一种包埋微生物的载体材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微生物、废水处理和高分子材料领域，特别涉及一种包埋微生物的载体材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微生物固定化技术是20世纪60年代发展起来的一项新技术，它通过化学或物理方法将游离的微生物限定于一定的空间区域内，使其保持生物活性。固定化微生物具有机械强度高、固液分离容易，能重复利用，微生物浓度和活性高等优点，并可制成各种类型的反应器，实现连续运行。包埋法是微生物固定化最常用的方法，该方法重要的是对载体材料的开发。聚丙烯酰胺由于其抗微生物分解性能好，机械强度高，化学性能稳定，常用作微生物包埋剂，但其单体丙烯酰胺具有细胞毒性，在制备过程中需要升温，这样会使微生物在固定化过程中大量失活，因此严重影响了其在固定化微生物细胞或固定化酶方面的应用。壳聚糖是一种功能性多糖，具有较高的生物相容性，用其作为载体能对微生物的吸附起到良好的促进作用，但其缺乏韧性，在水溶液中溶胀后易碎，不便于实际应用，并且所成载体材料结构封闭，不具有孔道结构，不利于内部微生物获取营养物质和溶解氧，以及微生物代谢产物的排放。因此，本发明对聚丙烯酰胺改性，以克服丙烯酰胺的细胞毒性，同时引入壳聚糖增强其生物相容性，并克服壳聚糖结构封闭的缺点，通过两者的结合，制备复合型凝胶网络，获得一种具有良好生物相容性，以及网络状孔道结构的载体材料，用于包埋微生物。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种包埋微生物的载体材料及其制备方法，采取以下技术方案:
[0004](I)改性聚丙烯酰胺的制备
[0005]以分子量为3?5万的低分子量聚丙烯酰胺为原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 0.5?1: 2，溶液pH值为7?12，在25?55°C下反应3?5h，得N-羟基化丙烯酰胺；然后加入与甲醛等摩尔的丙烯酰胺，在25?55°C下反应3?5h，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0006](2)壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球的制备
[0007]将25mL浓度为I?2g/mL的壳聚糖盐酸水溶液，与1.5?2.5g改性聚丙烯酰胺，0.05?0.15g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.015?0.025g过硫酸钾加入三颈瓶中，持续搅拌并通氮气Ih后，加入2mL 0.1?0.2%的TEMED溶液，在氮气保护下，聚合反应3?6h，将反应形成的凝胶挤压通过40目筛网形成细小颗粒，以蒸馏水洗涤数次，4°C保存。
[0008]有益效果
[0009]本发明的优势在于:所提供载体材料生物相容性良好，内部充满网络状孔道结构，利于物质传输与交换；所提供制备方法操作简单方便、交联速度快、聚合温度低。具体实施方案
[0010]实施例1.
[0011](I)改性聚丙烯酰胺的制备
[0012]以分子量为3?5万的低分子量聚丙烯酰胺为原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 0.5，溶液pH值为7，在25°C下反应3h，得N-羟基化丙烯酰胺；然后加入与甲醛等摩尔的丙烯酰胺，在25°C下反应3h，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0013](2)壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球的制备
[0014]将25mL浓度为lg/mL的壳聚糖盐酸水溶液，与1.5g改性聚丙烯酰胺，0.05g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.015g过硫酸钾加入三颈瓶中，持续搅拌并通氮气Ih后，加入2mL0.1 %的TEMED溶液，在氮气保护下，聚合反应3h，将反应形成的凝胶挤压通过40目筛网形成细小颗粒，以蒸馏水洗涤数次，4°C保存。
[0015]实施例2.
[0016](I)改性聚丙烯酰胺的制备
[0017]以分子量为3?5万的低分子量聚丙烯酰胺为原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 1，溶液PH值为9，在40°C下反应4h，得N-羟基化丙烯酰胺；然后加入与甲醛等摩尔的丙烯酰胺，在40°C下反应4h，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0018](2)壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球的制备
[0019]将25mL浓度为1.5g/mL的壳聚糖盐酸水溶液，与2g改性聚丙烯酰胺，0.1g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.02g过硫酸钾加入三颈瓶中，持续搅拌并通氮气Ih后，加入2mL0.2%的TEMED溶液，在氮气保护下，聚合反应4h，将反应形成的凝胶挤压通过40目筛网形成细小颗粒，以蒸馏水洗涤数次，4°C保存。
[0020]实施例3.
[0021](I)改性聚丙烯酰胺的制备
[0022]以分子量为3?5万的低分子量聚丙烯酰胺为原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 2，溶液pH值为10，在55°C下反应5h，得N-羟基化丙烯酰胺；然后加入与甲醛等摩尔的丙烯酰胺，在55°C下反应5h，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0023](2)壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球的制备
[0024]将25mL浓度为2g/mL的壳聚糖盐酸水溶液，与2.5g改性聚丙烯酰胺，0.15g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.025g过硫酸钾加入三颈瓶中，持续搅拌并通氮气Ih后，加入2mL0.2%的TEMED溶液，在氮气保护下，聚合反应6h，将反应形成的凝胶挤压通过40目筛网形成细小颗粒，以蒸馏水洗涤数次，4°C保存。
[0025]实施例4.
[0026](I)改性聚丙烯酰胺的制备
[0027]以分子量为3?5万的低分子量聚丙烯酰胺为原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 1，溶液PH值为9，在45°C下反应4h，得N-羟基化丙烯酰胺；然后加入与甲醛等摩尔的丙烯酰胺，在45°C下反应4h，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0028](2)壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球的制备
[0029]将25mL浓度为1.5g/mL的壳聚糖盐酸水溶液，与1.9g改性聚丙烯酰胺，0.1g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.015g过硫酸钾加入三颈瓶中，持续搅拌并通氮气Ih后，加入2mL0.15%的TEMED溶液，在氮气保护下，聚合反应5h，将反应形成的凝胶挤压通过40目筛网形成细小颗粒，以蒸馏水洗涤数次，4°C保存。
[0030]实施例5.
[0031](I)改性聚丙烯酰胺的制备
[0032]以分子量为3?5万的低分子量聚丙烯酰胺为原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 0.5，溶液pH值为11，在35°C下反应5h，得N-羟基化丙烯酰胺；然后加入与甲醛等摩尔的丙烯酰胺，在35°C下反应5h，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0033](2)壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球的制备
[0034]将25mL浓度为lg/mL的壳聚糖盐酸水溶液，与1.5g改性聚丙烯酰胺，0.1g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.02g过硫酸钾加入三颈瓶中，持续搅拌并通氮气Ih后，加入2mL0.2%的TEMED溶液，在氮气保护下，聚合反应4h，将反应形成的凝胶挤压通过40目筛网形成细小颗粒，以蒸馏水洗涤数次，4°C保存。
【主权项】
1.一种复合凝胶球，其特征在于所述凝胶球可包埋微生物，所述凝胶球可由下述方法制得: (1)改性聚丙烯酰胺的制备 以分子量为3?5万的低分子量聚丙烯酰胺为原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 0.5?1: 2，溶液pH值为7?12，在25?55°C下反应3?5h，得N-羟基化丙烯酰胺；然后加入与甲醛等摩尔的丙烯酰胺，在25?55°C下反应3?5h，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺； (2)壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球的制备 将25mL浓度为I?2g/mL的壳聚糖盐酸水溶液，与1.5?2.5g改性聚丙烯酰胺，0.05?0.15gN，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.015?0.025g过硫酸钾加入三颈瓶中，持续搅拌并通氮气Ih后，加入2mL 0.1?0.2%的TEMED溶液，在氮气保护下，聚合反应3?6h，将反应形成的凝胶挤压通过40目筛网形成细小颗粒，以蒸馏水洗涤数次，4°C保存。
2.根据权利要求1所述的凝胶球，其特征在于可包埋微生物，具有良好生物相容性，具有网络状孔道结构，便于物质传输。
3.复合凝胶球的制备方法，包括以下步骤: (1)改性聚丙烯酰胺的制备 以分子量为3?5万的低分子量聚丙烯酰胺为原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 0.5?1: 2，溶液pH值为7?12，在25?55°C下反应3?5h，得N-羟基化丙烯酰胺；然后加入与甲醛等摩尔的丙烯酰胺，在25?55°C下反应3?5h，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺； (2)壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球的制备 将25mL浓度为I?2g/mL的壳聚糖盐酸水溶液，与1.5?2.5g改性聚丙烯酰胺，0.05?0.15gN，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.015?0.025g过硫酸钾加入三颈瓶中，持续搅拌并通氮气Ih后，加入2mL 0.1?0.2%的TEMED溶液，在氮气保护下，聚合反应3?6h，将反应形成的凝胶挤压通过40目筛网形成细小颗粒，以蒸馏水洗涤数次，4°C保存。
4.根据权利要求1，3所述一种复合凝胶球制备方法，其特征在于所述步骤(I)中聚丙烯酰胺:甲醛的摩尔比为1: 0.5?1: 2。
5.根据权利要求1，3所述一种复合凝胶球制备方法，其特征在于所述步骤(I)中溶液pH值为7?12。
6.根据权利要求1，3所述一种复合凝胶球制备方法，其特征在于所述步骤(I)中反应温度为25?55°C。
7.根据权利要求1，3所述一种复合凝胶球制备方法，其特征在于所述步骤(2)中壳聚糖盐酸水溶液浓度为I?2g/mL。
8.根据权利要求1，3所述一种复合凝胶球制备方法，其特征在于所述步骤(2)中改性聚丙烯酰胺的用量为1.5?2.5g。
【专利摘要】本发明公开了一种包埋微生物的载体材料及其制备方法，涉及微生物、废水处理和高分子材料领域，特别涉及一种包埋微生物的载体材料及其制备方法。可由下述方法制得：以低分子量聚丙烯酰胺为原料，通过甲醛对其改性，得N-羟基化丙烯酰胺；然后再与丙烯酰胺反应，得到侧链带丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺；将壳聚糖与改性聚丙烯酰胺共混，以N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸钾为引发剂，通过自由基聚合，制备壳聚糖/改性聚丙烯酰胺复合凝胶球，应用于包埋微生物。
【IPC分类】C12N11-04, C08F222-38, C12N11-08, C08F291-12
【公开号】CN104744646
【申请号】CN201510181558
【发明人】贺晓凌, 王宁, 徐磊, 刘蓉, 魏东盛
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月17日