專利名稱：一種包埋微生物載體及其光化學制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于固定化生物領域，特別涉及一種包埋微生物載體及其光化學制備方法。
背景技術：
固定化生物技術是從20世紀60年代發(fā)展起來的一項新技木，它是用化學的或者物理的手段和方法將游離細胞或酶定位在某一特定空間范圍內(nèi)，保留其固有的催化活性，且能夠被重復和連續(xù)使用的現(xiàn)代生物工程技木。固定化包埋技術由于具有包埋微生物密度高，耐外界環(huán)境沖擊能力強，固液分離簡單，操作簡單等優(yōu)點，因此在化工合成，催化，食品，能源制造及廢水處理等領域具有廣泛的應用前景。但是目前的包埋微生物普遍存在活性低、壽命短的缺點，難以實現(xiàn)大規(guī)模エ業(yè)化應用。因此，如何在保證包埋載體內(nèi)微生物活性的基礎上，提高載體的壽命，使之在反應器中長期穩(wěn)定運行是目前的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種包埋微生物載體及其光化學制備方法，本發(fā)明的包埋微生物載體活性高，強度大，在流化反應器中的運行壽命可達到1. 5年，且微生物活性在包埋后可保持88%以上；該包埋方法簡單、方便、易于操作、成本較低，可廣泛應用于微生物、酶、蛋白質(zhì)及非微生物種類物質(zhì)的包埋，并可大規(guī)模エ業(yè)化制備。本發(fā)明的一種包埋微生物載體，該載體是以水溶性自由基聚合單體或預聚物、交聯(lián)劑、含不飽和雙鍵的烯類基硅氧烷、過硫酸鉀、安息香ニ甲醚、四甲基こニ胺、水和被包埋物為原料，通過光化學反應制備成水凝膠載體；其中，所述的被包埋物為微生物、酶、蛋白質(zhì)或非微生物種類物質(zhì)。所述制備微生物載體的各原料質(zhì)量百分比如下
水溶性由基聚合單體或 豪物4 12 wt%
交聯(lián)割0.2-1 wt%
含不飽和雙鍵的烯類基硅氧烷卜14 wt%
過毓酸 If0.03-0.67 wt%
安息香_......'-{- 0.1-1.2 wt%
_1 f1 雄乙胺0.78-3.8 wt%被包埋物3 17 wt%
水70 89 wt% 優(yōu)選的各原料質(zhì)量百分比如下
水溶性rnif坫聚合iT'-體或M聚物6 I owt%
交聯(lián)劑OJ 0.8 wt%
含不飽和雙鍵的烯類基硅氧烷2 13 wt%
過硫暖押0,04-0.4 wt%
安息香-......屮 Sf0.3-1.0 wt%
同 tH 基こ—.....胺0.9-3.2 wt%
被包埋物3.8-12 wt%
水75-86wt% ；所述的水溶性自由基聚合單體選自丙烯酰胺、丙烯酰羥こ酷、甲基丙烯酸-0 -羥こ酯中的任ー種或任意幾種的混合物；所述的水溶性自由基聚合預聚物選自聚こニ醇預聚物、聚氨酯預聚物中的任ー種或任意幾種的混合物；所述的交聯(lián)劑選自N，N'亞甲基雙丙烯酰胺，聚こニ醇ニ丙烯酸酯，聚こニ醇ニ甲基丙烯酸酯中的任ー種或任意幾種的混合物；所述的含不 飽和雙鍵的稀類基娃氧燒為こ稀基娃氧燒;所述的こ稀基娃氧燒為こ稀基ニこ氧基娃燒、こ稀基ニ甲氧基娃燒或こ稀基ニ甲
基娃氧燒。本發(fā)明的一種包埋微生物載體的光化學制備方法，包括在相應步驟中加入按下述配比的各原料
水溶性自由基聚介單體或預聚物4-12 wt%
交聯(lián)劑0.2~1 wt%
含不飽和雙鍵的烯類基 氧烷KM wt%
過硫酸鉀0.03 0.67 wt%
安息+件'Jf1SI0.1 1.2wt%
PWfUI 乙.胺0.78 3.Swt%
被ti■物3-17 wt%
7jC (體IM a+體IMb)70-89 wt%(I)將水溶性自由基聚合單體或預聚物溶解于體積為a的水中，加入交聯(lián)劑，攪拌溶解，得溶液A ;(2)在體積為b的水中加稀酸調(diào)整pH至1-5. 5，然后加入含不飽和雙鍵的烯類基硅氧烷，攪拌至水解，得溶液B ；(3)根據(jù)被包埋物活性的需要與否，選擇性地進行步驟(3)操作，在保持體積不變的情況下，將溶液B進行減壓蒸餾，去除甲醇或こ醇，得溶液C ；
(4)根據(jù)步驟(3)的操作與否，將溶液A與溶液B或C混勻，采用PBS緩沖液將之PH調(diào)整至中性，然后加入待包埋物，攪拌均勻，得混合液D ；(5)在混合液D中加入安息香ニ甲醚，四甲基こニ胺，過硫酸鉀，快速攪拌均勻；(6)將步驟(5)得到的反應液置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化，制得水凝膠載體。制備過程中，優(yōu)選的各原料的配比如下
水溶性『I 1丨1 聚fr中-體成《聚物6 i0wt%
交_ 劃0.3 0.8wt%
含不飽和*鍵_烯類基11氧爐2~f3wt%
過硫酸鉀0.04-0.4 wt%·
安怠作1丨1懸0.3-1.0 wt%
,丨りI乙ぺ胺0.9^3.2 wt%
被包物3.8 12wt%
水(體#U+體IUb)75 86wt% ；步驟(6)中所述的輻照為2-6分鐘。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有包埋微生物活性低，載體強度低的缺點。通過調(diào)整有機単體、無機材料之間的配比，在光化學引發(fā)下，可在常溫有氧條件下對微生物進行包埋固定，微生物活性在包埋后可保持88%以上。該包埋方法不僅可用于透明體系的微生物或非微生物包埋，還可適用于非透明體系的微生物或非微生物體系的包埋。有益效果(I)本發(fā)明提供的包埋微生物載體活性高，強度大，在流化反應器中的運行壽命可達到1. 5年；(2)本發(fā)明的包埋方法簡單、方便、易于操作、成本較低，可廣泛應用于微生物、酶、蛋白質(zhì)及非微生物種類物質(zhì)的包埋，并可大規(guī)模エ業(yè)化制備。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進ー步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1(I)丙烯酰胺6g溶解在20ml水中，加入N，N'亞甲基雙丙烯酰胺0. 24g，攪拌至溶解，得溶液A ;(2)于40ml去離子水中加入稀酸(0. lmol/L的HCl)調(diào)整pH為1-5. 5，然后加入こ烯基三甲氧基硅烷6ml (相當于5. 826g)，攪拌至水解；(3)將溶液A與步驟(2)所得溶液混勻，采用PBS緩沖液將其pH調(diào)整至中性，然后加入6g活性污泥(閔行污水處理廠ニ沉池濃縮污泥)，攪拌均勻；(4)在步驟(3)所得混合液中加入安息香ニ甲醚溶液0. 3ml (0. 3gN_こ烯吡咯烷酮中含安息香ニ甲醚0. 18g)，四甲基こニ胺2ml (相當于1.56g)，過硫酸鉀飽和水溶液5ml(4. 9g去離子水中含過硫酸鉀0. 15g)，快速攪拌均勻；(5)將步驟(4)制得的反應液置于輻照光源下輻照4分鐘，進行固化；(6)根據(jù)需要將固化后的包埋載體割成相應的尺寸及大小。此方法制備的包埋菌，經(jīng)呼吸速率測試實驗證實其活性保持約在92%。并經(jīng)2星期馴化后，在上流式充氧反應器中填充率為10%的條件下，在3h內(nèi)對500mg/l以內(nèi)苯酚廢水的去除率可達97 %左右。實施例2(I)丙烯酰胺5. 5g溶解在30ml水中，加入N，N'亞甲基雙丙烯酰胺0. 18g，攪拌至溶解，得溶液A ;(2)于30ml去離子水中 加入稀酸(0. lmol/L的HCl)調(diào)整pH為1-5. 5，然后加入こ烯基三こ氧基硅烷12ml (相當于10. 8g)，攪拌至水解；(3)在步驟(2)所得溶液中加入IOml的去離子水，將其減壓蒸餾至無こ醇，并使溶液體積與步驟(2)所得溶液體積相同；(4)將溶液A與步驟(3)所得溶液混勻，采用PBS緩沖液將其pH調(diào)整至中性，然后加入4. 5g活性污泥(閔行污水處理廠ニ沉池濃縮污泥)，攪拌均勻；(5)在步驟(4)所得混合液中加入安息香ニ甲醚溶液0. 4ml (0. 4gN_こ烯吡咯烷酮中含安息香ニ甲醚0. 24g)，四甲基こニ胺1. 6ml (相當于1. 25g)，過硫酸鉀飽和水溶液4ml (3. 9ml去離子水中含過硫酸鉀0. 12g)，快速攪拌均勻；(6)將步驟(5)制得的反應液置于輻照光源下輻照4分鐘，進行固化；(7)根據(jù)需要將固化后的包埋載體割成相應的尺寸及大小。此方法制備的包埋菌，經(jīng)呼吸速率測試實驗證實其活性保持約在93%。并經(jīng)2星期馴化后，在上流式充氧反應器中填充率為10%的條件下，對500mg/l含苯酚的氨氮廢水的處理效果如下3 4h內(nèi)對苯酚的去除率可達到97%左右，6-7h內(nèi)對氨氮的去除率可達到92%以上。實施例3(I)丙烯酰胺7. 5溶解在40ml水中，加入N，N'亞甲基雙丙烯酰胺0. 30g，攪拌至溶解，得溶液A ;(2)于20ml去離子水中加入稀酸(0. lmol/L的HCl)調(diào)整pH為1-5. 5，然后加入こ烯基三甲氧基硅烷4ml (相當于3. 89g)，攪拌至水解；(3)將溶液A與步驟(2)所得溶液混勻，采用PBS緩沖液將其pH調(diào)整至中性，然后加入5g硝化菌(閔行污水處理廠ニ沉池活性污泥馴化而得)，攪拌均勻；(4)在步驟(3)所得混合液中加入安息香ニ甲醚溶液0. 5ml (0. 5g N-こ烯吡咯烷酮中含安息香ニ甲醚0.3g)，四甲基こニ胺2ml (相當于1.56g)，過硫酸鉀飽和水溶液5ml(4. 9g去離子水中含過硫酸鉀0. 15g)，快速攪拌均勻；(5)將步驟(4)制得的反應液置于輻照光源下輻照4分鐘，進行固化；(6)根據(jù)需要將固化后的包埋載體割成相應的尺寸及大小。
此方法制備的包埋菌，經(jīng)呼吸速率測試實驗證實其活性保持約在90%。并經(jīng)疒3個星期馴化后，在上流式充氧反應器中填充率為10%的條件下，對500mg/l以內(nèi)的氨氮廢水的處理效果如下6-7h內(nèi)對氨氮的去除率可達到96%以上。雖然本發(fā)明已將較佳實施例掲示如上，然其并非用以限定本發(fā)明的內(nèi)容，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的主要精神和內(nèi)容范圍內(nèi)，當可作各種更動與潤飾，因此發(fā)明的保護范圍應以申請 專利的實際權(quán)利要求范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種包埋微生物載體，該載體是以水溶性自由基聚合單體或預聚物、交聯(lián)劑、含不飽和雙鍵的烯類基硅氧烷、過硫酸鉀、安息香ニ甲醚、四甲基こニ胺、水和被包埋物為原料，通過光化學反應制備成水凝膠載體；其中，所述的被包埋物為微生物、酶、蛋白質(zhì)或非微生物種類物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種包埋微生物載體，其特征在于所述制備微生物載體的各原料質(zhì)量百分比如下水溶性IiJ由基聚合單體或頻聚物4~12 wt%交聯(lián)劑0.2~1 wt% 含不飽和雙鍵的録類基硅氣烷卜14 wt%過硫酸鉀0.03 0.67 wt%安息香—:￥ tt0.1 1.2 wt%目甲基乙.......胺0.78-3.8 wt% 被包埋物3 17wt%氷70-89 wt%
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種包埋微生物載體，其特征在于所述制備微生物載體的各原料質(zhì)量百分比如下水洛性自由基聚俞單倖或預豪物6~10wt%交聯(lián)劑0.3 0.8 wt%含不飽#D雙鍵的烯類基硅氧烷2~13wt%過硫酸鉀0.04 0.4 wt%安息香.......甲 BI0.3 LO wt%_甲基こニ胺0.9-3.2 wt%被包埋物3.8 12wt%水75 86wt% =
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的ー種包埋微生物載體，其特征在于所述的水溶性自由基聚合單體選自丙烯酰胺、丙烯酰羥こ酷、甲基丙烯酸-P -羥こ酯中的任ー種或任意幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的ー種包埋微生物載體，其特征在于所述的水溶性自由基聚合預聚物選自聚こニ醇預聚物、聚氨酯預聚物等中的任ー種或任意幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的ー種包埋微生物載體，其特征在于所述的交聯(lián)劑選自N，N'亞甲基雙丙烯酰胺，聚こニ醇ニ丙烯酸酯，聚こニ醇ニ甲基丙烯酸酯中的任ー種或任意幾種的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的ー種包埋微生物載體，其特征在于所述的含不飽和雙鍵的稀類基娃氧燒為こ稀基ニこ氧基娃燒、こ稀基ニ甲氧基娃燒或こ稀基ニ甲基娃氧燒。
8.—種包埋微生物載體的光化學制備方法，包括 在相應步驟中加入按下述配比的各原料 水溶性n由《聚介爾體處預豪物4 12 wt%交聯(lián)劑0.2-1 wt% 含f飽和雙鍵1 基SI氧鐵1-14 wt%過硫酸1-1P0.03-0.67 wt%安息fF:甲SI0.1-1.2 wt%PU 屮基乙-......:胺0.78 3.8 wt% 被包Iffl物3 17wt%水，體積a+體枳b70-89 wt% (1)將水溶性自由基聚合單體或預聚物溶解于體積為a的水中，加入交聯(lián)劑，攪拌溶解，得溶液A ; (2)在體積為b的水中加稀酸調(diào)整pH至1-5.5，然后加入含不飽和雙鍵的烯類基硅氧烷，攪拌至水解，得溶液B ; (3)根據(jù)被包埋物活性的需要與否，選擇性地進行步驟(3)操作，在保持體積不變的情況下，將溶液B進行減壓蒸餾，去除甲醇或こ醇，得溶液C ; (4)根據(jù)步驟(3)的操作與否，將溶液A與溶液B或C混勻，采用PBS緩沖液將之pH調(diào)整至中性，然后加入待包埋物，攪拌均勻，得混合液D ； (5)在混合液D中加入安息香ニ甲醚，四甲基こニ胺，過硫酸鉀，快速攪拌均勻； (6)將步驟(5)得到的反應液置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化，制得水凝膠載體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種包埋微生物載體的光化學制備方法，其特征在于所述各原料的配比如下 由* 介單體或M聚物6 10wt%+交聯(lián)劑0.3-(18 wt%含不飽和雙鍵的烯類基硅氣烷2~ 13wt%過硫_鉀0.04-0.4 wt%安息香—'JT1II0.3 1.0 wt%四中 J1I 乙.......胺0.9 3.2 wt%被物3.8 i2wt%7k,體積 a+體積 b75~86wt% 。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種包埋微生物載體的光化學制備方法，其特征在于步驟(6)中所述的輻照為2-6分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉一種包埋微生物載體，該載體是以水溶性自由基聚合單體或預聚物、交聯(lián)劑、含不飽和雙鍵的烯類基硅氧烷、過硫酸鉀、安息香二甲醚、四甲基乙二胺、水和被包埋物為原料，通過光化學引發(fā)，在常溫有氧條件下對微生物進行包埋固定。本發(fā)明制備所得包埋微生物載體活性高，強度大，在流化反應器中的運行壽命可達到1.5年，且微生物活性在包埋后可保持88％以上；該包埋方法簡單、方便、易于操作、成本較低，可廣泛應用于微生物、酶、蛋白質(zhì)及非微生物種類物質(zhì)的包埋，并可大規(guī)模工業(yè)化制備。
文檔編號C08F2/48GK103060304SQ201210586228
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者喬向利 申請人:上海交通大學