一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于過濾綿【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿，包括多孔綿和水凝膠，多孔綿和水凝膠形成互相穿插的網(wǎng)線結(jié)構(gòu)，水凝膠占多孔綿空穴體積的體積份數(shù)為5%～50%，多孔綿內(nèi)的小孔孔徑為1μm～1cm。本發(fā)明的凝膠復(fù)合過濾綿由多孔綿和凝膠兩種材料通過基于層層自吸附交聯(lián)的方式有機的結(jié)合成，凝膠網(wǎng)絡(luò)穿插在海綿的空隙之間增加了載菌容量，而多孔綿為凝膠層提供了力學(xué)支撐和輸送氧氣、養(yǎng)分的額外通道，同時由于凝膠層的孔徑較多孔綿內(nèi)的小孔孔徑小，也提高過濾效果。
【專利說明】一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于過濾綿【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固定化微生物技術(shù)是現(xiàn)代生物工程領(lǐng)域中的一項新興技術(shù)，它是通過化學(xué)或物理的手段將游離細胞、微生物或酶定位于限定的空間區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并可反復(fù)利用的方法。在此之前微生物主要以游離的形式被應(yīng)用。但是游離微生物在流動條件下易被水流沖走，在靜水條件下易被其他生物所食用，并且缺乏吸附和生長繁殖的載體時其難以穩(wěn)定地長期發(fā)揮功能。因此人們開始考慮在水處理領(lǐng)域利用固定化微生物技術(shù)取代傳統(tǒng)的拋灑游離細菌的方法。前者較后者有著明顯的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在:處理效率高、穩(wěn)定性強、能純化和保持高效菌種、微生物濃度高、固液分離效果好。
[0003]微生物的固定化方法，主要有表面吸附(結(jié)合)固定技術(shù)、交聯(lián)(鍵聯(lián))固定化、包埋(多聚體)固定化和自身固定化(微生物細胞間自交聯(lián)固定化)等幾種方法。在各種微生物固定化方法中，包埋法以其密度低、易于流態(tài)化的優(yōu)越性成為目前研究應(yīng)用最廣泛的方法。常用的包埋法固定微生物的載體材料，有生物基高分子多糖類的瓊脂、海藻酸鈉、卡拉膠和合成高分子化合物聚丙烯酰胺(PACAM)、聚乙烯醇(PVA)。其中，生物基高分子凝膠如海藻酸鈉由于其凝膠成型的過程簡單，條件溫和，對微生物細胞沒有毒性，所以其在微生物細胞的包埋的應(yīng)用中最為廣泛。但包埋法制備工藝復(fù)雜、制備成本高、材料力學(xué)性能較差、傳質(zhì)阻力大、對微生物的生長和產(chǎn)物的代謝影響較大。而目前市面上常用的以聚氨酯、聚醚為原料的生化綿和海綿除了過濾作用外也都兼有吸附固定微生物的作用，但是載菌的容量很小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿，包括多孔綿和水凝膠，多孔綿和水凝膠形成互相穿插的網(wǎng)線結(jié)構(gòu)，水凝膠占多孔綿空穴體積的體積份數(shù)為5%?50%,多孔綿內(nèi)的小孔孔徑為I μ m?1cm。
[0006]多孔綿為聚氨酯類海綿、聚醚類生化綿或聚酯類生化綿。
[0007]本發(fā)明的凝膠復(fù)合過濾綿的有益效果，本發(fā)明的凝膠復(fù)合過濾綿由多孔綿和凝膠兩種材料通過基于層層自吸附交聯(lián)的方式有機的結(jié)合成，凝膠網(wǎng)絡(luò)穿插在海綿的空隙之間增加了載菌容量，而多孔綿為凝膠層提供了力學(xué)支撐和輸送氧氣、養(yǎng)分的額外通道，同時由于凝膠層的孔徑較多孔綿內(nèi)的小孔孔徑小，也提高國過濾效果。
[0008]本發(fā)明還提供一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿的制備方法，其制備步驟包括:第一步，將多孔綿浸入成膠高分子溶液I~10分鐘；
第二步，將經(jīng)過第一步浸泡的多孔綿放入凝固溶液或在-20°C~0°C的低溫條件下形成凝膠復(fù)合過濾綿；
第三步，將第二步制得的凝膠復(fù)合過濾綿浸入微生物溶液，靜置吸附0.5~5小時，制得成品。
[0009]成膠高分子溶液為海藻酸鈉、瓊酯和聚乙烯醇混合而成的復(fù)合溶液，其中，海藻酸鈉、瓊酯和聚乙烯醇在成膠高分子溶液中的質(zhì)量分數(shù)為0.5%~20%。
[0010]凝固溶液包括水溶性的鈣鹽和水，其中，鈣鹽的質(zhì)量分數(shù)是0.1%~20%。
[0011]微生物溶液包括有好氧微生物，好氧微生物為硝化細菌和/或光合細菌，好氧微生物占微生物溶液中的質(zhì)量分數(shù)為1%~30%。
[0012]本發(fā)明還提供另一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿的制備方法，其制備步驟包括:
第一步，將成膠高分子溶液與微生物溶液等體積混合形成微生物膠體溶液；
第二步，將多孔綿浸入第 一步制得的微生物膠體溶液I~10分鐘；
第三步，將經(jīng)過第二步處理的多孔綿放入凝固溶液或在-20°C~0°C的低溫條件下制得成品。
[0013]還包括第四步，用清水清洗經(jīng)過第三步處理的多孔綿，洗去未成膠的部分的溶液，然后將多孔綿浸入凝固溶液I~10分鐘，再將多孔綿和凝固溶液一起放入-20°c~0°C低溫環(huán)境中，使凝固溶液凝膠。
[0014]成膠高分子溶液為海藻酸鈉、瓊酯和聚乙烯醇混合而成的復(fù)合溶液，其中，海藻酸鈉、瓊酯和聚乙烯醇在成膠高分子溶液中的質(zhì)量分數(shù)為0.5%~20%。
[0015]凝固溶液包括水溶性的鈣鹽和水，其中，鈣鹽的質(zhì)量分數(shù)是0.1%~20%。
[0016]微生物溶液包括有好氧微生物，好氧微生物為硝化細菌和/或光合細菌，好氧微生物占微生物溶液中的質(zhì)量分數(shù)為1%~30%。
[0017]本發(fā)明的制備方法的有益效果:本發(fā)明的制備方法操作簡單，制得的凝膠復(fù)合過濾綿增加了載菌容量，而多孔綿為凝膠層提供了力學(xué)支撐和輸送氧氣、養(yǎng)分的額外通道，同時由于凝膠層的孔徑較多孔綿內(nèi)的小孔孔徑小，也提高國過濾效果。
【具體實施方式】
[0018]一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿，包括多孔綿和水凝膠，多孔綿和水凝膠形成互相穿插的網(wǎng)線結(jié)構(gòu)，水凝膠占多孔綿空穴體積的體積份數(shù)為5%~50%，多孔綿內(nèi)的小孔孔徑為I μ m~1cm。
[0019]多孔綿為聚氨酯類海綿、聚醚類生化綿或聚酯類生化綿。
[0020]實施例1
瓊酯凝膠復(fù)合濾綿的制備:以聚氨酯海綿為基底材料(市場上購買)，其空隙率為60%，平均孔徑為2mm,厚度為8cm。制備步驟:
第一步，將聚氨酯海綿下部3cm左右的海綿浸入90°C的10%的瓊酯溶液中，靜置3分
鐘；
第二步，將第一步的聚氨酯海綿和瓊酯溶液一起放入0°C度的冰箱中，放置2小時冷卻凝固成膠；
第三步，將經(jīng)過第二步處理的聚氨酯海綿放入含有20%質(zhì)量分數(shù)的光合細菌的菌原溶液中，放置I小時讓微生物被動吸附，這樣載有復(fù)合菌的凝膠濾綿就制成了。
[0021]實施例2
聚乙烯醇凝膠復(fù)合濾綿的制備:以為聚氨酯海綿為基底材料(市場上購買)，其空隙率為70%，平均孔徑為2mm，厚度為8cm。制備步驟:
第一步，將聚氨酯海綿下部3cm左右的海綿浸入90°C的15%的聚乙烯醇(牌號1799)溶液中，靜置3分鐘；
第二步，將第一步的聚氨酯海綿和聚乙烯醇溶液一起放入_20°C的冰箱中，放置10小時冷卻凝固成膠；
第三步，將經(jīng)過第二步處理的聚氨酯海綿放入含有20%質(zhì)量分數(shù)的光合細菌的菌原溶液中，放置I小時讓微生物被動吸附，這樣載有復(fù)合菌的聚乙烯醇的凝膠濾綿就制成了。
[0022]實施例3
海藻酸鈣凝膠復(fù)合過濾綿的制備方法:以聚酯類生化綿為基底材料(市場上購買)，其空隙率為75%，平均孔徑為1mm，厚度為5cm。制備步驟:
第一步，將含有4%的海藻酸鈉成膠溶液和10%的硝化細菌原菌的溶液等體積混合成微生物膠體溶液；
第二步，將聚酯類生化綿下部2cm左右的海綿浸入第一步制得的微生物膠體溶液中，停留5分鐘；
第三步，將經(jīng)過第二步處理的聚酯類生化綿再放入2%的氯化鈣溶液中，靜置3分鐘凝固成膠，成膠后用清水清洗凝膠表面，然后再重復(fù)上述第一步至第三步成膠操作兩次，使凝膠層厚度達到預(yù)定要求，這樣載有細菌的凝膠復(fù)合過濾綿就制成了。
[0023]實施例4
海藻酸鈣-聚乙烯醇凝膠復(fù)合濾綿的制備:以聚酯類生化綿為基底材料(市場上購買)，其空隙率為75%，平均孔徑為2mm，厚度為10cm。制備步驟:
第一步，將含有5%的海藻酸鈉成膠溶液和10%的硝化細菌溶液等體積混合成微生物膠體溶液；
第二步，用注射器將此第一步制得的微生物膠體溶液注入聚酯類生化綿中，使微生物膠體溶液均勻分布在聚酯類生化綿下部2cm處,使微生物膠體溶液形成厚度為Icm的含膠
薄層；
第三步，將經(jīng)過第二步處理的聚酯類生化綿放入2%的葡萄糖酸鈣溶液中，靜置5分鐘凝固成膠；
第四步，用清水清洗經(jīng)過第三步處理的聚酯類生化綿，洗去未成膠的部分的溶液，然后將聚酯類生化綿下部4cm處的海綿均浸入40°C的8%的聚乙烯醇(牌號1799)溶液中，停留10分鐘，最后放入_20°C冰箱中2小時，使聚乙烯醇溶液凝膠，這樣載有復(fù)合菌的海藻酸鈣-聚乙烯醇的凝膠濾綿就制成了。
[0024]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠?qū)ι鲜鰧嵤┓绞竭M行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所作出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。此夕卜，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
【權(quán)利要求】
1.一種能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿，包括多孔綿和水凝膠，其特征在于:多孔綿和水凝膠形成互相穿插的網(wǎng)線結(jié)構(gòu)，水凝膠占多孔綿空穴體積的體積份數(shù)為5%~50%,多孔綿內(nèi)的小孔孔徑為Ιμmι~1cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿，其特征在于:多孔綿為聚氨酯類海綿、聚醚類生 化綿或聚酯類生化綿。
3.權(quán)利要求1或2所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿的制備方法，其制備步驟包括: 第一步，將多孔綿浸入成膠高分子溶液I~10分鐘； 第二步，將經(jīng)過第一步浸泡的多孔綿放入凝固溶液或在-20°C~0°C的低溫條件下形成凝膠復(fù)合過濾綿； 第三步，將第二步制得的凝膠復(fù)合過濾綿浸入微生物溶液，靜置吸附0.5~5小時，制得成品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿的制備方法，其特征在于:成膠高分子溶液為海藻酸鈉、瓊酯和聚乙烯醇混合而成的復(fù)合溶液，其中，海藻酸鈉、瓊酯和聚乙烯醇在成膠高分子溶液中的質(zhì)量分數(shù)為0.5%~20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿及制備方法，其特征在于:凝固溶液包括水溶性的鈣鹽和水，其中，鈣鹽的質(zhì)量分數(shù)是0.1%~20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿及制備方法，其特征在于:微生物溶液包括有好氧微生物，好氧微生物為硝化細菌和/或光合細菌，好氧微生物占微生物溶液中的質(zhì)量分數(shù)為1%~30%。
7.權(quán)利要求1或2所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿的制備方法，其制備步驟包括: 第一步，將成膠高分子溶液與微生物溶液等體積混合形成微生物膠體溶液； 第二步，將多孔綿浸入第一步制得的微生物膠體溶液I~10分鐘； 第三步，將經(jīng)過第二步處理的多孔綿放入凝固溶液或在-20°C~0°C的低溫條件下制得成品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿的制備方法，其特征在于:還包括第四步，用清水清洗經(jīng)過第三步處理的多孔綿，洗去未成膠的部分的溶液，然后將多孔綿浸入凝固溶液I~10分鐘，再將多孔綿和凝固溶液一起放入_20°C~0°C低溫環(huán)境中，使凝固溶液凝膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿的制備方法，其特征在于:成膠高分子溶液為海藻酸鈉、瓊酯和聚乙烯醇混合而成的復(fù)合溶液，其中，海藻酸鈉、瓊酯和聚乙烯醇在成膠高分子溶液中的質(zhì)量分數(shù)為0.5%~20%。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的能夠作為微生物載體的凝膠復(fù)合過濾綿及制備方法，其特征在于:微生物溶液包括有好氧微生物，好氧微生物為硝化細菌和/或光合細菌，好氧微生物占微生物溶液中的質(zhì)量分數(shù)為1%~30%。
【文檔編號】C02F3/10GK103949116SQ201410170007
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】佘振 申請人:寧波桑尼新材料科技有限公司