[发明专利]从生物量制备的重金属生物吸附剂

说明书

本发明涉及到从工业发酵和生物处理植物产生的废弃微生物生物量制备的重金属生物吸附剂，以及使用该生物吸附剂回收重金属的方法。

由微生物积累金属的方法已经知道了几十年，但近些年来受到了更大的关注，这是由于其在环境保护或回收贵金属或战略用金属上潜在的用途。术语“生物吸附”已用于描述保留主要重金属离子和放射性核素的微生物生物量的性质。由非存活的生物量分离这些成分的增加的兴趣是基于金属回收和工业废水处理上生物吸附的潜在的技术用途。

丝状真菌已用于发酵工业产生各种代谢产物，例如，酶、调味剂或抗生素。每年产生的成千上万吨残余生物量含有生物降解度低的生物聚合物(纤维素、壳多糖、葡聚糖等)并产生农业上使用的低质肥料。迄今焚烧是消除这一副产物的主要途径。另一方面，采矿、治金或电镀厂产生高金属含量的废水。现存的纯化这些废液的处理费用比将其弃于废液中所需的税费常常更昂贵。这样，随着矿物资源的连续采取和危险废物在环境中的积累，必须发明出更有效的废液去毒方法和金属回收方法。

已报导某些种类的微生物(例如，酿酒酵母、ActinomycesLevoris、铜绿色假单胞菌、绿色产色链霉菌和无根根霉)具有积累重金属离子的生物吸附性质。以下是在文献中公开的重金属和放射性核素的常规生物吸附剂。

Gerald strandberg等报导了铀在酿酒酵母细胞表面的细胞外积累，且积累比率和程度受环境条件(如pH、温度和某些阴离子和阳离子的干预)  的影响(Applied and enviornmentalMicrobiology，Vol 41，1981，pp237-245)。

Mario Tsezos报导无根根霉生物量在pH 4时表现出最高的铀和钍生物吸附吸收容量(Biotechnology and Bioengineering.(Vol XXIII，1981，pp 583-604)。

Akira Nakajima等报导了聚丙烯酰胺凝胶上的固定化绿色产色链霉菌具有从海洋和水中回收铀最有利的特性(Eur.J.Applied Microbiology and Biotechnology.Vol16，1982，pp88-91)。

本发明的目的是提供一种重金属生物吸附剂。该吸附剂以聚氨基糖化物磷酸钠(polyaminosaccharide sodium phosphate)为主要成分，它是从来源于工业发酵和生物处理植物的曲霉属、青霉属、木霉属或小球菌属的微生物生物量制备。

本发明的另一个目的是提供一种具有以下步骤的制备上述生物吸附剂的方法。制备上述生物吸附剂的方法包括：i)用磷酸溶液水解生物量。ii)用丁醇或正己烷除去脂溶性物质，iii)用氢氧化钠或碳酸氢钠溶液反应和碱化，iv)用低级醇除去可溶性物质，和v)过滤和干燥剩余物以获得具有聚氨基糖化物磷酸钠为主要成分的重金属生物吸附剂。

附图1显示了本发明制备的生物吸附剂的红外光谱。

以下解释聚氨基糖化物磷酸钠怎样用作重金属生物吸附剂的作用机制。

生物吸附的作用机制已被认为涉及吸附、离子交换、配位和共价结合。作为各种实验的结果，微生物细胞壁的特定成份被认为涉及生物吸附。而且，微生物生物量中的壳多糖和葡聚糖复合物已知在生物吸附中起关键作用。然而蟹壳中的壳多糖和脱乙酰壳多糖表现出比从微生物生物量获得的所述物质差的生物吸附性质。此外，微生物细胞壁中的胞壁质已知对形成金属离子复合物有贡献。考虑真菌和细菌细胞壁的所有成份，聚氨基糖化物是具有最好的生物吸附性质的最佳生物吸附剂。

因此，本发明涉及到从微生物生物量简便地抽提聚氨基糖化物成分的方法。来源于工业发酵或生物处理植物的曲霉属、青霉属、木霉属或小球菌属的微生物生物量用作本发明的原料。

制备本发明的生物吸附剂的方法可解释如下：

来源于工业发酵或生物处理植物的黑曲霉、黄青霉、Trichoderma reesei或Micrococcus Luteus微生物生物量置入反应器中，在20-60℃下用0.5-5.0％磷酸水溶液水解生物量2-5小时。水解后的残渣用蒸馏水洗涤并除去可溶性物质。加入脂溶性有机溶剂(例如，丁醇或正己烷)并除去脂溶性物质。除去有机溶剂后加入1-40％氢氧化钠或碳酸氢钠，在20-100℃下反应1-10小时以碱化残余物。在pH9-12的条件下，加入低级醇(如甲醇、乙醇、异丙醇或它们的混合物)，除去低级醇溶性物质。最后，剩余物过滤并干燥，以获得主要成分为聚氨基糖化物磷酸钠的生物吸附剂。