本发明涉及水体石油污染治理
技术领域：
，具体涉及一种处理水体中石油污染物的微生物负载吸附剂的制备方法。
背景技术：
：过去几十年来，我国工业快速发展，国民生活水平也不断提高，但是随工业化进程的发展，石油的需求量也逐年增加，但在石油的勘探、开采、运输、炼制、使用过程中不可避免地对空气、周围土壤、水源等造成污染，尤其是海洋石油开采、运油船漏油、油船失事所导致的石油泄漏和未经处理的含油工业废水随意排放等都能造成海上溢油，带来严重的海洋石油污染。石油中的对二甲苯、稠环芳烃等物质具有毒性和致癌能力，给人以及动物、周围环境带来巨大的危害。目前对受石油污染的水体的治理包括微生物处理法和高油树脂吸附法，其中微生物处理法采用在水体中培养能够对石油烃进行降解的菌种，对溢油进行治理，但是存在处理效率低、有效菌株流失严重的问题。高吸油树脂是亲油性单体交联而成的聚合物，分子间具有三维交联网络状结构，具有吸油速率高，保油性好的特点，但是由于高吸油树脂吸油是通过分子内的亲油基和油分子的溶剂化使树脂发生溶胀作用，吸收的油负载于三维网状结构中而不会分解，当高吸油树脂吸附油分子达到饱和后，需要对油进行分离回收以使高吸油树脂得到重复使用，由于高吸油树脂的保油性好，油被高吸油树脂吸附后很难回收，依靠目前的分离回收技术会造成能耗高、操作复杂、成本高的问题。中国专利2017103875371公开了一种聚丙烯酸酯类高吸油树脂，该高吸油树脂采用常见的烷基丙烯酸酯类和丙烯酸酯类单体通过优选单体组成、改善单体配比以及三元乙丙橡胶结构剂的引入，通过悬浮聚合的方式制成，具有良好表面形态且表面不粘结，但是仍然存在上述需要分离回收的问题。技术实现要素：针对现有受石油污染水体处理技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种处理水体中石油污染物的微生物负载吸附剂的制备方法，由该方法制备的微生物负载吸附剂将对菌种负载于树脂内，对水体中的石油烃类污染物具有大吸附容量、吸附速率快的优点，菌种将吸附的石油进行降解，避免了对吸附剂的回收分离，使该微生物负载吸附剂可以长期存存活，而将菌种包埋于树脂内保证菌体的长期稳定存活，避免菌株的流失。本发明提供如下的技术方案：一种处理水体中石油污染物的微生物负载吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将多孔颗粒加入到表面活性剂产生菌的菌种液中，吸附菌种液饱和得到载体颗粒；(2)将上述载体颗粒与海藻酸钠溶液混合，然后注入到质量浓度为2.5wt％～3.5wt％的氯化钙溶液中，交联得到微生物负载体；(3)将重量份的甲基丙烯酸酯类单体65～85份、苯乙烯20～30份、引发剂0.5～1.5份、乳化剂3～7份加入到250-450份水中搅拌乳化1～2h得乳化液，向乳化液中添加交联剂3～5份、致孔剂45～55份在氮气保护下65～85℃加热聚合反应4～8h制得丙烯酸酯共聚物乳液；(4)将微生物负载体、偶联剂加入到上述丙烯酸酯共聚物乳液中，低速搅拌均匀，然后真空干燥，再经生理盐水清洗制得微生物负载吸附剂。本发明的树脂吸附剂由微生物负载体和丙烯酸酯共聚物乳液制成，其中微生物负载体经多颗粒负载表面活性剂产生菌制成，而丙烯酸酯共聚物由甲基丙烯酸酯类单体与苯乙烯等共聚制成，所得的树脂为丙烯酸酯树脂。多孔颗粒内孔道丰富，供表面活性剂产生菌的负载位点，使表面活性剂产生菌得到固定化，减少菌株的流失。选用的表面活性剂产生菌在生长过程中产生表面活性剂，可以强化降级石油的效果，提高石油降解效率。丙烯酸酯树脂具有丰富的孔隙，石油吸附能力强，这样丙烯酸酯树脂与多孔颗粒起到吸附水体中石油的作用，而负载的表面活性剂产生菌以吸附的石油为碳源，将吸附的石油及时分解，使该微生物负载吸附剂能够长期投放在水体中使用，不需要进行回收分离。丙烯酸树脂的耐热性、耐水性和耐溶剂性，机械强度高，将载体颗粒包埋于丙烯酸酯树脂内，使载体颗粒的稳定性进一步增强，进一步减少菌株的流失，增加了该微生物负载吸附剂使用寿命，使该树脂吸附剂能够长期有效地去除水体中的油污。作为本发明方法的一种改进，所述多孔颗粒为魔芋葡甘露聚糖气凝胶。魔芋葡甘露聚糖气凝胶具有多孔结构，吸附性强，能够使微生物更容易从水体中摄取营养物质，提高了微生物的存活率和活性，同时魔芋葡甘露聚糖气凝胶还可以吸附水体中的重金属离子，进一步净化水体，魔芋葡甘露聚糖气凝胶复合到丙烯酸酯树脂中后可增加树脂的力学性能。将负载表面活性剂产生菌的魔芋葡甘露聚糖气凝胶经海藻酸钠与氯化钙交联反应制成载体颗粒，载体颗粒内部形成魔芋葡甘露聚糖气凝胶-海藻酸钠-氯化钙多维交联结构，载体颗粒稳定性强。作为本发明方法的一种改进，步骤(1)中的表面活性剂产生菌为bbai-1菌，菌种液浓度为3×109cell/g，多孔颗粒与菌种液的质量比为1:2～5。作为本发明方法的一种改进，步骤(2)中的海藻酸钠溶液的质量浓度为4wt％～8wt％，海藻酸钠溶液与多孔颗粒的质量比为100:1。作为本发明方法的一种改进，甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十三酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。作为本发明方法的一种改进，步骤(3)中的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、引发剂为过硫酸盐类引发剂、交联剂为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺、致孔剂为乙酸乙酯。作为本发明方法的一种改进，步骤(4)中添加的微生物负载体的重量份为5～30份、偶联剂为0.1～0.5份，所述偶联剂为硅烷偶联剂。作为本发明方法的一种改进，还包括在步骤(4)中向丙烯酸酯共聚乳液中添加重量份的10～50nm的纳米二氧化钛1～5份。加入纳米二氧化钛使得树脂吸附剂拥有更强的抗老化能力，特别是抗紫外线能力，使树脂吸附剂适用于处理江河，特别是海洋上的浮油。作为本发明方法的一种改进，还包括在步骤(4)中加入丙烯酸酯共聚物乳液的0.6wt％～1wt％的羟基硅油、1.1wt％～1.5wt％的三甲基羟基硅烷和0.1wt％～0.2wt％的二丁基锡二月桂酸酯。羟基硅油和三甲基羟基硅烷在二丁基锡二月桂酸酯的催化作用下发生硅醇缩合交联反应，在丙烯酸酯共聚物乳液内部形成有低表面能的有机硅交联网络，从而增韧丙烯酸酯树脂并降低表面能，提升丙烯酸酯树脂的吸油疏水能力，并降低溶胀性。另外三甲基羟基硅烷具有良好的疏水吸油能力，进一步增强微生物负载吸附剂的处理油污的能力。作为本发明方法的一种改进，步骤(4)中的搅拌速度为20～50r/min，搅拌温度为10～28℃，真空干燥时的温度为5～20℃。在微生物负载吸附剂的制备过程中，将致孔剂、交联剂和苯乙烯等与甲基丙烯酸酯类单体混合制成丙烯酸酯共聚物乳液，使丙烯酸酯树脂内形成大量的微细孔道结构，使微生物负载吸附剂具有快速吸油能力以及较大的储油容量，同时将载体颗粒包埋于丙烯酸酯树脂内，形成丙烯酸酯树脂-魔芋葡甘露聚糖气凝胶的多维孔道结构，吸附剂的吸附能力和吸附速度得到极大的增强。而选用的bbai-1菌具有较强的适应能力和降解石油的能力，可以进一步强化吸附剂的石油降解能力。在微生物负载吸附剂成型过程中保持10～28℃下低速搅拌，吸附剂聚合物内部网络结构形成条件较为温和，最大程度地确保微生物细胞不受损害。通过有机硅交联网络的形成使丙烯酸酯树脂具有低表面能和高吸油性，而且溶胀性能降低，丙烯酸酯树脂的韧性和机械强度得到提升。而加入纳米二氧化钛使得树脂吸附剂拥有更强的抗老化能力，特别是抗紫外线能力，使树脂吸附剂适用于处理江河，特别是海洋上的浮油，此时树脂吸附剂通常会遭受长时间的日晒，提高其抗光老化能力有助于延长树脂的实用寿命。本发明的有益效果如下：本发明制备的微生物负载吸附剂可以对吸附的石油进行降解，具有持续处理水体中石油的能力，而且将魔芋葡甘露聚糖气凝胶-海藻酸钠-氯化钙负载表面活性剂产生菌形成的载体颗粒置于丙烯酸酯树脂的内部，一方面菌株得以固定化，克服了现有微生物处理方法中的菌株流失不足，同时使吸附剂的稳定性得到增强，表面活性剂产生菌产生的表面活性剂进一步提高了对石油烃类的降解效果，提高降解率。魔芋葡甘露聚糖气凝胶和丙烯酸酯树脂内部有丰富的微细孔道，形成多维度的交联网络，使吸附剂具有巨大的吸油容量，吸附速率快，魔芋葡甘露聚糖气凝胶的多孔结构使表面活性剂产生菌从水体中摄取营养物质更加方便，提高了微生物的存活率和活性，降解效率高，魔芋葡甘露聚糖气凝胶对水体中的重金属等具有吸附能力，可进一步净化水体，魔芋葡甘露聚糖气凝胶复合到树脂中后增加树脂的力学性能。具体实施方式下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。本发明的技术方案中，所选的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、引发剂为过硫酸盐类引发剂、交联剂为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺、致孔剂为乙酸乙酯，其中过硫酸盐类引发剂例如过硫酸钾、过硫酸铵。实施例1一种处理水体中石油污染物的微生物负载吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将多孔颗粒加入到的表面活性剂产生菌的菌种液中，其中多孔颗粒为魔芋葡甘露聚糖气凝胶，表面活性剂产生菌为bbai-1菌，菌种液中bbai-1菌的浓度为3×109cell/g，多孔颗粒与菌种液的质量比为1:2，魔芋葡甘露聚糖气凝胶吸附菌种液饱和得到载体颗粒；(2)将上述载体颗粒与浓度为4wt％的海藻酸钠溶液混合，海藻酸钠溶液与多孔颗粒的质量比为100:1，然后注入到浓度为2.5wt％的氯化钙溶液中交联得到微生物负载体；(3)将甲基丙烯酸酯类单体65g、苯乙烯20g、引发剂0.5g、乳化剂3g加入到250g水中搅拌乳化1h得乳化液，向乳化液中添加交联剂3g、致孔剂45g在氮气保护下65℃加热聚合反应4h制得丙烯酸酯共聚物乳液，其中甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸十二酯；(4)将微生物负载体5g、偶联剂0.1g和丙烯酸酯共聚物乳液质量的0.6wt％的羟基硅油、1.1wt％的三甲基羟基硅烷和0.1wt％的二丁基锡二月桂酸酯加入到上述丙烯酸酯共聚物乳液中，偶联剂为硅烷偶联剂，然后在10℃下20r/min低速搅拌均匀，再在5℃下真空干燥制得直径为1～2mm的颗粒，然后经生理盐水清洗得到微生物负载吸附剂颗粒。为使微生物负载吸附剂能够适应强日照区域内的水体中的工作环境，在步骤(4)中向丙烯酸酯共聚乳液中添加10nm的纳米二氧化钛1g，增强微生物负载吸附剂的抗老化能力。实施例2一种处理水体中石油污染物的微生物负载吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将多孔颗粒加入到的表面活性剂产生菌的菌种液中，其中多孔颗粒为魔芋葡甘露聚糖气凝胶，表面活性剂产生菌为bbai-1菌，菌种液中bbai-1菌的浓度为3×109cell/g，多孔颗粒与菌种液的质量比为1:2.75，魔芋葡甘露聚糖气凝胶吸附菌种液饱和得到载体颗粒；(2)将上述载体颗粒与浓度为5wt％的海藻酸钠溶液混合，海藻酸钠溶液与多孔颗粒的质量比为100:1，然后注入到浓度为2.75wt％的氯化钙溶液中交联得到微生物负载体；(3)将甲基丙烯酸酯类单体70g、苯乙烯22.5g、引发剂0.75g、乳化剂4g加入到300g的水中搅拌乳化1.5h得乳化液，向乳化液中添加交联剂3.5g、致孔剂47.5g后通氮气在70℃加热聚合反应5h制得丙烯酸酯共聚物乳液，其中甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸十三酯；(4)将微生物负载体10g、偶联剂0.2g和丙烯酸酯共聚物乳液质量的0.7wt％的羟基硅油、1.2wt％的三甲基羟基硅烷和0.125wt％的二丁基锡二月桂酸酯加入到上述丙烯酸酯共聚物乳液中，偶联剂为硅烷偶联剂，然后在15℃下30r/min低速搅拌均匀，再在15℃下真空干燥制得直径为1～2mm的颗粒，然后经生理盐水清洗得到粒径1～2mm的微生物负载吸附剂颗粒。为使微生物负载吸附剂能够适应强日照区域内的水体中的工作环境，在步骤(4)中向丙烯酸酯共聚乳液中添加20nm的纳米二氧化钛2g，增强微生物负载吸附剂的抗老化能力。实施例3一种处理水体中石油污染物的微生物负载吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将多孔颗粒加入到的表面活性剂产生菌的菌种液中，其中多孔颗粒为魔芋葡甘露聚糖气凝胶，表面活性剂产生菌为bbai-1菌，菌种液中bbai-1菌的浓度为3×109cell/g，多孔颗粒与菌种液的质量比为1:3.5，魔芋葡甘露聚糖气凝胶吸附菌种液饱和得到载体颗粒；(2)将上述载体颗粒与浓度为6wt％的海藻酸钠溶液混合，海藻酸钠溶液与多孔颗粒的质量比为100:1，然后注入到浓度为3wt％的氯化钙溶液中交联得到微生物负载体；(3)将甲基丙烯酸酯类单体75g、苯乙烯25g、引发剂1g、乳化剂5g加入到350g的水中搅拌乳化1.5h得乳化液，向乳化液中添加交联剂4g、致孔剂50g后通氮气在75℃加热聚合反应6h制得丙烯酸酯共聚物乳液，其中甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯；(4)将微生物负载体16g、偶联剂0.3g和丙烯酸酯共聚物乳液质量的0.8wt％的羟基硅油、1.3wt％的三甲基羟基硅烷和0.15wt％的二丁基锡二月桂酸酯加入到上述丙烯酸酯共聚物乳液中，偶联剂为硅烷偶联剂，然后在20℃下40r/min低速搅拌均匀，再在10℃下真空干燥制得直径为1～2mm的颗粒，然后经生理盐水清洗得到微生物负载吸附剂颗粒。为使微生物负载吸附剂能够适应强日照区域内的水体中的工作环境，在步骤(4)中向丙烯酸酯共聚乳液中添加30nm的纳米二氧化钛3g，增强微生物负载吸附剂的抗老化能力。实施例4一种处理水体中石油污染物的微生物负载吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将多孔颗粒加入到的表面活性剂产生菌的菌种液中，其中多孔颗粒为魔芋葡甘露聚糖气凝胶，表面活性剂产生菌为bbai-1菌，菌种液中bbai-1菌的浓度为3×109cell/g，多孔颗粒与菌种液的质量比为1:4.25，魔芋葡甘露聚糖气凝胶吸附菌种液饱和得到载体颗粒；(2)将上述载体颗粒与浓度为7wt％的海藻酸钠溶液混合，海藻酸钠溶液与多孔颗粒的质量比为100:1，然后注入到浓度为3.25wt％的氯化钙溶液中交联得到微生物负载体；(3)将甲基丙烯酸酯类单体80g、苯乙烯27.5g、引发剂1.25g、乳化剂6g加入到400g的水中搅拌乳化1.5h得乳化液，向乳化液中添加交联剂4.5g、致孔剂52.5g后通氮气在80℃加热聚合反应7h制得丙烯酸酯共聚物乳液，其中甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸乙酯；(4)将微生物负载体24g、偶联剂0.4g和丙烯酸酯共聚物乳液质量的0.9wt％的羟基硅油、1.4wt％的三甲基羟基硅烷和0.175wt％的二丁基锡二月桂酸酯加入到上述丙烯酸酯共聚物乳液中，偶联剂为硅烷偶联剂，然后在25℃下40r/min低速搅拌均匀，再在17℃下真空干燥制得直径为1～2mm的颗粒，然后经生理盐水清洗得到微生物负载吸附剂颗粒。为使微生物负载吸附剂能够适应强日照区域内的水体中的工作环境，在步骤(4)中向丙烯酸酯共聚乳液中添加40nm的纳米二氧化钛4g，增强微生物负载吸附剂的抗老化能力。实施例5一种处理水体中石油污染物的微生物负载吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将多孔颗粒加入到的表面活性剂产生菌的菌种液中，其中多孔颗粒为魔芋葡甘露聚糖气凝胶，表面活性剂产生菌为bbai-1菌，菌种液中bbai-1菌的浓度为3×109cell/g，多孔颗粒与菌种液的质量比为1:5，魔芋葡甘露聚糖气凝胶吸附菌种液饱和得到载体颗粒；(2)将上述载体颗粒与浓度为8wt％的海藻酸钠溶液混合，海藻酸钠溶液与多孔颗粒的质量比为100:1，然后注入到浓度为3.5wt％的氯化钙溶液中交联得到微生物负载体；(3)将甲基丙烯酸酯类单体85g、苯乙烯30g、引发剂1.5g、乳化剂7g加入到450g水中搅拌乳化2h得乳化液，向乳化液中添加交联剂5g、致孔剂55g在氮气保护下85℃加热聚合反应8h制得丙烯酸酯共聚物乳液，其中甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸丁酯；(4)将微生物负载体30g、偶联剂0.5g和丙烯酸酯共聚物乳液质量的1wt％的羟基硅油、1.5wt％的三甲基羟基硅烷和0.2wt％的二丁基锡二月桂酸酯加入到上述丙烯酸酯共聚物乳液中，偶联剂为硅烷偶联剂，然后在30℃下50r/min低速搅拌均匀，再在20℃下真空干燥制得直径为1～2mm的颗粒，然后经生理盐水清洗得到微生物负载吸附剂颗粒。为使微生物负载吸附剂能够适应强日照区域内的水体中的工作环境，在步骤(4)中向丙烯酸酯共聚乳液中添加50nm的纳米二氧化钛5g，增强微生物负载吸附剂的抗老化能力。需要说明的是，本发明所用的甲基丙烯酸酯类单体还可以为甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十三酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸丁酯中的两种和两种以上的任意混合，所得树脂吸附剂的各项性能基本保持不变。性能测试1、吸油能力配制石油与水的混合液，其中石油的总浓度为1.5g/l，各取1l的上述溶液6份，将其中5份标记为试验组1、2、3、4、5，并对应加入上述实施例1～5中的树脂吸附剂10g，将剩余的溶液标记为对比组，向对比组中加入10g的高吸油树脂，然后保持混合水溶液25℃，每间隔24小时测试混合液中石油的浓度，计算石油的脱除率。其中高吸油树脂为市售的丙烯酸酯高吸油性树脂，以丙烯酸-2-乙基己酯为单体经悬浮聚合法制成。结果如表1所示。表1石油不同时间点的脱除率2、树脂吸附剂性能测试(1)溶胀性：选取实施例3中制取的粒径均匀的树脂吸附剂150颗分为三组并标记为组1、组2、组3，游标卡尺测量树脂吸附剂的直径并取平均值，然后将各组的树脂吸附剂置于蒸馏水中浸泡7天并在25℃下水浴振荡100rpm/min，浸泡后测量树脂吸附剂的直径并取平均值，计算膨胀变化率，并记录出现塌陷的树脂吸附剂的个数，结果见表2。表2溶胀情况测试组1组2组3浸泡前直径/mm1.301.541.96浸泡后直径/mm1.521.762.30膨胀变化率/％116.9114.3117.3塌陷数目/颗638(2)机械强度：用宽10mm的折流板将直径为77mm、高度为120mm的烧杯平均分成四个空间，将实施例3中粒径相近的树脂吸附剂40颗平分放置于4个空间内并注入蒸馏水至烧杯底部8cm的高度，通过转速计控制折流板的转速依次为500r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min，每一转速下转动72h，结束后根据余下的完整颗数计算完整率，结果见表3。表3塌陷情况测试组1组2组3500r/min100％100％97.5％1000r/min97.5％92.5％92.5％1500r/min92.5％90％85％2000r/min85％85％82.5％当前第1页12