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      一種CdS/C3N4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系和制備方法及應(yīng)用

      文檔序號:39335474發(fā)布日期:2024-09-10 11:47閱讀:5來源:國知局
      一種CdS/C3N4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系和制備方法及應(yīng)用

      本發(fā)明屬于污水處理,涉及一種cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系和制備方法及應(yīng)用。


      背景技術(shù):

      1、隨著工業(yè)活動和人口的快速增長,化肥和其他氮化合物的過度消費(fèi)導(dǎo)致了嚴(yán)重的氮污染環(huán)境問題,如富營養(yǎng)化和氣候變化。其中富氮廢水的排放導(dǎo)致接收水體的嚴(yán)重富營養(yǎng)化和脫氧。no3--n作為一種污染物,廣泛存在于地表水和地下水中。如若處理不完全將會導(dǎo)致大量氮源進(jìn)入環(huán)境,加重氮源污染形勢,甚至對人類健康造成危害,如高鐵血紅蛋白血癥和結(jié)腸癌。

      2、在當(dāng)前眾多氮源污染去除方法中,微生物反硝化因其低運(yùn)行費(fèi)用和便于操作維護(hù)等優(yōu)勢而成為水體或污水中脫氮的重要方法之一。生物反硝化的主要途徑硝酸鹽(no3--n)減少n2催化多個反硝化酶在微生物,因此它被廣泛應(yīng)用于在廢水處理廠去除no3--n和(nh4+-n)。然而,在實(shí)際使用過程中,面臨著一系列需要解決的問題。其中包括微生物反硝化細(xì)菌對光敏感的問題,即在有光條件下,細(xì)菌啟動時間較長、反硝化速率降低的現(xiàn)象。

      3、太陽能是最重要的清潔能源。近年來,研究者提出了利用太陽能驅(qū)動微生物細(xì)胞工廠的設(shè)想。其基本原理是將半導(dǎo)體材料與微生物相結(jié)合,半導(dǎo)體材料在太陽光照射下產(chǎn)生光電子,而光電子和光空穴可以有效加速微生物和半導(dǎo)體之間的電子轉(zhuǎn)移。在大多數(shù)情況下,半導(dǎo)體-微生物界面上的電子轉(zhuǎn)移和利用程度決定了污染物降解或物合成程的性能。

      4、半導(dǎo)體材料與微生物相結(jié)合的方法中存在反硝化效率低的技術(shù)問題。

      5、因此,研究一種半導(dǎo)體與反硝化細(xì)菌耦合體系,對解決反硝化細(xì)菌光敏性,提高微生物反硝化效率,在污染物降解領(lǐng)域具有十分重要的意義。


      技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

      1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中反硝化效率低的問題,本發(fā)明的目的在于提供一種cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系和制備方法及應(yīng)用,該方法制備的耦合體系具有較高的反硝化效率。

      2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:

      3、一種cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,包括以下步驟:

      4、將cds/c3n4光催化材料殺菌后與反硝化培養(yǎng)基按照質(zhì)量比1:(1000-5000),得到cds/c3n4光催化材與反硝化培養(yǎng)基的混合物;

      5、將含有反硝化細(xì)菌的lb培養(yǎng)基離心后,得到濕菌體,將濕菌體清洗后加入到cds/c3n4光催化材與反硝化培養(yǎng)基的混合物中,得到cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系。

      6、進(jìn)一步的,cds/c3n4光催化材料制備:將尿素在500℃下加熱3小時,得到c3n4材料,將c3n4材料懸浮于50ml超純水中,并加入cd(no3)2·4h2o,超聲后,得到懸浮液,向懸浮液中加入na2s·9h2o,得到沉淀,干燥,得到cds/c3n4光催化材料。

      7、進(jìn)一步的,反硝化培養(yǎng)基通過以下過程制得:將kno3、nh4cl、na2hpo4·12h2o、nah2po4、ch3coona和微量元素水溶液加入到無菌水,得到混合物,將混合物滅菌后加入mgso4·7h2o后,調(diào)節(jié)ph為7-8,然后通入氬氣,并進(jìn)行密封,得到反硝化培養(yǎng)基。

      8、進(jìn)一步的,kno3、nh4cl、na2hpo4·12h2o、nah2po4、ch3coona、微量元素水溶液、無菌水與mgso4·7h2o的用量比為3.14g:0.38g:11.74g:1.46g:3.54g:0.10ml:1l:0.06g。

      9、進(jìn)一步的,微量元素水溶液通過以下過程制備:將na2-edta、fecl3·6h2o、mncl2·4h2o、na2moo4·2h2o、cucl2·2h2o和氯化鋅加入到無菌水中制得。

      10、進(jìn)一步的,微量元素水溶液中含有9.6mmol/l?na2-edta、9.0mmol/l?fecl3·6h2o、0.1mmol/l?mncl2·4h2o、1.0mmol/l?na2moo4·2h2o、0.8mmol/lcucl2·2h2o和2.5mmol/l氯化鋅。

      11、進(jìn)一步的,含有反硝化細(xì)菌的lb培養(yǎng)基通過以下過程制得:反硝化微生物的培養(yǎng)和擴(kuò)增:將反硝化微生物的菌種paracoccus?denitrificans接種到lb培養(yǎng)基中,進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng),得到含有反硝化細(xì)菌的lb培養(yǎng)基,lb培養(yǎng)基配方為:將10g胰蛋白胨,10g?nacl和5g酵母提取物溶解在1l的蒸餾水中。

      12、進(jìn)一步的,含有反硝化細(xì)菌的lb培養(yǎng)基與cds/c3n4光催化材與反硝化培養(yǎng)基的混合物的比例為1ml:(200-500)ml。

      13、一種cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系。

      14、一種cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系在處理含硝酸根離子廢水中的應(yīng)用。

      15、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有的有益效果:

      16、(1)加快反硝化速率:本發(fā)明中利用cds/c3n4光催化材料的光電子轉(zhuǎn)化為能量,為脫氮副球菌提供額外能源,使其能夠更快速進(jìn)行反硝化。

      17、(2)環(huán)境友好:本發(fā)明中cds/c3n4光催化材料的使用避免了傳統(tǒng)化學(xué)試劑對環(huán)境的污染,具有更好的環(huán)境友好性和可持續(xù)性。

      18、(3)合成方法簡單:本發(fā)明中只需要將cds/c3n4光催化材料加入含有脫氮副球菌的水體中,通過靜電作用使細(xì)菌與材料吸附在一起,形成耦合體系。這種簡單的合成方法降低了實(shí)施該方法所需的技術(shù)要求,降低了實(shí)施的門檻。

      19、(4)提高應(yīng)用靈活性:本發(fā)明的簡單合成過程使得其應(yīng)用更加活,可以根據(jù)不同的污水處理需求,靈活地調(diào)整光催化材料和脫氮副球菌的比例和用量,以實(shí)現(xiàn)最佳的反硝化效果。

      20、(5)反硝化效果好:在光照條件下,本發(fā)明制備的耦合體系能夠促使脫單副球菌的生長以及細(xì)胞活性,材料的光催化效應(yīng)減輕了細(xì)菌受到光損傷的程度。另外光催化材料的電子在光照下被激發(fā)后可以向細(xì)菌提供額外的電子供體,促進(jìn)細(xì)菌代謝中涉及電子傳遞的反應(yīng)如反硝化過程。因此,通過光催化材料在光照條件下的光催化效應(yīng)和電子傳遞作用,細(xì)菌與半導(dǎo)體的耦合體系能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的反硝化過程,該耦合體系適用于含有硝酸根離子的廢水的處理。



      技術(shù)特征:

      1.一種cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:

      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,其特征在于,cds/c3n4光催化材料制備:將尿素在500℃下加熱3小時,得到c3n4材料,將c3n4材料懸浮于50ml超純水中,并加入cd(no3)2·4h2o,超聲后,得到懸浮液,向懸浮液中加入na2s·9h2o,得到沉淀,干燥,得到cds/c3n4光催化材料。

      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,其特征在于,反硝化培養(yǎng)基通過以下過程制得:將kno3、nh4cl、na2hpo4·12h2o、nah2po4、ch3coona和微量元素水溶液加入到無菌水,得到混合物,將混合物滅菌后加入mgso4·7h2o后,調(diào)節(jié)ph為7-8,然后通入氬氣,并進(jìn)行密封,得到反硝化培養(yǎng)基。

      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,其特征在于,kno3、nh4cl、na2hpo4·12h2o、nah2po4、ch3coona、微量元素水溶液、無菌水與mgso4·7h2o的用量比為3.14g:0.38g:11.74g:1.46g:3.54g:0.10ml:1l:0.06g。

      5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,其特征在于,微量元素水溶液通過以下過程制備:將na2-edta、fecl3·6h2o、mncl2·4h2o、na2moo4·2h2o、cucl2·2h2o和氯化鋅加入到無菌水中制得。

      6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,其特征在于,微量元素水溶液中含有9.6mmol/l?na2-edta、9.0mmol/l?fecl3·6h2o、0.1mmol/lmncl2·4h2o、1.0mmol/l?na2moo4·2h2o、0.8mmol/lcucl2·2h2o和2.5mmol/l氯化鋅。

      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,其特征在于,含有反硝化細(xì)菌的lb培養(yǎng)基通過以下過程制得:反硝化微生物的培養(yǎng)和擴(kuò)增:將反硝化微生物的菌種paracoccus?denitrificans接種到lb培養(yǎng)基中,進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng),得到含有反硝化細(xì)菌的lb培養(yǎng)基,lb培養(yǎng)基配方為:將10g胰蛋白胨,10g?nacl和5g酵母提取物溶解在1l的蒸餾水中。

      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系的制備方法,其特征在于,含有反硝化細(xì)菌的lb培養(yǎng)基與cds/c3n4光催化材與反硝化培養(yǎng)基的混合物的比例為1ml:(200-500)ml。

      9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)方法制備的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系。

      10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)方法制備的cds/c3n4光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系在處理含硝酸根離子廢水中的應(yīng)用。


      技術(shù)總結(jié)
      本發(fā)明公開了一種CdS/C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;光催化材料與反硝化細(xì)菌耦合體系和制備方法及應(yīng)用,將CdS/C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;光催化材料殺菌后與反硝化培養(yǎng)基混合,得到CdS/C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;光催化材與反硝化培養(yǎng)基的混合物;將含有反硝化細(xì)菌的LB培養(yǎng)基離心后,得到濕菌體,將濕菌體加入到CdS/C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;光催化材與反硝化培養(yǎng)基的混合物中即可。本發(fā)明的耦合體系能夠促使脫單副球菌的生長以及細(xì)胞活性,材料的光催化效應(yīng)減輕了細(xì)菌受到光損傷的程度。另外光催化材料的電子在光照下被激發(fā)后可以向細(xì)菌提供額外的電子供體,促進(jìn)細(xì)菌代謝中涉及電子傳遞的反應(yīng),適用于含有硝酸根離子的廢水的處理。

      技術(shù)研發(fā)人員:孔婷婷,柳倩
      受保護(hù)的技術(shù)使用者:安徽師范大學(xué)
      技術(shù)研發(fā)日:
      技術(shù)公布日:2024/9/9
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