[发明专利]固定化酵母的生物质基水凝胶吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种固定化酵母的生物质基水凝胶及其制备方法，本发明所述的水凝胶具有三维大孔网络结构，吸附位点充分暴露，水溶性小分子可自由扩散，而对水溶液中金属离子具有很高的吸附效率的双网络水凝胶吸附剂。本发明将具有吸附效果的微生物固定到凝胶吸附剂中，其对水溶性小分子物质可充分扩散，而对水中重金属离子吸附效果优异，且环境友好，成本低，便于推广使用。

技术领域

本发明涉及涉及一种固定化酵母的生物质基凝胶的制备及其作为重金属吸附剂的应用，属于环境功能性材料和水污染处理技术领域。

背景技术

由于水体中重金属污染的环境持久性、非生物降解性、易生物积累性和致死毒性，即使在相对低的浓度下对人类和生物体具有严重的毒性作用。近年来，多种处理技术被用于去除废水中的有毒金属离子污染物，如离子交换、过滤、化学沉淀、反渗透、氧化还原、电凝聚、吸附等。与其他方法相比吸附法具有效率高、成本低、易于操作和实施以及不会造成二次污染等优点。因此制备出一种低成本、高效率、易分离的吸附材料对控制废水中重金属含量具有重要意义。

水凝胶是一种重要的功能高分子材料，广泛应用于医药和软机械领域。作为吸附材料，它具有残留少、吸附效率高、可重复使用等优点，是一类很有前景的重金属吸附剂，但传统水凝胶由于缺乏有效的能量耗散机制，强度和韧性不足，限制了其应用。而双网络水凝胶因其可控的性质和优异的机械性能促使我们通过引入官能团来开发这种材料作为吸附剂。目前，已成功制备了部分双网络水凝胶材料应用于吸附重金属离子，如壳聚糖/聚丙烯酰胺凝胶（Ma et al. ,2016. Efficient removal of heavy metal ions with an EDTAfunctionalized chitosan/polyacrylamide double network hydrogel. ACSSustainable Chemistry & Engineering. 5(1): 843-851.），但是需要在制备出来凝胶之后进行功能性修饰才能达到理想的吸附效果。

由于我国茶叶需求量大，每年都会产生大量的茶渣，可作为理想的低成本生物质资源。茶渣资源高效利用的主要途径是制备活性炭吸附剂，但活性炭制备成本高，限制了其推广利用。茶渣主要由纤维素、半纤维素、木质素、缩合单宁和蛋白组成，富含羧酸盐、芳香羧酸、酚羟基和氧基，它们可以与重金属离子螯合或配位。利用微生物的吸收和吸附作用脱除重金属的方法叫做微生物法，研究显示，一些酵母菌，细菌，霉菌等具有优异的脱除重金属效果，但是微生物法存在难以分离回收的技术难题。因此，将具有吸附效果的微生物与生物质充分结合制备出一种重金属吸附剂，既可解决上述难题，还能大幅度提高材料的吸附效果。目前，还没有关于固定化酵母的生物质基高性能双网络水凝胶吸附剂的有关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生物基质耦合微生物制备水凝胶来吸附重金属，优选的是利用废弃茶渣生物质资源，耦合酵母细胞来制备力学性能优良，富含活性基团，具有交联纤维素及聚丙烯酸的大孔双网络三维水凝胶及其制备方法，该方法操作简单，成本低，利于大规模生产。

生物基质耦合微生物可以制备水凝胶，生物基质可以选择茶渣、咖啡渣、玉米秸秆、柚子皮、花生壳、草灰、木炭；

微生物包括酵母菌、细菌、霉菌。具体的：

酵母菌包括库德毕赤酵母、酿酒酵母、圆红冬孢酵母菌。

细菌包括伯克氏菌、蜡样芽孢杆菌、植物乳杆菌、鞘细菌。

霉菌包括黑曲霉菌、拟青霉菌、毛霉菌、卡伍尔链霉菌、荧光假单胞菌。

本发明提供了一种水凝胶，包括茶渣和酵母细胞。所述的水凝胶的制备方法，包括下列步骤：

（一） 制备酵母菌泥制备。

（二） 茶渣粉水溶液制备。

（三）茶渣水凝胶的制备与处理。