专利名称：从生物量制备的重金属生物吸附剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及到从工业发酵和生物处理植物产生的废弃微生物生物量制备的重金属生物吸附剂，以及使用该生物吸附剂回收重金属的方法。
由微生物积累金属的方法已经知道了几十年，但近些年来受到了更大的关注，这是由于其在环境保护或回收贵金属或战略用金属上潜在的用途。术语“生物吸附”已用于描述保留主要重金属离子和放射性核素的微生物生物量的性质。由非存活的生物量分离这些成分的增加的兴趣是基于金属回收和工业废水处理上生物吸附的潜在的技术用途。
丝状真菌已用于发酵工业产生各种代谢产物，例如，酶、调味剂或抗生素。每年产生的成千上万吨残余生物量含有生物降解度低的生物聚合物(纤维素、壳多糖、葡聚糖等)并产生农业上使用的低质肥料。迄今焚烧是消除这一副产物的主要途径。另一方面，采矿、治金或电镀厂产生高金属含量的废水。现存的纯化这些废液的处理费用比将其弃于废液中所需的税费常常更昂贵。这样，随着矿物资源的连续采取和危险废物在环境中的积累，必须发明出更有效的废液去毒方法和金属回收方法。
已报导某些种类的微生物(例如，酿酒酵母、ActinomycesLevoris、铜绿色假单胞菌、绿色产色链霉菌和无根根霉)具有积累重金属离子的生物吸附性质。以下是在文献中公开的重金属和放射性核素的常规生物吸附剂。
Gerald strandberg等报导了铀在酿酒酵母细胞表面的细胞外积累，且积累比率和程度受环境条件(如pH、温度和某些阴离子和阳离子的干预) 的影响(Applied and enviornmentalMicrobiology，Vol 41，1981，pp237-245)。
Mario Tsezos报导无根根霉生物量在pH 4时表现出最高的铀和钍生物吸附吸收容量(Biotechnology and Bioengineering.(Vol XXIII，1981，pp 583-604)。
Akira Nakajima等报导了聚丙烯酰胺凝胶上的固定化绿色产色链霉菌具有从海洋和水中回收铀最有利的特性(Eur.J.Applied Microbiology and Biotechnology.Vol16，1982，pp88-91)。
本发明的目的是提供一种重金属生物吸附剂。该吸附剂以聚氨基糖化物磷酸钠(polyaminosaccharide sodium phosphate)为主要成分，它是从来源于工业发酵和生物处理植物的曲霉属、青霉属、木霉属或小球菌属的微生物生物量制备。
本发明的另一个目的是提供一种具有以下步骤的制备上述生物吸附剂的方法。制备上述生物吸附剂的方法包括i)用磷酸溶液水解生物量。ii)用丁醇或正己烷除去脂溶性物质，iii)用氢氧化钠或碳酸氢钠溶液反应和碱化，iv)用低级醇除去可溶性物质，和v)过滤和干燥剩余物以获得具有聚氨基糖化物磷酸钠为主要成分的重金属生物吸附剂。
附
图1显示了本发明制备的生物吸附剂的红外光谱。
以下解释聚氨基糖化物磷酸钠怎样用作重金属生物吸附剂的作用机制。
生物吸附的作用机制已被认为涉及吸附、离子交换、配位和共价结合。作为各种实验的结果，微生物细胞壁的特定成份被认为涉及生物吸附。而且，微生物生物量中的壳多糖和葡聚糖复合物已知在生物吸附中起关键作用。然而蟹壳中的壳多糖和脱乙酰壳多糖表现出比从微生物生物量获得的所述物质差的生物吸附性质。此外，微生物细胞壁中的胞壁质已知对形成金属离子复合物有贡献。考虑真菌和细菌细胞壁的所有成份，聚氨基糖化物是具有最好的生物吸附性质的最佳生物吸附剂。
因此，本发明涉及到从微生物生物量简便地抽提聚氨基糖化物成分的方法。来源于工业发酵或生物处理植物的曲霉属、青霉属、木霉属或小球菌属的微生物生物量用作本发明的原料。
制备本发明的生物吸附剂的方法可解释如下来源于工业发酵或生物处理植物的黑曲霉、黄青霉、Trichoderma reesei或Micrococcus Luteus微生物生物量置入反应器中，在20-60℃下用0.5-5.0％磷酸水溶液水解生物量2-5小时。水解后的残渣用蒸馏水洗涤并除去可溶性物质。加入脂溶性有机溶剂(例如，丁醇或正己烷)并除去脂溶性物质。除去有机溶剂后加入1-40％氢氧化钠或碳酸氢钠，在20-100℃下反应1-10小时以碱化残余物。在pH9-12的条件下，加入低级醇(如甲醇、乙醇、异丙醇或它们的混合物)，除去低级醇溶性物质。最后，剩余物过滤并干燥，以获得主要成分为聚氨基糖化物磷酸钠的生物吸附剂。
制备本发明的生物吸附剂的最重要的制备步骤是将残余物与NaOH或NaHCO3溶液反应。在这一步骤中，微生物生物量中的聚氨基糖化物的磷酸根离子(PO43-)转化成磷酸钠。这些转化的磷酸钠与聚合物中的胺残基一道形成重金属的结合位点，对重金属的吸附有贡献。
因此，本发明的生物吸附剂是下列氨基糖化物磷酸钠的聚合物，这一生物吸附剂的平均分子量是50,000-200,000。 以下是本发明的生物吸附剂的分析数据。
附图1是本发明制备的生物吸附剂的红外光谱。吸收波长(cm-1)是3000-3500、2300、1650、1550、1470、1380、1320-1340、1160、1050、900、780、600。生物吸附剂中聚氨基糖化物磷酸钠的含量是总的生物吸附剂组合物的50-80(W/W)％1克干的生物吸附剂含有200-400mg葡糖胺、60-200mg葡萄糖、70-200mg氨基酸、30-50mg有机磷化合物和其它剩余的化合物。
由上述方法制备的主要成分为聚氨基糖化物磷酸钠的生物吸附剂可以用于从废液中回收重金属。因此，这一生物吸附剂可以用于纯化废液的柱子上或用于纯化废液的反应器中。
本发明可用下列实施例详细解释。然而，这些实施例并不限制本发明的范围。
用以下方法测定重金属的生物吸附性质。200mg干燥的生物吸附剂加入到含有5mg金属离子/1ml水的标准金属硝酸盐溶液中。室温下搅拌混合物1小时，过滤并分离该溶液。滤液稀释100倍后，用原子吸收分析仪测定金属的量。
(实施例1)从黑曲霉微生物生物量制备生物吸附剂向200g充分干燥的黑曲霉ATCC-9642微生物生物量中加入1升1％磷酸溶液，所述生物量在室温下水解3小时。用蒸馏水洗涤残渣后，加入500ml丁醇。除去脂溶性物质。除去丁醇后，加入10％NaOH溶液，在50℃下反应3-5小时。在pH10-12下，加入600ml乙醇以除去乙醇可溶的物质。然后，剩余物过滤，并在100-130℃下干燥。最后，粉碎干燥过的生物吸附剂以获得大小为0.5-2.0mm的颗粒。表1示出了生物吸附剂的分析数据。产率为48％，且获得的生物吸附剂具有以下生物吸附特性。
(实施例2)从黄青霉微生物生物量制备生物吸附剂向200g湿的黄青霉ATCC-10003微生物生物量中加入800ml1.5％磷酸溶液，所述生物量在室温下水解2小时。用蒸馏水洗涤残渣后，加入600ml已烷。除去脂溶性物质。除去己烷后，加入20％NaHCO3溶液，在90℃下反应2小时。在pH10-12，加入500ml乙醇，以除去可溶于乙醇的物质。然后，剩余物过滤并在100-130℃下干燥。最后，粉碎干燥过的生物吸附剂以获得大小为0.5-2.0mm的颗粒。表1显示了生物吸附剂的分析数据。产率为40％，所获得的生物吸附剂具有如下生物吸附特性。
(实施例3)从Trichoderma reesei微生物生物量制备生物吸附剂向100g湿的Trichoderma reesei ATCC-26921微生物生物量中加入500ml1.5％磷酸溶液，使生物量在室温下水解3小时。用蒸馏水洗涤残渣后，加入300ml丁醇。除去脂溶性物质。除去丁醇后，加入10％NaOH，在100℃下反应1小时，在pH10-12下，加入300ml乙醇以除去可溶于乙醇的物。然后，过滤剩余物并在100-130℃下干燥。最后，粉碎干燥过的生物吸附剂以获得大小为0.5-2.0mm的颗粒。表1显示了生物吸附剂的分析数据。产率为38％，且所获得的生物吸附剂具有以下生物吸附特性。
(实施例4)％从Micrococcus Luteus微生物生物量制备生物吸附剂向200g充分干燥的Micrococcus Luteus ATCC-4698微生物生物量中加入800ml 2.0％正磷酸溶液，使生物量在室温下水解3小时。用蒸馏水洗涤残渣后，加入500ml丁醇。除去脂溶性物质。除去丁醇后，加入10％NaOH溶液，在40℃下反应3-5小时。在pH10-12下，加入400ml甲醇以除去溶于甲醇的物质。然后，将剩余物过滤并在100-130℃下干燥。最后，粉碎干燥过的生物吸附剂以获得0.5-2.0mm大小的颗粒。表1示出了生物吸附剂的分析数据。产率为45％，且获得的生物吸附剂具有以下特性。
表1.生物吸附剂的分析数据
*PAS聚氨基糖化物磷酸钠**1克干燥的生物吸附剂(实施例5)从废污泥中生物吸附重金属使用实施例1中制备的生物吸附剂，从废污泥流中回收重金属。投入到废污泥中的生物吸附剂的量是污泥重量的1％。表2显示了生物吸附剂处理之前和处理之后重金属的量。
(实施例6)从废污泥中生物吸附重金属使用实施例2中制备的生物吸附剂，从废污泥流中回收重金属。投入到废污泥中的生物吸附剂的量是污泥重量的1％。表2显示了生物吸附剂处理前后重金属的量。
(实施例7)从废污泥中生物吸附重金属使用实施例3中制备的生物吸附剂，从废污泥流中回收重金属。投入到废污泥中的生物吸附剂的量是污泥重的1％。表2显示了生物吸附剂处理前后重金属的量。表2.生物吸附剂处理前后重金属离子的量
权利要求
1.一种制备以聚氨基糖化物磷酸钠为主要成分从曲霉属、青霉属、木霉属或小球菌属微生物生物量制制得的重金属生物吸附剂的方法，该方法包括以下步骤i)用0.5-5.0％磷酸溶液水解生物量；ii)用丁醇或正己烷除去脂溶性物质；iii)用1-40％氢氧化钠或碳酸氢钠溶液反应和碱化；iv)用低级醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇或它们的混合物除去低级醇可溶性物质；和v)将剩余物过滤并干燥，获得生物吸附剂。
2.按照权利要求1制备以聚氨基糖化物磷酸钠为主要成分从微生物生物量制得的重金属生物吸附剂的方法，其中用作生物量的微生物是黑曲霉、黄青霉、Trichoderma reesei或Micrococcus Luteus。
3.由权利要求1所述的方法制备的以聚氨基糖化物磷酸钠为主要成分的重金属生物吸附剂，其中，数均分子量为50,000-200,000，且1克干生物吸附剂含有200-400mg葡糖胺、60-200mg葡萄糖、70-200mg氨基酸、30-50mg有机磷化合物和其它剩余化合物。
4.按照权利要求3的以聚氨基糖化物磷酸钠为主要成分的重金属生物吸附剂，其中生物吸附剂的红外光谱显示吸收波长(cm-1)在3000-3500、2300、1650、1550、1470、1380、1320-1340、1160、1050、900、780、600。
全文摘要
本发明的目的是提供一种重金属生物吸附剂，该吸附剂以聚氨基糖化物磷酸钠为主要成分，它是从来源于工业发酵和生物处理植物的曲霉属、青霉属、木霉属或小球菌属的微生物生物量制备的。
文档编号C12P19/28GK1148999SQ9610550
公开日1997年5月7日 申请日期1996年2月5日 优先权日1995年10月20日
发明者L·S·科特夫, 朴真圭, 表镇击, 牟英根 申请人:东国制药株式会社