CN104193012B - 利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及银纳米颗粒技术领域，属于一种银纳米颗粒的新用途，具体公开了一种利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法，包括以下步骤：将黄孢原毛平革菌菌球和银纳米颗粒加入到含镉废水中进行振荡吸附反应，完成对重金属镉的去除。本发明的方法具有操作简单、易于实施、可有效促进黄孢原毛平革菌对重金属镉的吸附去除等优点，能够降低重金属镉对环境中的生物的毒性，对含重金属废水的治理具有重要意义。

Description

利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒的新用途，尤其涉及一种银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除废水中重金属镉的方法。

背景技术

含镉化合物在电池、塑胶制造、冶金、电镀和鞣革等行业中广泛应用，从而导致大量含有Cd的废水从电镀厂、染料行业、矿冶过程、电池生产、制革、影片制造及汽车制造等部门排放入环境中。由于镉具有高毒性，对人和动物的生长发育具有严重的危害，国家标准污水综合排放标准中将镉列为第一类污染物，欧盟将镉列为高危害有毒物质和可致癌物质并予以规管，因此治理重金属镉污染的废水对人体和环境的安全都具有重要的意义。

传统的处理含镉废水的方法主要有离子交换法、化学沉淀法、膜分离法及活性炭吸附法等，但这些方法普遍存在处理效果不好、花费高等缺点，尤其当废水中镉的含量低时。

生物吸附法由于成本低而受到人们的青睐，黄孢原毛平革菌属于白腐真菌的一种，由于其对重金属有较强的吸附作用，近几年来倍受国内外学者的关注。然而利用黄孢原毛平革菌吸附处理含重金属镉的废水，当废水中镉的浓度含量低时，如何提高黄孢原毛平革菌对重金属镉的去除能力的问题亟待解决。

银纳米颗粒为一种粒径在1～100nm之间的单质银，由于它的小尺寸使其具有量子效应和巨大的表面和界面效应，并且具有独特的光、电、磁、热等物理化学性能和抗菌抗病毒的特性。正是由于它的这些特殊的性能使得其在电子、个人护理品、衣服和医疗等方面得到了广泛的应用。虽然银纳米颗粒具有杀菌等特性，然而，目前尚未有将银纳米颗粒与微生物协同作用去除重金属的先例。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单、易于实施、可行、可有效促进黄孢原毛平革菌对重金属镉的吸附去除的银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌吸附去除重金属镉的方法。

为解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法，包括以下步骤：将黄孢原毛平革菌菌球和银纳米颗粒加入到含镉废水中进行振荡吸附反应，完成对重金属镉的去除。上述的方法中，优选的，银纳米颗粒由柠檬酸三钠溶液、硼氢化钠溶液和硝酸银溶液通过搅拌制备得到，搅拌温度为25℃，搅拌转速为535～540r/min。

进一步的，前述柠檬酸三钠溶液的浓度为24mmol/L，前述硼氢化钠溶液的浓度为20mmol/L，前述硝酸银溶液的浓度为50mmol/L。

进一步的，前述黄孢原毛平革菌菌球是通过以下步骤制备得到：将黄孢原毛平革菌孢子粉末悬浮于无菌水中制成孢子悬液，再将该孢子悬液接种到Kirk液体培养基中，于35℃～39℃温度下振荡培养72h，培养时转速控制在140rpm～160rpm，过滤后得到黄孢原毛平革菌菌球。

进一步的，前述银纳米颗粒的加入量为0.1mg/L～1mg/L。

进一步的，前述黄孢原毛平革菌菌球的加入量为0.29g/L。

进一步的，前述含镉废水的pH值为6.5。

进一步的，前述含镉废水中镉的浓度为5mg/L。

进一步的，前述吸附反应的条件为：温度为35℃～39℃，振荡转速为140rpm～160rpm，吸附反应时间为36h～84h。

本发明的创造性在于：

现有技术中银纳米颗粒会对细菌、病毒和真核微生物具有杀灭的效果，本发明首次发现加入量为0.1mg/L～1mg/L的银纳米颗粒具有促进黄孢原毛平革菌去除废水中的重金属镉的作用，这来源于黄孢原毛平革菌对银纳米颗粒的过度补偿机制。当低浓度的银纳米颗粒加入到黄孢原毛平革菌存在的环境中时，黄孢原毛平革菌自然会对外界的毒物产生修复机制来对抗银纳米颗粒造成的损伤，这种修复机制会带动其他的一些应激机制分泌更多的胞外分泌物(如胞外蛋白)，这些胞外分泌物是很好的吸附重金属的物质，这样一来，银纳米颗粒以此种方式促进了黄孢原毛平革菌去除重金属镉。

如果银纳米颗粒的浓度过高，超过黄孢原毛平革菌对其耐受程度时，银纳米颗粒的抗菌效应就会逐渐起作用，高浓度的银纳米颗粒便会对黄孢原毛平革菌造成毒害，其对黄孢原毛平革菌去除重金属镉也不再具有促进作用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明直接将未经改造和预处理的黄孢原毛平革菌与合成的银纳米颗粒直接加入到含重金属镉的废水中，通过银纳米颗粒对黄孢原毛平革菌的促进作用，完成对重金属镉的吸附去除，去除效率高，能够降低重金属镉对环境中的生物的毒性，对含重金属废水的治理具有重要意义，具有操作简单、易于实施等优势。

(2)本申请提供的纳米银的制备方法，操作简便，适用于工业化生产。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1中合成的银纳米颗粒在透射电子显微镜下的微观结构示意图。

图2为本发明实施例1中纳米颗粒的电镜能谱示意图。

图3为不同加入量的银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌对重金属镉的吸附去除效果图。

图4为本发明实施例2吸附反应前黄孢原毛平革菌在电子扫描电镜下的微观结构示意图。

图5为本发明实施例2吸附反应后黄孢原毛平革菌在电子扫描电镜下的微观结构示意图。

图6为本发明实施例2中黄孢原毛平革菌表面颗粒的电镜能谱示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1

一种本发明的利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法，包括以下步骤：

(1)制备银纳米颗粒：将加有777ml超纯水的两口圆底烧瓶置于冰浴中，调整搅拌速度为540r/min，先后加入22.2ml浓度为24mmol/L的柠檬酸三钠溶液和88.8ml浓度为20mmol/L的硼氢化钠溶液，并使该溶液在冰浴中以540r/min的转速搅拌5分钟；然后再加入3.6ml浓度为50mmol/L硝酸银溶液，并立刻将烧瓶从冰浴中拿出，置于常温下(常温温度一般为25℃)以540r/min的搅拌速度反应3h，得到银纳米颗粒。

将步骤(1)中制备得到的银纳米颗粒置于透射电子显微镜下，其表征如图1所示。从图1中可以看出：按照步骤(1)方法制备得到的纳米颗粒呈球形，其粒径大约为25nm且粒径比较均匀。

对图1中的纳米颗粒进行能谱分析，分析结果图2所示，图1中的纳米颗粒中主要含有的C、Cu、Ag三种元素，其中C元素的重量百分比为47.48％，原子百分比为84.47％；Cu元素的重量百分比为37.12％，原子百分比为12.48％；Ag元素的重量百分比为15.40％，原子百分比为3.05％。图2的结果表明，图1中的纳米颗粒即为银纳米颗粒，结合图1和图2的结果，可以得知本发明中成功合成了粒径约为25nm的银纳米颗粒。

(2)制备黄孢原毛平革菌菌球：将黄孢原毛平革菌BKM-F1767(在美国标准菌种收藏所的保藏编号为ATCC24725，优选采用该菌株，但不限于此)的孢子从平板上刮入无菌水中，形成孢子悬液(含有的孢子量为2.0×10⁶个/ml)；在500ml锥形瓶中加入200mlKirk液体培养基(Kirk液体培养基的成分包括：1.2mmol/L酒石酸铵、56mmol/L葡萄糖、20mmol/L无水乙酸钠、0.2g/LKH₂PO₄、0.05g/LMgSO₄·7H₂O、0.01g/LCaCl₂、1ml/L无机溶液和0.5ml/L维生素溶液；其中无机溶液由1.5g/L氨基三乙酸酯、3g/LMgSO₄·7H₂O、0.5g/LMnSO₄、1g/LNaCl、0.1g/LFeSO₄·7H₂O、0.1g/LCoSO₄、0.082g/LCaCl₂、0.1g/LZnSO₄、0.01g/LCuSO₄·5H₂O、0.01g/LKAl(SO₄)₂·12H₂O、0.01g/LNa₂MoO₄、0.01g/LH₃BO₃组成，维生素溶液由2mg/L生物素、2mg/L叶酸、5mg/L维生素B₁、5mg/L维生素B₂、10mg/L维生素B₆盐酸盐、0.1mg/L微生物B₁₂、5mg/L烟酸、5mg/LDL-泛酸钠、5mg/L对氨基苯甲酸和5mg/L硫辛酸组成)，然后将3ml黄孢原毛平革菌孢子悬液接种到Kirk液体培养基中，于37℃、150rpm的条件下在恒温振荡箱中培养72h，得到黄孢原毛平革菌菌球。

(3)去除重金属镉：将步骤(2)中制备得到的黄孢原毛平革菌菌球(加入量为0.29g/L)加入到镉浓度为5mg/L的含镉废水中，并加入0.1mg/L步骤(1)中制备得到的银纳米颗粒，调整废水的pH值为6.5，然后于37℃的温度下，在转速为150rpm的摇床上振荡吸附反应84h。然后通过过滤除去废水中的黄孢原毛平革菌菌球，完成对重金属镉的吸附去除。

实施例2

一种本发明的利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法，包括以下步骤：

(1)制备银纳米颗粒：同实施例1。

(2)制备黄孢原毛平革菌菌球：同实施例1。

(3)重金属镉的吸附去除：将步骤(2)中制备得到的黄孢原毛平革菌菌球(加入量为0.29g/L)加入到镉浓度为5mg/L的含镉废水中，并加入1mg/L步骤(1)中制备得到的银纳米颗粒，调整废水的pH值为6.5，然后于37℃的温度下，在转速为150rpm的摇床上振荡吸附反应84h。然后通过过滤除去废水中的黄孢原毛平革菌菌球，完成对重金属镉的吸附去除。

实施例3

一种本发明的利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法，包括以下步骤：

(1)制备银纳米颗粒：同实施例1。

(2)制备黄孢原毛平革菌菌球：同实施例1。

(3)重金属镉的吸附去除：将步骤(2)中制备得到的黄孢原毛平革菌菌球(加入量为0.29g/L)加入到镉浓度为5mg/L的含镉废水中，并加入5mg/L步骤(1)中制备得到的银纳米颗粒，调整废水的pH值为6.5，然后于37℃的温度下，在转速为150rpm的摇床上振荡吸附反应84h。然后通过过滤除去废水中的黄孢原毛平革菌菌球，完成对重金属镉的吸附去除。

对比例1

一种黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法，包括以下步骤：

(1)制备黄孢原毛平革菌菌球：同实施例1。

(2)重金属镉的吸附去除：将步骤(2)中制备得到的黄孢原毛平革菌菌球(加入量为0.29g/L)加入到镉浓度为5mg/L的含镉废水中，调整废水的pH值为6.5，然后于37℃的温度下，在转速为150rpm的摇床上振荡吸附反应84h。然后通过过滤除去废水中的黄孢原毛平革菌菌球，完成对重金属镉的吸附去除。

对实施例1、2和3，对比例1,进行去除率检测，具体的检测方法为：在振荡吸附反应过程中，每隔一段时间取出小份样品测定废水中残余镉的含量并计算镉的去除率，其检测结果列于表1中。

图3为镉残余浓度随振荡吸附反应时间的变化曲线。

表1银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌对重金属镉的去除效果

从图3和从表1中可知：银纳米颗粒显著增强了黄孢原毛平革菌吸附去除重金属镉的去除效率，银纳米颗粒含量越高，促进作用越强。当银纳米颗粒的加入量达到5mg/L，银纳米颗粒对黄孢原毛平革菌的促进作用减小。

完成重金属镉的吸附去除步骤后，将培养72h后的纯黄孢原毛平革菌和实施例2中吸附去除反应后的黄孢原毛平革菌从溶液中滤除，用超纯水洗涤并置于冷冻干燥机中干燥，将干燥后的两种黄孢原毛平革菌菌球置于扫描电子显微镜下镜检，镜检结果参见图4和图5。

由图4可知，培养72h后的纯黄孢原毛平革菌菌丝表面干净光滑，没有颗粒状物质出现。

由图5可知，菌丝的表面不再光滑干净，并出现了颗粒状物质，对该颗粒状物质进行能谱分析(参见图6)得知，该颗粒状物质为黄孢原毛平革菌吸附去除的重金属镉在其菌丝表面形成的颗粒，说明废水中的重金属镉得到了很好的去除。

因此，结合对比例1、实施例1、实施例2和实施例3的结果可知，本发明中利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌吸附去除重金属镉的优选银纳米颗粒的加入量为0.1mg/L～1mg/L，且最优为1mg/L，在该最优银纳米颗粒的加入量下银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌对重金属镉的吸附去除率可增加9.7％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法，其特征在于，包括以下步骤：将黄孢原毛平革菌菌球和银纳米颗粒加入到含镉废水中进行振荡吸附反应，完成对重金属镉的去除；所述银纳米颗粒的加入量为0.1mg/L～1mg/L。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述银纳米颗粒由柠檬酸三钠溶液、硼氢化钠溶液和硝酸银溶液通过搅拌制备得到，搅拌温度为25℃，搅拌转速为535～540r/min。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述柠檬酸三钠溶液的浓度为24mmol/L，所述硼氢化钠溶液的浓度为20mmol/L，所述硝酸银溶液的浓度为50mmol/L。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述黄孢原毛平革菌菌球是通过以下步骤制备得到：将黄孢原毛平革菌孢子粉末悬浮于无菌水中制成孢子悬液，再将该孢子悬液接种到Kirk液体培养基中，于35℃～39℃温度下以140rpm～160rpm转速振荡培养72h得到黄孢原毛平革菌菌球。

5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述黄孢原毛平革菌菌球的加入量为0.29g/L。

6.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述含镉废水的pH值为6.5。

7.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述含镉废水中镉的浓度为5mg/L。

8.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述振荡吸附反应的温度为35℃～39℃，振荡转速为140rpm～160rpm。

9.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述振荡吸附反应的时间为36h～84h。