[發明專利]一種應用生物炭促進生物還原亞硒酸鹽的方法

在審

• 申請號: 202110103953.0
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112852887A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 柳廣飛;武秋月;金若菲;周集體
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12N1/20;C12R1/01
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明提供了一種應用生物炭促進生物還原亞硒酸鹽的方法，屬于污染物的生物處理技術領域。包括以下步驟：配制哌嗪?1,4?二乙磺酸緩沖溶液，加入乳酸鈉，并轉移至玻璃厭氧瓶中，加入亞硒酸鈉溶液、生物炭，以及體系光密度OD₆₀₀＝0.3?1.5的培養至對數期末期的微生物細胞，然后置于150rpm，30℃恒溫搖床中避光反應1?6d。本實驗所用生物炭的生物質為小麥秸稈，采用慢速限氧熱解法制備不同熱解溫度的生物炭。本發明的效果和益處是能夠快速有效地提高亞硒酸鹽的生物還原效率和速率，且所采用的生物炭材料制備工藝簡單，原材料來源廣泛，成本低廉，可操作性強，便于在實際中推廣應用。

技術領域

本發明屬于污染物的生物處理技術領域，特別是涉及一種應用生物炭促進微生物還原亞硒酸鹽的方法。

背景技術

硒是一種多變價的元素，在自然界中主要以硒化物(Se(-II))、單質硒(Se(0))、亞硒酸鹽(Se(IV))及硒酸鹽(Se(VI))等四種形態存在。其中，Se(IV)和Se(VI)具有較強的生物毒性、高溶解度和生物可利用性，通過采礦、農業和石化生產及工業廢料處置等途徑進入環境后可造成嚴重污染和危害。。在受污染的地表水中存在的Se(IV)和Se(VI)可以進入水生食物鏈，并以硒蛋白的形式進行生物累積，達到毒性水平，影響魚類、鳥類和陸生動物的正常發育，破壞生態平衡，近些年國內外都曾發生硒污染導致的人和動物中毒，以及魚類和禽類發育畸變的事件。通過化學或生物還原，將Se(IV)/Se(VI)轉化成水溶性較差、生物可利用性低的單質硒，可有效解決硒污染和毒性問題。

環境中的部分微生物可通過自身代謝過程實現對Se(IV)的還原轉化。Shewanellaoneidensis MR-1廣泛分布于天然環境中，具有多樣化的產能代謝和電子傳遞途徑，能夠利用外膜上的細胞色素c、納米導線以及自身分泌或外加的氧化還原介體等三種方式，向胞外電子受體傳遞電子，還原轉化多種污染物。Ze-Chao Xia等在2016年Biochemistry第3卷第408-413頁和Carolyn等在2009年Environmental Technology第30卷第12期第1313-1326頁報道了S.oneidensis MR-1通過厭氧呼吸合成硒納米顆粒，展示了MR-1還原亞硒酸鹽合成硒納米顆粒的潛力。

醌類化合物及腐殖質等氧化還原介體，可以加速電子由細胞轉移到胞外電子受體的過程，從而促進生物還原轉化氧化態污染物。Xiujuan Wang等在2011年BioresourceTechnology第102卷第3期第3268-3271頁和Ze-Chao Xia等在2016年Biochemistry第3卷第408-413頁報道了利用醌類物質強化微生物還原亞硒酸鹽。但以水溶性醌類化合物作為氧化還原介體成本高昂，具有一定生物毒性的醌類化合物隨水流失易造成二次污染，限制了介導還原技術的有效應用。

生物炭是在限氧條件下通過生物質的高溫熱分解(通常＜700℃)產生的一種細粒度多孔隙碳材料，常作為土壤改良劑用于增加土壤肥力和污染土壤修復。T.J.Purakayastha等人在2019年Chemosphere第227卷第345-365頁綜述了生物炭在增加土壤肥力提高作物產量方面的應用。相比醌類化合物，生物炭生物毒性較低，原材料來自天然環境中廢棄生物質，制備工藝相對簡單，應用成本低廉。與其他可以作為氧化還原介體的碳材料類似，生物炭具有良好的導電性、較高的比表面積和豐富的表面官能團。近年來，已有研究發現生物炭能夠促進生物還原。Shengnan Xu等在2016年Environmental ScienceTechnology第50卷第2389-2395頁報道了生物炭介導赤鐵礦還原的研究。基于上述認識，申請人提出利用生物炭促進S.oneidensis MR-1還原轉化亞硒酸鹽，提高硒污染治理效率。目前尚未見有關利用生物炭促進微生物還原含氧陰離子為相應單質顆粒的報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種應用生物炭快速有效地促進生物還原亞硒酸鹽的方法，該方法成本低廉、還原效率高，可產生單質硒納米顆粒。

本發明的技術方案：