一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵及制备方法
【专利摘要】本发明属于过滤绵【技术领域】，尤其涉及一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵，包括多孔绵和水凝胶，多孔绵和水凝胶形成互相穿插的网线结构，水凝胶占多孔绵空穴体积的体积份数为5%～50%，多孔绵内的小孔孔径为1μm～1cm。本发明的凝胶复合过滤绵由多孔绵和凝胶两种材料通过基于层层自吸附交联的方式有机的结合成，凝胶网络穿插在海绵的空隙之间增加了载菌容量，而多孔绵为凝胶层提供了力学支撑和输送氧气、养分的额外通道，同时由于凝胶层的孔径较多孔绵内的小孔孔径小，也提高过滤效果。
【专利说明】一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于过滤绵【技术领域】，尤其涉及一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵及制备方法。
【背景技术】
[0002]固定化微生物技术是现代生物工程领域中的一项新兴技术，它是通过化学或物理的手段将游离细胞、微生物或酶定位于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复利用的方法。在此之前微生物主要以游离的形式被应用。但是游离微生物在流动条件下易被水流冲走，在静水条件下易被其他生物所食用，并且缺乏吸附和生长繁殖的载体时其难以稳定地长期发挥功能。因此人们开始考虑在水处理领域利用固定化微生物技术取代传统的抛洒游离细菌的方法。前者较后者有着明显的优越性，主要表现在:处理效率高、稳定性强、能纯化和保持高效菌种、微生物浓度高、固液分离效果好。
[0003]微生物的固定化方法，主要有表面吸附(结合)固定技术、交联(键联)固定化、包埋(多聚体)固定化和自身固定化(微生物细胞间自交联固定化)等几种方法。在各种微生物固定化方法中，包埋法以其密度低、易于流态化的优越性成为目前研究应用最广泛的方法。常用的包埋法固定微生物的载体材料，有生物基高分子多糖类的琼脂、海藻酸钠、卡拉胶和合成高分子化合物聚丙烯酰胺(PACAM)、聚乙烯醇(PVA)。其中，生物基高分子凝胶如海藻酸钠由于其凝胶成型的过程简单，条件温和，对微生物细胞没有毒性，所以其在微生物细胞的包埋的应用中最为广泛。但包埋法制备工艺复杂、制备成本高、材料力学性能较差、传质阻力大、对微生物的生长和产物的代谢影响较大。而目前市面上常用的以聚氨酯、聚醚为原料的生化绵和海绵除了过滤作用外也都兼有吸附固定微生物的作用，但是载菌的容量很小。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵，包括多孔绵和水凝胶，多孔绵和水凝胶形成互相穿插的网线结构，水凝胶占多孔绵空穴体积的体积份数为5%?50%,多孔绵内的小孔孔径为I μ m?1cm。
[0006]多孔绵为聚氨酯类海绵、聚醚类生化绵或聚酯类生化绵。
[0007]本发明的凝胶复合过滤绵的有益效果，本发明的凝胶复合过滤绵由多孔绵和凝胶两种材料通过基于层层自吸附交联的方式有机的结合成，凝胶网络穿插在海绵的空隙之间增加了载菌容量，而多孔绵为凝胶层提供了力学支撑和输送氧气、养分的额外通道，同时由于凝胶层的孔径较多孔绵内的小孔孔径小，也提高国过滤效果。
[0008]本发明还提供一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵的制备方法，其制备步骤包括:第一步，将多孔绵浸入成胶高分子溶液I~10分钟；
第二步，将经过第一步浸泡的多孔绵放入凝固溶液或在-20°C~0°C的低温条件下形成凝胶复合过滤绵；
第三步，将第二步制得的凝胶复合过滤绵浸入微生物溶液，静置吸附0.5~5小时，制得成品。
[0009]成胶高分子溶液为海藻酸钠、琼酯和聚乙烯醇混合而成的复合溶液，其中，海藻酸钠、琼酯和聚乙烯醇在成胶高分子溶液中的质量分数为0.5%~20%。
[0010]凝固溶液包括水溶性的钙盐和水，其中，钙盐的质量分数是0.1%~20%。
[0011]微生物溶液包括有好氧微生物，好氧微生物为硝化细菌和/或光合细菌，好氧微生物占微生物溶液中的质量分数为1%~30%。
[0012]本发明还提供另一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵的制备方法，其制备步骤包括:
第一步，将成胶高分子溶液与微生物溶液等体积混合形成微生物胶体溶液；
第二步，将多孔绵浸入第 一步制得的微生物胶体溶液I~10分钟；
第三步，将经过第二步处理的多孔绵放入凝固溶液或在-20°C~0°C的低温条件下制得成品。
[0013]还包括第四步，用清水清洗经过第三步处理的多孔绵，洗去未成胶的部分的溶液，然后将多孔绵浸入凝固溶液I~10分钟，再将多孔绵和凝固溶液一起放入-20°c~0°C低温环境中，使凝固溶液凝胶。
[0014]成胶高分子溶液为海藻酸钠、琼酯和聚乙烯醇混合而成的复合溶液，其中，海藻酸钠、琼酯和聚乙烯醇在成胶高分子溶液中的质量分数为0.5%~20%。
[0015]凝固溶液包括水溶性的钙盐和水，其中，钙盐的质量分数是0.1%~20%。
[0016]微生物溶液包括有好氧微生物，好氧微生物为硝化细菌和/或光合细菌，好氧微生物占微生物溶液中的质量分数为1%~30%。
[0017]本发明的制备方法的有益效果:本发明的制备方法操作简单，制得的凝胶复合过滤绵增加了载菌容量，而多孔绵为凝胶层提供了力学支撑和输送氧气、养分的额外通道，同时由于凝胶层的孔径较多孔绵内的小孔孔径小，也提高国过滤效果。
【具体实施方式】
[0018]一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵，包括多孔绵和水凝胶，多孔绵和水凝胶形成互相穿插的网线结构，水凝胶占多孔绵空穴体积的体积份数为5%~50%，多孔绵内的小孔孔径为I μ m~1cm。
[0019]多孔绵为聚氨酯类海绵、聚醚类生化绵或聚酯类生化绵。
[0020]实施例1
琼酯凝胶复合滤绵的制备:以聚氨酯海绵为基底材料(市场上购买)，其空隙率为60%，平均孔径为2mm,厚度为8cm。制备步骤:
第一步，将聚氨酯海绵下部3cm左右的海绵浸入90°C的10%的琼酯溶液中，静置3分
钟；
第二步，将第一步的聚氨酯海绵和琼酯溶液一起放入0°C度的冰箱中，放置2小时冷却凝固成胶；
第三步，将经过第二步处理的聚氨酯海绵放入含有20%质量分数的光合细菌的菌原溶液中，放置I小时让微生物被动吸附，这样载有复合菌的凝胶滤绵就制成了。
[0021]实施例2
聚乙烯醇凝胶复合滤绵的制备:以为聚氨酯海绵为基底材料(市场上购买)，其空隙率为70%，平均孔径为2mm，厚度为8cm。制备步骤:
第一步，将聚氨酯海绵下部3cm左右的海绵浸入90°C的15%的聚乙烯醇(牌号1799)溶液中，静置3分钟；
第二步，将第一步的聚氨酯海绵和聚乙烯醇溶液一起放入_20°C的冰箱中，放置10小时冷却凝固成胶；
第三步，将经过第二步处理的聚氨酯海绵放入含有20%质量分数的光合细菌的菌原溶液中，放置I小时让微生物被动吸附，这样载有复合菌的聚乙烯醇的凝胶滤绵就制成了。
[0022]实施例3
海藻酸钙凝胶复合过滤绵的制备方法:以聚酯类生化绵为基底材料(市场上购买)，其空隙率为75%，平均孔径为1mm，厚度为5cm。制备步骤:
第一步，将含有4%的海藻酸钠成胶溶液和10%的硝化细菌原菌的溶液等体积混合成微生物胶体溶液；
第二步，将聚酯类生化绵下部2cm左右的海绵浸入第一步制得的微生物胶体溶液中，停留5分钟；
第三步，将经过第二步处理的聚酯类生化绵再放入2%的氯化钙溶液中，静置3分钟凝固成胶，成胶后用清水清洗凝胶表面，然后再重复上述第一步至第三步成胶操作两次，使凝胶层厚度达到预定要求，这样载有细菌的凝胶复合过滤绵就制成了。
[0023]实施例4
海藻酸钙-聚乙烯醇凝胶复合滤绵的制备:以聚酯类生化绵为基底材料(市场上购买)，其空隙率为75%，平均孔径为2mm，厚度为10cm。制备步骤:
第一步，将含有5%的海藻酸钠成胶溶液和10%的硝化细菌溶液等体积混合成微生物胶体溶液；
第二步，用注射器将此第一步制得的微生物胶体溶液注入聚酯类生化绵中，使微生物胶体溶液均勻分布在聚酯类生化绵下部2cm处,使微生物胶体溶液形成厚度为Icm的含胶
薄层；
第三步，将经过第二步处理的聚酯类生化绵放入2%的葡萄糖酸钙溶液中，静置5分钟凝固成胶；
第四步，用清水清洗经过第三步处理的聚酯类生化绵，洗去未成胶的部分的溶液，然后将聚酯类生化绵下部4cm处的海绵均浸入40°C的8%的聚乙烯醇(牌号1799)溶液中，停留10分钟，最后放入_20°C冰箱中2小时，使聚乙烯醇溶液凝胶，这样载有复合菌的海藻酸钙-聚乙烯醇的凝胶滤绵就制成了。
[0024]根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此夕卜，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
【权利要求】
1.一种能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵，包括多孔绵和水凝胶，其特征在于:多孔绵和水凝胶形成互相穿插的网线结构，水凝胶占多孔绵空穴体积的体积份数为5%~50%,多孔绵内的小孔孔径为Ιμmι~1cm。
2.根据权利要求1所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵，其特征在于:多孔绵为聚氨酯类海绵、聚醚类生 化绵或聚酯类生化绵。
3.权利要求1或2所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵的制备方法，其制备步骤包括: 第一步，将多孔绵浸入成胶高分子溶液I~10分钟； 第二步，将经过第一步浸泡的多孔绵放入凝固溶液或在-20°C~0°C的低温条件下形成凝胶复合过滤绵； 第三步，将第二步制得的凝胶复合过滤绵浸入微生物溶液，静置吸附0.5~5小时，制得成品。
4.根据权利要求3所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵的制备方法，其特征在于:成胶高分子溶液为海藻酸钠、琼酯和聚乙烯醇混合而成的复合溶液，其中，海藻酸钠、琼酯和聚乙烯醇在成胶高分子溶液中的质量分数为0.5%~20%。
5.根据权利要求3所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵及制备方法，其特征在于:凝固溶液包括水溶性的钙盐和水，其中，钙盐的质量分数是0.1%~20%。
6.根据权利要求3所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵及制备方法，其特征在于:微生物溶液包括有好氧微生物，好氧微生物为硝化细菌和/或光合细菌，好氧微生物占微生物溶液中的质量分数为1%~30%。
7.权利要求1或2所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵的制备方法，其制备步骤包括: 第一步，将成胶高分子溶液与微生物溶液等体积混合形成微生物胶体溶液； 第二步，将多孔绵浸入第一步制得的微生物胶体溶液I~10分钟； 第三步，将经过第二步处理的多孔绵放入凝固溶液或在-20°C~0°C的低温条件下制得成品。
8.根据权利要求7所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵的制备方法，其特征在于:还包括第四步，用清水清洗经过第三步处理的多孔绵，洗去未成胶的部分的溶液，然后将多孔绵浸入凝固溶液I~10分钟，再将多孔绵和凝固溶液一起放入_20°C~0°C低温环境中，使凝固溶液凝胶。
9.根据权利要求7所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵的制备方法，其特征在于:成胶高分子溶液为海藻酸钠、琼酯和聚乙烯醇混合而成的复合溶液，其中，海藻酸钠、琼酯和聚乙烯醇在成胶高分子溶液中的质量分数为0.5%~20%。
10.根据权利要求7所述的能够作为微生物载体的凝胶复合过滤绵及制备方法，其特征在于:微生物溶液包括有好氧微生物，好氧微生物为硝化细菌和/或光合细菌，好氧微生物占微生物溶液中的质量分数为1%~30%。
【文档编号】C02F3/10GK103949116SQ201410170007
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】佘振 申请人:宁波桑尼新材料科技有限公司