现上述目的，本发明采取以方案：

(1)初始菌种来源于在国家菌库购买的弗氏柠檬酸杆菌标准菌株(atcc43864)。

(2)称取10g的蛋白胨、5g牛肉膏、5g氯化钠、40mg氯化镉，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入氢氧化钠调节溶液的ph至中性后，配制出含有氯化镉40mg/l的蛋白胨、牛肉膏培养基(后文简称有金属无磷酸酯的培养基)，将其放入高压蒸汽灭菌锅中在121℃下灭菌30min后，拿出放置于无菌操作台中，降到室温后与柠檬酸杆菌接种。

(3)称取10g的蛋白胨、5g牛肉膏、5g氯化钠、40mg氯化镉、116mg五水磷酸甘油酯二钠(与镉的摩尔比为1：2)，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入氢氧化钠调节溶液的ph至中性后，配制出含有氯化镉40mg/l、磷酸甘油酯二钠116mg/l的蛋白胨、牛肉膏培养基(后文简称有金属有磷酸酯的培养基)，将其放入高压蒸汽灭菌锅中在121℃下灭菌30min后，拿出放置于无菌操作台中，降到室温后与柠檬酸杆菌接种。

(4)将有金属有磷酸酯、有金属无磷酸酯的培养基在无菌操作台中倒150ml于250ml的锥形瓶中，从标准弗氏柠檬酸杆菌菌株中挑出若干，接种于倒出的有金属有磷酸酯、有金属无磷酸酯的培养基中。

(5)将接种后的有金属有磷酸酯、有金属无磷酸酯的培养基放置于温度为35℃的摇床中，培养6天后，将沉淀抽出，将菌液取出。

(6)取出后即得到驯化后的弗氏柠檬酸杆菌和弗氏柠檬酸杆菌在无五水磷酸甘油酯二钠条件下合成的碳酸镉、有五水磷酸甘油酯二钠条件下合成的镉磷酸石，该种驯化可以重复多次，次数越多弗氏柠檬酸杆菌对镉的适应性越强。

附图说明

图1弗氏柠檬酸杆菌电子显微镜(放大1000倍)截图

图235℃,有金属有磷酸酯、有金属无磷酸酯的培养基对镉的去除效果图

图3有金属无磷酸酯的培养基沉淀xrd检索图

图4有金属有磷酸酯的培养基沉淀xrd检索图

图5碳酸镉电子透镜图

图6镉磷酸石电子透镜图

具体实施方式

1.称取10g的蛋白胨、5g牛肉膏、5g氯化钠、40mg氯化镉，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入氢氧化钠调节溶液的ph至中性后，配制出含有氯化镉40mg/l的蛋白胨、牛肉膏培养基(后文简称有金属无磷酸酯的培养基)，将其放入高压蒸汽灭菌锅中在121℃下灭菌30min后，拿出放置于无菌操作台中，降到室温后与柠檬酸杆菌接种。

2.称取10g的蛋白胨、5g牛肉膏、5g氯化钠、40mg氯化镉、116mg五水磷酸甘油酯二钠(与镉的摩尔比为1：2)，将其溶解于1000ml的去离子水中，加入氢氧化钠调节溶液的ph至中性后，配制出含有氯化镉40mg/l、磷酸甘油酯二钠116mg/l的蛋白胨、牛肉膏培养基(后文简称有金属有磷酸酯的培养基)，将其放入高压蒸汽灭菌锅中在121℃下灭菌30min后，拿出放置于无菌操作台中，降到室温后与柠檬酸杆菌接种。

3.将有金属有磷酸酯、有金属无磷酸酯的培养基在无菌操作台中倒150ml于250ml的锥形瓶中，从标准弗氏柠檬酸杆菌菌株中挑出若干，接种于倒出的有金属有磷酸酯、有金属无磷酸酯的培养基中。

4.将接种后的有金属有磷酸酯、有金属无磷酸酯的培养基放置于温度为35℃的摇床中，培养6天后，将沉淀抽出，将菌液取出。

图1展示的是弗氏柠檬酸杆菌在放大1000倍条件下的形貌图，明显可以看出成杆状，且数量很多；图2为在35℃，持续降解6天，最后有金属有磷酸酯一组氯化镉浓度为0，降解效率达到100％，有金属无磷酸酯一组氯化镉浓度为5mg/l,降解效果达到87.5％；图3为有金属无磷酸酯的沉淀烘干后测试xrd并检索，得到的检索结果，从结果上可以明显看出，标准物质碳酸镉的峰与未知物质比对匹配度很高，所以确定有金属无磷酸酯的沉淀为碳酸镉；图4为有金属有磷酸酯的沉淀烘干后测试xrd并检索，得到的检索结果，从结果上可以明显看出，标准物质镉磷酸石的峰与未知物质比对匹配度很高，主峰均一一对应所以确定有金属无磷酸酯的沉淀为碳酸镉；图5为有金属无磷酸酯的沉淀的tem测试图，可见形成的碳酸镉形貌呈竖条纹理状，类似于木头的纹理，形状规则；图6为有金属有磷酸酯的沉淀的tem测试图，可见行程的镉磷酸石呈圆球状，并且紧密排列，大小均一，圆球直径在40nm。

综上所述，该方法在去除了水体中的重金属镉之余，还制备出纳米镉材料碳酸镉、镉磷酸石，形貌各异，达到了对镉的再次利用，将有毒的物质转化为无毒的镉金属纳米材料。

技术特征：

技术总结
本发明涉及利用微生物培养、水体净化、纳米材料合成技术领域，具体涉及到一种通过培养弗氏柠檬酸杆菌，使其原位去除水体中的重金属镉并且产生纳米材料沉淀，尤其关于一种通过弗氏柠檬酸杆菌分解培养液周围的营养物质，从而生成大量的酸根离子，部分酸根离子如碳酸跟、磷酸根等与重金属镉进行反应，形成镉纳米级的沉淀，从而达到去除水体中重金属镉的同时还合成相应的隔纳米金属材料。

技术研发人员：王珅;郭思瑶;韩松;刘力宁;于杰
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：2017.11.10
技术公布日：2019.05.21