一种基于吸附水中微塑料的结构可调控生物改性吸附剂的制备方法

本发明涉及微生物，具体为提供一种基于吸附水中微塑料的结构可调控生物改性吸附剂的制备方法。

背景技术：

1、21世纪以来，微塑料(尺寸小于5mm)在自然界和生活中广泛存在，在水流、风力等自然作用力下，会使塑料风化、脆化、裂变形成更小的颗粒，最后形成微塑料。较小的微塑料可以穿过消化系统，进入血液循环。由于塑料在血液内不可降解，可能会导致毛细血管的堵塞，进而对人体造成危害。

2、灯芯草主要由木质素和半纤维素组成，纤维样貌为圆柱形，其横截面使用电子显微镜可发现由若干的纤维组成的五边形或六边形，其形体特征使灯芯草纤维构成支架型中空结构，具有较高的比表面积以及孔隙率。由此材料特性具有一些独特优势：(1)其质量小，且由纤维构成的等五边形和六边形的特点具有一定的柔软性；(2)具有较高的比表面积以及高孔隙率，此特性决定了灯芯草可实现生物改性，利用其呈空间排布的网状结构作为生物改性的基础；(3)是一种天然、绿色、易获取而且廉价的材料，可实现规模化的生物改性，可规模化推广。

3、白腐真菌(pleurotus ostreatus,atcc56761)是一种丝状真菌，能够分解木质材料中的木质素作为其生长成分，分解的过程会使木制品腐烂并且生长出白毛形状的物质。分类包括担子菌和子囊菌等等种类，是一种生活可见的微生物，能够降解木质素。白腐真菌携带丰富的官能团(羧基、氨基、酰胺基、硫酸酯基、磷酰基等)使水体环境中携带负电性的微塑料更易被捕获，现有国内外对白腐真菌吸附污染物的研究广泛，包括以白腐真菌对有机污水的治理，反映了白腐真菌对水污染治理方面的潜力。

4、细菌纤维素简称bc，由木醋杆菌(gluconacetobacter xyl inus，atcc23767)发酵产生，是由其吸收营养基中养分分泌出的一种不可溶性多糖。细菌纤维素的纤维达到纳米级别，是自然界中最细的一种纤维素，具有纳米级的网络结构、优良的生物兼容性且绿色可降解、纯度高、强度大、具有一定可塑性、较高的保水和持水能力，因此在材料科学技术和材料医疗技术都有广泛的应用。(1)在医疗领域中，细菌纤维素被应用于纤维素敷料、人造皮肤、人造组织支架、人造血管等等；(2)在造纸领域中，传统造纸木浆添加一定比例细菌纤维素后能够起到提高纸张强度以及使用寿命，此外也可用含有一定比例的细菌纤维素溶液喷在纸质档案上，可延长纸张寿命；(3)在食品领域中，得益于细菌纤维素较好的持水性、高纯度、稳定性，可用作食品添加剂的成型剂、结合剂以及增稠剂等。

5、自然界中微塑料降解矿化的过程极为缓慢，易富集于土壤、沉积物等环境介质中，可在环境中存在几百到几千年，造成持久性的环境危害。且微塑料进入人体后无法分解排出，若误摄入微塑料将在体内富集，对身体造成伤害。中国专利cn116196899a公开了一种基于吸附水中微塑料的改性生物吸附剂及其制备方法，此专利在液体培养基中培养得到白腐真菌菌球，清洗冻干后接枝eptac(2,3-环氧丙基三甲基氯化铵)后清洗，再冻干得到吸附剂。eptac接枝到白腐真菌细胞外聚合物的羟基上使其菌丝体呈正电荷，对pp、ps、pe、以及pet的吸附量是未接枝时的两倍。

6、专利cn104645941a公开了一种白腐真菌菌丝体生物吸附剂的制备方法及其应用，该专利所采用的技术方案在液体培养基中接种白腐真菌培养得到菌球，在清洗干燥后粉碎或粉碎改性处理，得到大小≤500目的白腐真菌菌丝体的生物吸附剂，用途是吸附水体环境中的染料。但是该方案中主要是针对水体环境中的染料，与水体环境中微塑料的吸附有极大区别。较大的微塑料(≥30μm)可利用白腐真菌吸附，但更容易被动物甚至人类误食摄入的是更小的微米级甚至纳米级微塑料，在白腐真菌、细菌纤维素对灯芯草的改性下能够吸附更加微小的微塑料。

技术实现思路

1、为了针对以上问题，本发明目的是提供一种基于吸附水中微塑料的结构可调控生物改性吸附剂的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明通过灯心草与多种菌株复合培养，调节灯芯草的孔径大小和调控灯心草吸附基团，达到吸附水体中塑料的效果。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于吸附水中微塑料的结构可调控生物改性吸附剂，该生物改性吸附剂包括灯芯草、白腐真菌(pleurotusostreatus,atcc56761)菌丝和木醋杆菌(gluconacetobacter xylinus，atcc23767)产生的细菌纤维素，所述细菌纤维素由木醋杆菌发酵获取，所述灯芯草与白腐真菌发酵96～120h得到一级复合灯芯草，所述一级复合灯芯草与木醋杆菌复合发酵96～120h得到二级复合灯芯草，得到所述的可调控生物改性吸附剂。

3、进一步的，发酵温度为30℃，吸附剂作用是吸附水体中微塑料，使用白腐真菌和细菌纤维素可对灯芯草网状结构调控从而吸附不同大小的微塑料。

4、进一步的，包括白腐真菌和细菌纤维素；所述白腐真菌包括拟蜡菌属(ceriporiopsis)、原毛平革菌属(phanerochaete)、耙齿菌属(irpex)等的其中一种或数种；所述细菌纤维素可由下列菌属产生：包括醋酸菌属(acetobacter)、土壤杆菌属(agrobacterium)、根瘤菌属(rhizobium)。

5、进一步的，白腐真菌生长在灯芯草的网状结构上得到一级复合灯芯草，可将灯芯草网状结构孔径缩小至10～15μm，继而更细小的细菌纤维素生长在一级复合灯芯草上得到二级复合灯芯草，进一步将网状结构缩小至0.5～1μm，从而达到吸附水体中微塑料的效果。

6、一种生物改性吸附剂的制备方法，包括将灯芯草与白腐真菌(pleurotusostreatus,atcc56761)复合得到一级复合灯芯草、再将一级复合灯芯草与木醋杆菌(gluconacetobacter xylinus，atcc23767)产生的细菌纤维素复合得到二级复合灯芯草两部分，生物改性吸附剂的制备方法具体包括以下步骤：

7、步骤一、将灯芯草剪至5～6cm；

8、步骤二、试管内将浓度为1～1.5％的5ml马铃薯葡萄糖肉汤与灯芯草一起灭菌；

9、步骤三、接种8～12％白腐真菌，在摇床动态培养96～120h，得到一级复合灯芯草；

10、步骤四、在100ml的hs培养液中接种8～12％木醋杆菌，将一级复合灯芯草浸入木醋杆菌菌液内，在摇床动态发酵得到二级复合灯芯草；

11、步骤五、将二级复合灯芯草使用去离子水洗48～72h，每2～3h换一次水；

12、步骤六、洗净后二级复合灯芯草在-18～-20℃冷冻12～24h，再使用冻干机进行冻干。

13、进一步的，所述步骤二中的灭菌温度为120～125℃。

14、进一步的，所述步骤三中的摇床转速设置为100～120转/分钟。

15、进一步的，所述步骤四中灯芯草与细菌复合的过程中将灯芯草放置到有木醋杆菌的hs培养液中再发酵96～120h，且摇床转速为100～120转/分钟。

16、进一步的，所述步骤四中hs培养液的配方是每100ml去离子水含葡萄糖2g，蛋白胶0.5g，蛋白胨0.5g，十二水合磷酸氢二钠0.68g，柠檬酸0.15g。

17、进一步的，所述步骤六中的冷冻条件为-16～-20℃环境下冷冻12～24h，冻干得到孔径结构可调控生物改性吸附剂；

18、本发明的有益效果：

19、1.孔径可调控：利用灯芯草等多边形三维网状机构对其生物改性。若直接使用灯芯草做吸附材料，则可以吸附大于30～40μm的微塑料；使用白腐真菌对灯芯草生物改性，则得到一级复合灯芯草，其网状结构缩小至10～15μm，可吸附大于10μm的微塑料；再利用细菌纤维素对一级复合灯芯草生物改性，得到二级复合灯芯草，此时灯芯草孔径已被缩小至0.5～1μm，可吸附大于0.5微米的微塑料。

20、2.高生物兼容性以及可降解性：在自然界中，灯芯草、白腐真菌以及细菌纤维素，都能够在微生物，化学和物理的作用下降解，对环境友好。

21、3.结构组成：灯芯草的等多边形网状结构主要成分为木质素和半木质素，提高了结构稳定性，且有一定柔韧性，能够制为弯曲状或特定形状的吸附剂；白腐真菌携带有多种官能团，在缩小灯芯草网状结构孔径大小同时对吸附微塑料也起到一定作用；细菌纤维素是目前已知自然界中最小的天然纤维，比最小的人造纤维更为纤细。

22、4.结构特性及稳定性：灯芯草，白腐真菌和细菌纤维素三者复合，灯芯草作为基底材料，白腐真菌和细菌纤维素附着生长在灯芯草网状结构中，在缩小灯芯草网状结构孔径同时起到加固作用。且在白腐真菌的生长环境下，细菌纤维素会紧紧黏附在白腐真菌上，使其结构更加稳定。

23、5.经济性及易获得性：灯芯草是自然界中存在湿润地区的一种植物，生长环境要求不高易获取，价格低廉；白腐真菌在自然界中常见于腐烂的木制品，不属于稀缺菌种；细菌纤维素广泛应用在医学、食品等领域，高纯度绿色安全，容易获得。