本发明涉及生物吸附剂制备技术领域，具体地指一种磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂及其制备方法。
背景技术
cr(vi)广泛存在于皮革制造、电镀、印刷、冶金等工业废水中，对人体和环境有很大危害性，被列为第一类有毒污染元素，因此如何有效地处理含铬废水是当今环境保护的重要课题。对含铬废水的处理，目前主要采用生物法、离子交换法、电解法、化学沉淀法和吸附法等。
常用的生物吸附剂有细菌、真菌、藻类等，研究较多的微生物吸附剂有动胶菌属、节杆菌属、丝状真菌、酵母菌和藻类，而对鞘细菌作为微生物吸附剂的研究较少，主要是因为鞘细菌的分离纯化比较困难。鞘细菌(sheathebacteria)是活性污泥中一类重要的丝状菌群，能够产铁锰氧化酶，其形态呈丝状体结构，不分支或有假分支，其丝状体外包围着一层鞘，鞘的主要组分是蛋白质、多糖和脂类等有机物。鞘细菌对营养条件的要求不高，能利用多种简单的有机化合物，如醇、有机酸和糖类等，对工业废水有较强的耐受和转化能力。近年来的一些研究表明，鞘细菌不仅对污水中的有机物和毒物有很强的降解作用，还具有吸附重金属的能力，对铅、铜、锌、铬、铁等多种金属离子都具有良好的吸附作用。此外，鞘细菌还能够分泌合成铁、锰氧化酶，这些酶在鞘细菌污水治理中起到很重要的作用。因此，鞘细菌在重金属回收、水质净化、环境监测等方面具有广泛的应用前景。
使用游离活菌体作为生物吸附剂，虽然具有接触面积较大、传质性能较好、反应较迅速等优点，但是在吸附过程需要维持一定的温度、营养和ph等条件来保证微生物的自身生长，而且活菌体作为吸附剂，其理化特性存在有一定的缺陷，比如后期的固液分离困难，稳定性较差，吸附强度较低等缺点，难以实现工业化应用。因此选用一种合适的载体负载游离细胞，以提高细胞的机械强度和生物稳定性，易于实现后期的固液分离，是目前生物吸附剂研究的热点之一。
近年来，随着纳米科技的快速发展，越来越多的纳米氧化物(如氧化钛、氧化铁等)由于其对重金属的超强吸附力，被用作环境修复材料，其中磁性纳米材料是应用最广、最有效的吸附剂。磁性纳米材料所特有的表面效应和磁响应特性，使其在作为重金属离子吸附剂时可高效回收、使用方便、洗脱简单，从而避免对水体的二次污染。其中氧化铁（三氧化二铁、四氧化三铁）是最常用的纳米吸附材料。但由于磁性纳米材料具有较大的比表面积，在表面效应的驱使下，未修饰的磁性纳米材料极易发生团聚，因此常需对磁性纳米材料表面进行修饰，如二氧化硅、活性炭、高分子聚合物等物质为常用的修饰材料。修饰后的磁性纳米材料在其表面上进一步嫁接一些基团，如羧基、羟基、硫酸根、磷酸根、酰胺和氨基等功能基团，这样不仅提高了磁性纳米粒子的稳定性，也提高了磁性纳米材料对金属离子的吸附选择性和吸附容量。
壳聚糖（chitosan）是由甲壳素(chitin)脱乙酰基后的产物，又名甲壳质，几丁质，它是许多高等动物，特别是节肢动物(如虾、蟹等)外壳的重要成分，同时也存在于低等植物如真菌的细胞壁中，分布十分广泛。这种天然高分子材料具有良好的生物相容性和血液相容性，而且易被改性，其分子表面含有大量的氨基（-nh2）和羟基（-oh）等活性基团，可与重金属离子形成稳定的螯合物。
将鞘细菌应用于污水处理时需要合适的载体，在制备合适的载体基础上如何将鞘细菌有效负载在其上也是现阶段亟需解决的问题。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明所述的磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂及其制备方法拟提供一种负载鞘细菌的复合生物吸附剂，该生物吸附剂能够负载鞘细菌、处理cr(vi)效果好、自身带有多种活性基团、同时具有磁响应性及纳米粒子的比表面积大、多孔、粒径分布窄等特点，在外加磁场的作用下可进行快速运动和分离，使其具有易回收、可再生等优点。
为实现上述目的，本发明所设计的磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
①磁性纳米颗粒的制备：向氯化铁溶液中加入碱性物质，将其ph值调节至11~13，待溶液分层后滤出初次沉淀，将初次沉淀置于无水乙醇中分散；
配制分散液，将分散在无水乙醇中的初次沉淀与所述分散液相混合，混合后干燥以去除无水乙醇，得到初次沉淀的分散相；
将所述初次沉淀的分散相置于高压釜中，在210~250℃的条件下反应10~14小时，得到二次沉淀的分散相；
将所述二次沉淀的分散相进行离心以收集二次沉淀，洗涤后干燥，即得磁性纳米颗粒；
②磁性纳米壳聚糖微球的制备：在壳聚糖溶液中加入所述磁性纳米颗粒，然后加入乳化剂，搅拌充分，然后加入固定剂，再次搅拌充分，离心分离得到三次沉淀，将所述三次沉淀干燥后即得磁性纳米壳聚糖微球；
③负载鞘细菌：将鞘细菌湿菌体与无菌生理盐水配制成菌悬液，在所述菌悬液中加入步骤②制备的磁性纳米壳聚糖微球，搅拌均匀后经离心分离得到四次沉淀，将所述四次沉淀干燥后即得磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂。
作为上述技术方案的优选，步骤①所述碱性物质为氢氧化钠溶液。
作为上述技术方案的优选，步骤①所述初次沉淀和所述二次沉淀分离出来后均经过去离子水和无水乙醇的交替洗涤；步骤②中所述三次沉淀分离出来后采用去离子水进行洗涤。
作为上述技术方案的优选，步骤①所述分散液为十八烯和油酸的混合液，所述十八烯和所述油酸的体积比为1.4~1.6:1。
作为上述技术方案的优选，步骤①中将分散在无水乙醇中的初次沉淀与所述分散液相混合，混合后在100℃条件下干燥5~6小时干燥以去除无水乙醇。
作为上述技术方案的优选，步骤①中所述二次沉淀的离心收集条件为5000r/min离心10分钟。
作为上述技术方案的优选，步骤②中所述壳聚糖溶液中的壳聚糖与所述磁性纳米颗粒的质量比为150~170:1。
作为上述技术方案的优选，步骤②中所述乳化剂为span-80，加入量为每毫克磁性纳米颗粒加入1mlspan-80。
作为上述技术方案的优选，步骤②中所述固定剂为体积分数为4%的戊二醛水溶液，加入量为每毫克磁性纳米颗粒加入5ml体积分数为4%的戊二醛水溶液。
作为上述技术方案的优选，步骤③中菌悬液的质量浓度为2mg/ml，每毫升菌悬液添加的磁性纳米壳聚糖微球的质量为2~16mg。
作为上述技术方案的优选，步骤③中对加入磁性纳米壳聚糖微球的菌悬液在10~80℃条件下搅拌30~180分钟。
磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂，由上述的磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂的制备方法所制备。
本发明实施例与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明实施例拟提供一种负载鞘细菌的复合生物吸附剂，该生物吸附剂能够负载鞘细菌、处理cr(vi)效果好、自身带有多种活性基团、同时具有磁响应性及纳米粒子的比表面积大、多孔、粒径分布窄等特点，在外加磁场的作用下可进行快速运动和分离，使其具有易回收、可再生等优点；
鞘细菌s9是活性污泥中的主要丝状菌群，其细胞表面含有大量的酰胺基、羟基、氨基、羧基、巯基等活性基团，对多种金属离子具有耐受性，对六价铬离子具有良好的吸附性能，由于游离细胞的稳定性差，后期固液分离困难，因此采用结合有壳聚糖和fe3o4优点的纳米磁性壳聚糖对鞘细菌s9进行负载，在增加鞘细菌细胞的机械强度和化学稳定性的同时，也赋予鞘细菌s9以壳聚糖和fe3o4的优点，极大地提高了鞘细菌s9对cr(vi)离子的吸附性能，为工业上含cr(vi)离子废水的治理提供一种新型的、高吸附容量、稳定的生物吸附剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1：磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
①磁性纳米颗粒的制备：向80ml、0.0375mol/l的氯化铁溶液中滴加3mol/l的氢氧化钠水溶液，将其ph值调节至12，待溶液分层后滤出初次沉淀，用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，将初次沉淀置于无水乙醇中采用超声进行分散；
将20ml十八烯和13.5ml油酸相混合超声分散后配制成分散液，将分散在无水乙醇中的初次沉淀与所述分散液相混合，再次超声30分钟，置于100℃下干燥5.5小时去除无水乙醇，得到初次沉淀的分散相；
将所述初次沉淀的分散相置于高压釜中，在230℃的条件下反应12小时，得到二次沉淀的分散相；
待其冷却后，将所述二次沉淀的分散相在5000r/min的条件下进行离心10分钟以收集二次沉淀，无水乙醇和去离子水交替洗涤后自然干燥，即得磁性纳米颗粒；
②磁性纳米壳聚糖微球的制备：在4ml浓度为4g/l的壳聚糖溶液中加入0.1mg所述磁性纳米颗粒，然后加入0.1mlspan-80，磁力搅拌1小时，然后加入体积分数为4%的戊二醛水溶液，在350r/min的条件下搅拌2小时，离心分离得到三次沉淀，并用去离子水进行洗涤，将洗涤后的所述三次沉淀干燥后即得磁性纳米壳聚糖微球，将磁性纳米壳聚糖微球放至冰箱保存；
③负载鞘细菌：将鞘细菌湿菌体与无菌生理盐水配制成2mg/ml的菌悬液，在所述菌悬液中加入步骤②制备的磁性纳米壳聚糖微球，每毫升菌悬液添加的磁性纳米壳聚糖微球的质量为4mg，在60℃条件下搅拌40分钟后，8000r/min条件下离心分离10分钟得到四次沉淀，将所述四次沉淀用去离子水冲洗三遍，之后冷冻干燥即得磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂。
实施例2：磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
①磁性纳米颗粒的制备：向80ml、0.0375mol/l的氯化铁溶液中滴加3mol/l的氢氧化钠水溶液，将其ph值调节至11，待溶液分层后滤出初次沉淀，用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，将初次沉淀置于无水乙醇中采用超声进行分散；
将20ml十八烯和14.3ml油酸相混合超声分散后配制成分散液，将分散在无水乙醇中的初次沉淀与所述分散液相混合，再次超声30分钟，置于100℃下干燥5小时去除无水乙醇，得到初次沉淀的分散相；
将所述初次沉淀的分散相置于高压釜中，在210℃的条件下反应14小时，得到二次沉淀的分散相；
待其冷却后，将所述二次沉淀的分散相在5000r/min的条件下进行离心10分钟以收集二次沉淀，无水乙醇和去离子水交替洗涤后自然干燥，即得磁性纳米颗粒；
②磁性纳米壳聚糖微球的制备：在4ml浓度为3.75g/l的壳聚糖溶液中加入0.1mg所述磁性纳米颗粒，然后加入0.1mlspan-80，磁力搅拌1小时，然后加入体积分数为4%的戊二醛水溶液，在350r/min的条件下搅拌2小时，离心分离得到三次沉淀，并用去离子水进行洗涤，将洗涤后的所述三次沉淀干燥后即得磁性纳米壳聚糖微球，将磁性纳米壳聚糖微球放至冰箱保存；
③负载鞘细菌：将鞘细菌湿菌体与无菌生理盐水配制成2mg/ml的菌悬液，在所述菌悬液中加入步骤②制备的磁性纳米壳聚糖微球，每毫升菌悬液添加的磁性纳米壳聚糖微球的质量为12mg，在35℃条件下搅拌140分钟后，8000r/min条件下离心分离10分钟得到四次沉淀，将所述四次沉淀用去离子水冲洗三遍，之后冷冻干燥即得磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂。
实施例3：磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
①磁性纳米颗粒的制备：向80ml、0.0375mol/l的氯化铁溶液中滴加3mol/l的氢氧化钠水溶液，将其ph值调节至13，待溶液分层后滤出初次沉淀，用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，将初次沉淀置于无水乙醇中采用超声进行分散；
将20ml十八烯和12.5ml油酸相混合超声分散后配制成分散液，将分散在无水乙醇中的初次沉淀与所述分散液相混合，再次超声30分钟，置于100℃下干燥6小时去除无水乙醇，得到初次沉淀的分散相；
将所述初次沉淀的分散相置于高压釜中，在250℃的条件下反应10小时，得到二次沉淀的分散相；
待其冷却后，将所述二次沉淀的分散相在5000r/min的条件下进行离心10分钟以收集二次沉淀，无水乙醇和去离子水交替洗涤后自然干燥，即得磁性纳米颗粒；
②磁性纳米壳聚糖微球的制备：在4ml浓度为4.25g/l的壳聚糖溶液中加入0.1mg所述磁性纳米颗粒，然后加入0.1mlspan-80，磁力搅拌1小时，然后加入体积分数为4%的戊二醛水溶液，在350r/min的条件下搅拌2小时，离心分离得到三次沉淀，并用去离子水进行洗涤，将洗涤后的所述三次沉淀干燥后即得磁性纳米壳聚糖微球，将磁性纳米壳聚糖微球放至冰箱保存；
③负载鞘细菌：将鞘细菌湿菌体与无菌生理盐水配制成2mg/ml的菌悬液，在所述菌悬液中加入步骤②制备的磁性纳米壳聚糖微球，每毫升菌悬液添加的磁性纳米壳聚糖微球的质量为8mg，在80℃条件下搅拌30分钟后，8000r/min条件下离心分离10分钟得到四次沉淀，将所述四次沉淀用去离子水冲洗三遍，之后冷冻干燥即得磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂。
实施例4：磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
①磁性纳米颗粒的制备：向80ml、0.0375mol/l的氯化铁溶液中滴加3mol/l的氢氧化钠水溶液，将其ph值调节至12，待溶液分层后滤出初次沉淀，用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，将初次沉淀置于无水乙醇中采用超声进行分散；
将20ml十八烯和13.2ml油酸相混合超声分散后配制成分散液，将分散在无水乙醇中的初次沉淀与所述分散液相混合，再次超声30分钟，置于100℃下干燥6小时去除无水乙醇，得到初次沉淀的分散相；
将所述初次沉淀的分散相置于高压釜中，在240℃的条件下反应11小时，得到二次沉淀的分散相；
待其冷却后，将所述二次沉淀的分散相在5000r/min的条件下进行离心10分钟以收集二次沉淀，无水乙醇和去离子水交替洗涤后自然干燥，即得磁性纳米颗粒；
②磁性纳米壳聚糖微球的制备：在4ml浓度为4g/l的壳聚糖溶液中加入0.1mg所述磁性纳米颗粒，然后加入0.1mlspan-80，磁力搅拌1小时，然后加入体积分数为4%的戊二醛水溶液，在350r/min的条件下搅拌2小时，离心分离得到三次沉淀，并用去离子水进行洗涤，将洗涤后的所述三次沉淀干燥后即得磁性纳米壳聚糖微球，将磁性纳米壳聚糖微球放至冰箱保存；
③负载鞘细菌：将鞘细菌湿菌体与无菌生理盐水配制成2mg/ml的菌悬液，在所述菌悬液中加入步骤②制备的磁性纳米壳聚糖微球，每毫升菌悬液添加的磁性纳米壳聚糖微球的质量为16mg，在10℃条件下搅拌120分钟后，8000r/min条件下离心分离10分钟得到四次沉淀，将所述四次沉淀用去离子水冲洗三遍，之后冷冻干燥即得磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂。
实施例5：磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
①磁性纳米颗粒的制备：向80ml、0.0375mol/l的氯化铁溶液中滴加3mol/l的氢氧化钠水溶液，将其ph值调节至12，待溶液分层后滤出初次沉淀，用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，将初次沉淀置于无水乙醇中采用超声进行分散；
将20ml十八烯和13.5ml油酸相混合超声分散后配制成分散液，将分散在无水乙醇中的初次沉淀与所述分散液相混合，再次超声30分钟，置于100℃下干燥6小时去除无水乙醇，得到初次沉淀的分散相；
将所述初次沉淀的分散相置于高压釜中，在210℃的条件下反应12小时，得到二次沉淀的分散相；
待其冷却后，将所述二次沉淀的分散相在5000r/min的条件下进行离心10分钟以收集二次沉淀，无水乙醇和去离子水交替洗涤后自然干燥，即得磁性纳米颗粒；
②磁性纳米壳聚糖微球的制备：在4ml浓度为4.1g/l的壳聚糖溶液中加入0.1mg所述磁性纳米颗粒，然后加入0.1mlspan-80，磁力搅拌1小时，然后加入体积分数为4%的戊二醛水溶液，在350r/min的条件下搅拌2小时，离心分离得到三次沉淀，并用去离子水进行洗涤，将洗涤后的所述三次沉淀干燥后即得磁性纳米壳聚糖微球，将磁性纳米壳聚糖微球放至冰箱保存；
③负载鞘细菌：将鞘细菌湿菌体与无菌生理盐水配制成2mg/ml的菌悬液，在所述菌悬液中加入步骤②制备的磁性纳米壳聚糖微球，每毫升菌悬液添加的磁性纳米壳聚糖微球的质量为2mg，在50℃条件下搅拌180分钟后，8000r/min条件下离心分离10分钟得到四次沉淀，将所述四次沉淀用去离子水冲洗三遍，之后冷冻干燥即得磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂。
实施例6~10：分别对应实施例1~5所述的磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂的制备方法所制备的磁性纳米壳聚糖负载鞘细菌复合生物吸附剂。