專利名稱：一種產(chǎn)電微生物輔助的納米材料光還原降解有機污染物的方法
一種產(chǎn)電微生物輔助的納米材料光還原降解有機污染物的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明建立光還原納米材料和產(chǎn)電微生物Shewanella oneidensis MR-1聯(lián)用的新型處理方法，提高對污染物的還原降解能力，屬于水、廢水、污水或污泥處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于經(jīng)濟和工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)污染給人類環(huán)境帶來很大的危害，尤其是工業(yè)污水對環(huán)境的污染。納米材料由于其獨特的理化特性(例如離子團聚、光電效應(yīng)、電和熱導(dǎo)性、催化活性)，因此許多領(lǐng)域的科學家和研究人員的對此有了很大的興趣。因而納米技術(shù)為環(huán)境科學領(lǐng)域提供了新的研究機遇，推動了環(huán)境污染修復(fù)的研究向更深層次發(fā)展。尋求環(huán)境友好型的高效納米材料已經(jīng)成為國內(nèi)外環(huán)境科學研究中新的熱點。國際上對納米材料環(huán)境中難降解有機污染物的修復(fù)已被廣泛研究。但是對于有些納米材料而言，由于其光子能量較低，產(chǎn)生光生電子和空穴慢，以致其催化降解速率慢。因此我們需要尋求一種既節(jié)約成本又能夠提高降解有機污染物效率的方法。
金屬還原菌Shewanella是種兼性厭氧的革蘭氏陰性菌。S. oneidensis MR-I是其中的模式菌株。在厭氧條件下，Shewanella能異化還原硝酸鹽、亞硝酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鈉、TMAO等化合物，也能異化還原多種金屬電子受體，如U (VI)、Cr (VI)、锝、镎、钚、 硒酸鹽、黃碲礦、釩酸鹽等。近期我們在此方面開展的研究發(fā)現(xiàn)，Shewanella菌能夠還原偶氮類染料、金屬復(fù)合染料、三苯甲烷類染料以及硝基芳烴類染料等多種有機污染物。因此， Shewanella菌對環(huán)境有機染料具有較廣泛的修復(fù)能力。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，Shewanella菌對這些污染物的降解并不是通過特殊的降解酶的作用，而是通過細胞表面的非特異性放電所導(dǎo)致的污染物還原降解。這使得Shewanella菌具有對多種污染物的廣泛降解能力，從而使其在實際環(huán)境中的復(fù)合污染物的降解處理中具有重要的潛在應(yīng)用價值。但是Shewanella 的還原降解能力受到其表面釋放的電子電能的影響，從而限制了其對難降解有機染料以及其它難降解有機污染物的降解能力。因此如果提高細菌所釋放的電子能量，將直接增強其對難降解有機污染物的修復(fù)能力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對產(chǎn)電微生物對難降解污染物降解能力低的問題，通過將產(chǎn)電微生物s. oneidensis MR-I和光還原納米材料聯(lián)用，建立起一種促進難降解污染物高效還原修復(fù)的新型技術(shù)集成方法。Shewanella菌厭氧呼吸產(chǎn)生的電子,通過Mtr電子通路輸送到細菌表面，并傳遞給光還原納米材料，通過光輻射激發(fā)，將電子能量提高，從而提高對難降解污染物的修復(fù)能力(圖I)。
本發(fā)明所述方法，是將光還原納米材料與產(chǎn)電微生物聯(lián)用降解有機污染物。如將光還原納米材料添加到含有機污染物的產(chǎn)電微生物生長培養(yǎng)基中，并接入產(chǎn)電微生物進行厭氧培養(yǎng)，降解有機污染物。
本發(fā)明所述產(chǎn)電微生物優(yōu)選S. oneidensis MR-I。所述光還原納米材料是磷酸銀納米顆粒。
S. oneidensis MR-I和光還原納米材料聯(lián)用促進難降解有機染料降解的方法,按照下述步驟進行
(I)S. oneidensis MR-I進行30 ° C過夜培養(yǎng)，離心去上清液后，將沉淀用S.oneidensis MR-I礦物鹽培養(yǎng)基懸浮，pH=7. O,并調(diào)菌體濃度至4 6 X 106CFU/ml ；
(2)將步驟(I)獲得的菌體懸浮液接入已沖過氮氣密封的S. oneidensisMR-Ι生長培養(yǎng)基中，所述培養(yǎng)基含磷酸銀納米顆粒和難降解有機污染物20mg/l，混合搖勻，放置在黑暗環(huán)境下Ih。
(3)將IOml (2)混合懸浮溶液放入振蕩器通入光照，在30°C下進行。
具體操作如下
一、S. oneidensis MR-I 菌體的制備
(I)配置固體平板酵母膏蛋白胨培養(yǎng)基(也稱為LB培養(yǎng)基，含有酵母提取物5g/l、 蛋白胨 10g/l、NaCl 10g/l)，對 S. oneidensis MR-I 進行 30。C 下過夜培養(yǎng)。
(2)將活化的菌體接種于50ml LB, 30° C、200rpm過夜培養(yǎng)到對數(shù)期，取對數(shù)期菌液，5000rpm 離心 15min,取沉淀，加入 S. oneidensis MR-I 礦物鹽培養(yǎng)基(Bretschger et al. 2007)中(ρΗ=7· 0)，將細菌懸浮液調(diào)成4 6X 106CFU/ml。
二、含有光還原納米材料懸浮液的培養(yǎng)基制備
(I)稱取市購或者自身合成的0. 006g光還原納米材料，將其懸浮于IOmlS.oneidensis MR-I生長培養(yǎng)基，通入高純氮氣與溶液中l(wèi)Omin，之后密封。
(2)將所配懸浮液置于超聲波儀中超聲30min，直到溶液均勻分散。
三、S. oneidensis MR-I和光還原納米材料磷酸銀聯(lián)用體系
(I)將Iml步驟一中所制備的細菌懸浮液用無菌注射器注入步驟二中所配的光還原納米材料懸浮液中(含有機污染物20mg/l)，并充分搖勻；
(2)將以上懸浮液放入黑暗環(huán)境中l(wèi)h，使其對染料達到吸附平衡，之后放入振蕩器，進行光照，溫度控制在30° C;
(3)對測試樣品定期取樣，評估實際修復(fù)效果。
本發(fā)明中所述的光還原納米材料是指磷酸銀納米顆粒。
本發(fā)明在傳統(tǒng)利用產(chǎn)電微生物降解有機污染物的基礎(chǔ)上，通過S. oneidensis MR-I產(chǎn)生電子并傳遞給光還原納米材料，在光照激發(fā)條件下，將電子的能量提高，從而顯著提高產(chǎn)電微生物對難降解有機污染物的修復(fù)能力。


圖I是產(chǎn)電微生物輔助的納米材料光還原降解處理技術(shù)的原理圖。
圖2是S. oneidensis MR-I和Ag3PO4納米顆粒聯(lián)用與對照組的最大吸收峰。
圖3是S. oneidensis MR-I和Ag3PO4納米顆粒聯(lián)用與對照組在554nm處的吸光值。
具體實施方式
本發(fā)明所述菌體S. oneidensis MR-1是一種模式的產(chǎn)電微生物(Genome sequence of thedissimilatory metal ion - reducing bacterium Shewanella oneidensis. Nature Biotechnology. 2002, 20:1118-1123)，由美國加利福尼亞大學尼爾森教授贈送；該菌保存于美國模式典型物收集中心(ATCC)，菌株編號是ATCC 700550 。此菌種可直接從該中心購買。所用光還原納米材料為磷酸銀納米顆粒；所用的降解染料為羅丹明B。
(I)將保存在甘油中的S. oneidensis MR-I劃線于LB平板上，30° C過夜培養(yǎng)；
(2)用牙簽挑取活化好的單菌落，接種于50ml LB液體培養(yǎng)基中，30° C、200rpm 搖至對數(shù)期，取對數(shù)期菌液，5000rpm離心15min,去上清液，用S. oneidensis MR-I礦物鹽培養(yǎng)基(Bretschger, 0.，et. al. 2007. Current production and metal oxide reduction byShewanella oneidensis MR-I wild type and mutants. Applied and EnvironmentalMicrobiology 73:7003-7012.)將菌體沉淀重懸,用分光光度計將細菌懸浮液調(diào)成4 6 X 106CFU/ml，待用；
(3)稱取0. 002g羅丹明B溶于100ml S. oneidensis MR-I生長培養(yǎng)基中，設(shè)立實驗組(同時加入S. oneidensis MR-I和磷酸銀納米材料)、陰性對照組A (只加磷酸銀納米材料)和陰性對照組B (只加入S. oneidensis菌),通入高純氮氣與溶液中IOmin,之后密封；
(4)將Iml菌體懸浮液用注射器分別注入(3)中實驗組和陰性對照組B，并充分搖勻；另外將Iml S. oneidensis MR-I礦物鹽培養(yǎng)基注入(3)中只加磷酸銀納米材料的對照組A ；
(5)對(4)中懸浮液放入黑暗干燥環(huán)境中l(wèi)h，使其對染料達到吸附平衡，之后放入振蕩器，通入光照，溫度控制在30°C ；
(6)在前三天每24h對實驗組和對照組進行取樣(嚴格要求厭氧)，以后每48h進行取樣。
對所取樣品利用紫外分光光度計進行掃描；
實驗數(shù)據(jù)證明圖2為S. oneidensis MR-I和Ag3PO4納米顆粒聯(lián)用和對照組的最大吸收峰偏移情況，從圖中可以看到，空白和菌體對照的最大吸收峰都出現(xiàn)在554nm。而只加材料和S. oneidensis MR-I和Ag3PO4納米顆粒聯(lián)用的最大吸收峰發(fā)生很大的藍移(吸收峰向短波長移動)，這說明以上兩處理組中的羅丹明B都被降解成為其它結(jié)構(gòu)有機物質(zhì)。
在圖3中S. oneidensis MR-I和Ag3PO4納米顆粒聯(lián)用與對照組相比較,接菌的羅丹明B染料的吸光值減小，但不明顯；只加Ag3PO4納米顆粒的羅丹明B吸光值明顯減小，其降解率為69. 4% ;而S. oneidensis MR-I和Ag3PO4納米顆粒聯(lián)用組的羅丹明B的吸光值比以上對照小很多，其降解率為97. 2%。綜合以上可以說明S. oneidensis MR-I和Ag3PO4納米顆粒聯(lián)用明顯提高了羅丹明B的降解效率。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)電微生物輔助的納米材料光還原降解有機污染物的方法，是將光還原納米材料與產(chǎn)電微生物聯(lián)用降解有機污染物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，是將光還原納米材料添加到含有機污染物的產(chǎn)電微生物生長培養(yǎng)基中，并接入產(chǎn)電微生物進行厭氧培養(yǎng)，降解有機污染物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于所述產(chǎn)電微生物是5one dens is MR-I ； 所述光還原納米材料是磷酸銀納米顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，包括下述步驟(1)5oneidensis MR-I進行30 °C過夜培養(yǎng)，離心去上清液后，將沉淀用S. oneidensis MR-I礦物鹽培養(yǎng)基懸浮，pH=7. O,并調(diào)菌體濃度至4 6 X IO6 CFU/ml ；(2)將步驟(I)獲得的菌體懸浮液接入已沖過氮氣密封的S.oneidensisW.~\生長培養(yǎng)基中，所述培養(yǎng)基含磷酸銀納米顆粒和難降解有機污染物20 mg/ ，混合搖勻，放置在黑暗環(huán)境下I h ；(3)將10ml (2)混合懸浮溶液放入振蕩器通入光照，在30°C下進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的產(chǎn)電微生物和光還原納米材料聯(lián)用提高有機污染物降解效率的方法，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求I所述的難降解有機污染物是羅丹明B。
全文摘要
本發(fā)明通過將光還原納米材料和產(chǎn)電微生物聯(lián)用，建立了一種產(chǎn)電微生物輔助的納米材料光還原降解的新型污染物處理方法，顯著增強了產(chǎn)電微生物對污染物的還原降解能力。本發(fā)明屬于水、廢水、污水或污泥處理領(lǐng)域。將光還原納米材料添加到產(chǎn)電微生物生長培養(yǎng)基中，并接入產(chǎn)電微生物ShewanellaoneidensisMR-1進行厭氧培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，光納米材料從產(chǎn)電微生物得到電子傳遞，并通過光照激發(fā)提高了電子能量，從而增強了電子對污染物還原降解的能力。該新型降解方法適用于多種有機污染物的還原降解處理。因此該發(fā)明可以為工業(yè)印染廢水等污染物的高效處理提供一種全新的處理工藝和技術(shù)手段，具有非常重要的實際應(yīng)用價值，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。
文檔編號C02F3/34GK102936060SQ201210434970
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者肖翔, 馬曉波, 吳勇民, 曹丹鳴, 雷育斌, 劉鵬程, 王明娜, 杜道林 申請人:江蘇大學