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微生物固定化聚氨酯载体研究


微生物固定化聚氨酯载体研究

目录
? 0、前言

? 1、微生物固定化方法及固定化生物反应器
? 2、聚氨酯载体的合成 ? 3、特种微生物在聚氨酯载体上的固定化 ? 4、微生物固定化聚氨酯泡沫的应用 ? 5、结语

聚氨酯载体的成

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0 前言

/>? 固定化微生物技术是从20世纪60年代末直接从固 定化酶技术发展起来的,通过物理或化学的手段, 将游离的微生物固定在限定的空间区域使其保持 活性,并可反复利用的一项技术。

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聚氨酯泡沫体由于具有较好的亲水性、孔结构、 微生物亲和性以及耐生物降解性而被广泛作为固 定化微生物载体。 随着技术的发展,全球聚氨酯泡沫材料产量在 逐年增长,废旧聚氨酯作为微生物载体运用,也 是一种资源回收利用的有效方法。
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1 微生物固定化方法及固定化生物反应器 ? 微生物的固定化方法很多,归纳为四大类 :包埋 法、吸附法、交联法和共价结合法。
? 包埋法:使微生物扩散进入多孔性载体内部,或 利用高聚物在形成凝胶时将微生物包埋在其内部。

? 共价结合法:将微生物活化后,利用微生物表面 的基团(氨基、羧基、羟基、酚基等)与固相载 体表面基团连接形成共价键,固定微生物。
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? 吸附法:依据带电的微生物细胞和载体之间的静 电作用,使微生物细胞固定的方法,是传统的固 定微生物的方法。 ? 交联法:利用双功能或多功能试剂,直接与微生 物表面的基团如氨基、羟基和氨基酸等交联,形 成共价键固定细胞微生物。微生物
微生物 多功能试剂

+ +++
载体

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2 聚氨酯载体的合成
? 以聚氨酯作为载体固定化微生物,其合成是重点研究方 向。 ? 活性碳纤维与聚氨酯泡沫复合载体的制备:活性碳纤维 的加入提高了聚氨酯泡沫的亲水性、孔隙率,改善了聚氨 酯泡沫载体生物相容性、化学和生物稳定性能,延长了聚 氨酯泡沫的使用寿命,在活性碳纤维的添加量为3(wt)%~ 5(wt)%时效果最佳。 ? 聚醚型聚氨酯多孔载体材料:分别以1,4一丁二醇(1,4BDO)、三乙醇胺、二羟甲基丁~(DMBA)为扩链刑制备了一系 列适合微生物培养的聚氨酯泡沫载体材料(PUF)。随着扩链 剂的量增加,材料拉伸强度,以及耐老化性能提高。

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3 特种微生物在聚氨酯载体上的固定化
? 产脂肪酶菌Geot richum candidum NS3的固定化:聚氨酯泡沫颗 粒尺寸6mm×6mm×6mm ,密度27kg/m3 ,摇瓶培养60h ,有73.8%的 霉菌进入聚氨酯泡沫中生长固定,载体固定细胞干重达到 2.32g/g载体。电镜图片显示霉菌( Geot richum candidumNS3)在载 体孔隙内和脊壁上缠绕充盈,生长良好,固定结构稳定。 ? 盘基网柄菌的固定化:采用饼状PUF1.0g,22~23℃,150r/ min条件下固定化培养盘基网柄菌,在115h左右,载体内 菌体量达到最大,为4.56×107个/mL,是悬浮培养((1— 2)×107个/mL)的2~4倍。 ? 草酸青霉ZHJ6固定化:50mL培养液和26个载体(0.5 cm×0.5cm×0.5cm)混合,接入1%菌丝量,放入摇床在25℃先 静置12h,然后转速升至120r/min培养。表明聚氨酯泡沫和 聚酯无纺布都有较好的固定效果。

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4 微生物固定化聚氨酯泡沫的应用
? 4.1 处理废水
聚氨酯材料固定 化微生物处理含 酚废水,结果表 明: 在酚浓度较 低时, 主要是以 聚氨酯材料吸附 为主, 当酚浓度 达到一定程度时, 固定化微生物酚 降解效果较为显 著; 在温度30℃、 pH 为7时, 苯酚 去除效果较好。

载体微生物
NH4NO2NO3-

PO43-、 HPO42-、 H2PO4-

利用聚氨酯泡沫微生物固定化载 体的SBBR除磷,TP的平均去除 率分别达到91.38%。

利用以大孔聚氨酯载体为填 料的固定化微生物曝气生物 滤池为反应器处理无机高氨 氮废水。进水氨氮的质量浓 度从200 mg/L 逐步上升到 1500mg/L,在DO的质量浓 度为4.0 mg/L,pH 为7.5, HRT为24h时,系统达到最佳 处理效果,出水氨氮的质量 浓度低于5.0 mg/L,氨氮去 除率达到99.5%。
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? 4.2 生物发酵

聚氨酯为少根根霉 固定化载体,连续重复 批次发酵。在取代发酵 液40ml,取代培养基组 成为全脂豆粉3%,花生 油0.5%条件下,固定化 菌体摇瓶实验可连续使 用140h,重复9批次。 酶的时空产率提高4倍。 5L发酵罐小试固定化菌 体可连续发酵4批次。



乳酸

聚氨酯泡沫吸附固定米根 霉菌丝,在三相流化床中对 葡萄糖、木糖以及木糖渣的 纤维素酶解液等不同碳源进 行L-乳酸发酵,结果表明: 不同碳源的乳酸转化率分别 为:葡萄糖82.5%;木糖 53.8%;木糖渣酶水解液 71.9%。三相流化床中固定 化米根霉产酸速率(对葡萄 糖)为19.1g.h-1.L-1。

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5 结语
? 随着工业及技术的发展,我国对聚氨酯的需求也逐 年加大,与此同时废旧聚氨酯数量也逐年攀升。对此, 废旧聚氨酯泡沫材料的回收利用将会得到社会的广泛重 视。目前聚氨酯新料作为生物载体的运用技术已经日益 成熟,利用废料作为载体是一种环境友好型手段,但依 然面临着许多问题。针对所存在的问题给出以下建议:

? (1)积极研发分选设备 ? (2)开发高效的固定化技术

? (3)混合微生物固定化

2014-5-4

谢谢!!


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