一種包埋微生物的載體材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微生物、廢水處理和高分子材料領域，特別涉及一種包埋微生物的載體材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]微生物固定化技術是20世紀60年代發展起來的一項新技術，它通過化學或物理方法將游離的微生物限定于一定的空間區域內，使其保持生物活性。固定化微生物具有機械強度高、固液分離容易，能重復利用，微生物濃度和活性高等優點，并可制成各種類型的反應器，實現連續運行。包埋法是微生物固定化最常用的方法，該方法重要的是對載體材料的開發。聚丙烯酰胺由于其抗微生物分解性能好，機械強度高，化學性能穩定，常用作微生物包埋劑，但其單體丙烯酰胺具有細胞毒性，在制備過程中需要升溫，這樣會使微生物在固定化過程中大量失活，因此嚴重影響了其在固定化微生物細胞或固定化酶方面的應用。殼聚糖是一種功能性多糖，具有較高的生物相容性，用其作為載體能對微生物的吸附起到良好的促進作用，但其缺乏韌性，在水溶液中溶脹后易碎，不便于實際應用，并且所成載體材料結構封閉，不具有孔道結構，不利于內部微生物獲取營養物質和溶解氧，以及微生物代謝產物的排放。因此，本發明對聚丙烯酰胺改性，以克服丙烯酰胺的細胞毒性，同時引入殼聚糖增強其生物相容性，并克服殼聚糖結構封閉的缺點，通過兩者的結合，制備復合型凝膠網絡，獲得一種具有良好生物相容性，以及網絡狀孔道結構的載體材料，用于包埋微生物。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種包埋微生物的載體材料及其制備方法，采取以下技術方案:
[0004](I)改性聚丙烯酰胺的制備
[0005]以分子量為3?5萬的低分子量聚丙烯酰胺為原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 0.5?1: 2，溶液pH值為7?12，在25?55°C下反應3?5h，得N-羥基化丙烯酰胺；然后加入與甲醛等摩爾的丙烯酰胺，在25?55°C下反應3?5h，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0006](2)殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球的制備
[0007]將25mL濃度為I?2g/mL的殼聚糖鹽酸水溶液，與1.5?2.5g改性聚丙烯酰胺，0.05?0.15g N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.015?0.025g過硫酸鉀加入三頸瓶中，持續攪拌并通氮氣Ih后，加入2mL 0.1?0.2%的TEMED溶液，在氮氣保護下，聚合反應3?6h，將反應形成的凝膠擠壓通過40目篩網形成細小顆粒，以蒸餾水洗滌數次，4°C保存。
[0008]有益效果
[0009]本發明的優勢在于:所提供載體材料生物相容性良好，內部充滿網絡狀孔道結構，利于物質傳輸與交換；所提供制備方法操作簡單方便、交聯速度快、聚合溫度低。具體實施方案
[0010]實施例1.
[0011](I)改性聚丙烯酰胺的制備
[0012]以分子量為3?5萬的低分子量聚丙烯酰胺為原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 0.5，溶液pH值為7，在25°C下反應3h，得N-羥基化丙烯酰胺；然后加入與甲醛等摩爾的丙烯酰胺，在25°C下反應3h，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0013](2)殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球的制備
[0014]將25mL濃度為lg/mL的殼聚糖鹽酸水溶液，與1.5g改性聚丙烯酰胺，0.05g N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.015g過硫酸鉀加入三頸瓶中，持續攪拌并通氮氣Ih后，加入2mL0.1 %的TEMED溶液，在氮氣保護下，聚合反應3h，將反應形成的凝膠擠壓通過40目篩網形成細小顆粒，以蒸餾水洗滌數次，4°C保存。
[0015]實施例2.
[0016](I)改性聚丙烯酰胺的制備
[0017]以分子量為3?5萬的低分子量聚丙烯酰胺為原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 1，溶液PH值為9，在40°C下反應4h，得N-羥基化丙烯酰胺；然后加入與甲醛等摩爾的丙烯酰胺，在40°C下反應4h，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0018](2)殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球的制備
[0019]將25mL濃度為1.5g/mL的殼聚糖鹽酸水溶液，與2g改性聚丙烯酰胺，0.1g N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.02g過硫酸鉀加入三頸瓶中，持續攪拌并通氮氣Ih后，加入2mL0.2%的TEMED溶液，在氮氣保護下，聚合反應4h，將反應形成的凝膠擠壓通過40目篩網形成細小顆粒，以蒸餾水洗滌數次，4°C保存。
[0020]實施例3.
[0021](I)改性聚丙烯酰胺的制備
[0022]以分子量為3?5萬的低分子量聚丙烯酰胺為原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 2，溶液pH值為10，在55°C下反應5h，得N-羥基化丙烯酰胺；然后加入與甲醛等摩爾的丙烯酰胺，在55°C下反應5h，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0023](2)殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球的制備
[0024]將25mL濃度為2g/mL的殼聚糖鹽酸水溶液，與2.5g改性聚丙烯酰胺，0.15g N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.025g過硫酸鉀加入三頸瓶中，持續攪拌并通氮氣Ih后，加入2mL0.2%的TEMED溶液，在氮氣保護下，聚合反應6h，將反應形成的凝膠擠壓通過40目篩網形成細小顆粒，以蒸餾水洗滌數次，4°C保存。
[0025]實施例4.
[0026](I)改性聚丙烯酰胺的制備
[0027]以分子量為3?5萬的低分子量聚丙烯酰胺為原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 1，溶液PH值為9，在45°C下反應4h，得N-羥基化丙烯酰胺；然后加入與甲醛等摩爾的丙烯酰胺，在45°C下反應4h，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0028](2)殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球的制備
[0029]將25mL濃度為1.5g/mL的殼聚糖鹽酸水溶液，與1.9g改性聚丙烯酰胺，0.1g N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.015g過硫酸鉀加入三頸瓶中，持續攪拌并通氮氣Ih后，加入2mL0.15%的TEMED溶液，在氮氣保護下，聚合反應5h，將反應形成的凝膠擠壓通過40目篩網形成細小顆粒，以蒸餾水洗滌數次，4°C保存。
[0030]實施例5.
[0031](I)改性聚丙烯酰胺的制備
[0032]以分子量為3?5萬的低分子量聚丙烯酰胺為原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 0.5，溶液pH值為11，在35°C下反應5h，得N-羥基化丙烯酰胺；然后加入與甲醛等摩爾的丙烯酰胺，在35°C下反應5h，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺。
[0033](2)殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球的制備
[0034]將25mL濃度為lg/mL的殼聚糖鹽酸水溶液，與1.5g改性聚丙烯酰胺，0.1g N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.02g過硫酸鉀加入三頸瓶中，持續攪拌并通氮氣Ih后，加入2mL0.2%的TEMED溶液，在氮氣保護下，聚合反應4h，將反應形成的凝膠擠壓通過40目篩網形成細小顆粒，以蒸餾水洗滌數次，4°C保存。
【主權項】
1.一種復合凝膠球，其特征在于所述凝膠球可包埋微生物，所述凝膠球可由下述方法制得: (1)改性聚丙烯酰胺的制備 以分子量為3?5萬的低分子量聚丙烯酰胺為原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 0.5?1: 2，溶液pH值為7?12，在25?55°C下反應3?5h，得N-羥基化丙烯酰胺；然后加入與甲醛等摩爾的丙烯酰胺，在25?55°C下反應3?5h，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺； (2)殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球的制備 將25mL濃度為I?2g/mL的殼聚糖鹽酸水溶液，與1.5?2.5g改性聚丙烯酰胺，0.05?0.15gN，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.015?0.025g過硫酸鉀加入三頸瓶中，持續攪拌并通氮氣Ih后，加入2mL 0.1?0.2%的TEMED溶液，在氮氣保護下，聚合反應3?6h，將反應形成的凝膠擠壓通過40目篩網形成細小顆粒，以蒸餾水洗滌數次，4°C保存。
2.根據權利要求1所述的凝膠球，其特征在于可包埋微生物，具有良好生物相容性，具有網絡狀孔道結構，便于物質傳輸。
3.復合凝膠球的制備方法，包括以下步驟: (1)改性聚丙烯酰胺的制備 以分子量為3?5萬的低分子量聚丙烯酰胺為原料，加入甲醛溶液，使聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 0.5?1: 2，溶液pH值為7?12，在25?55°C下反應3?5h，得N-羥基化丙烯酰胺；然后加入與甲醛等摩爾的丙烯酰胺，在25?55°C下反應3?5h，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺； (2)殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球的制備 將25mL濃度為I?2g/mL的殼聚糖鹽酸水溶液，與1.5?2.5g改性聚丙烯酰胺，0.05?0.15gN，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.015?0.025g過硫酸鉀加入三頸瓶中，持續攪拌并通氮氣Ih后，加入2mL 0.1?0.2%的TEMED溶液，在氮氣保護下，聚合反應3?6h，將反應形成的凝膠擠壓通過40目篩網形成細小顆粒，以蒸餾水洗滌數次，4°C保存。
4.根據權利要求1，3所述一種復合凝膠球制備方法，其特征在于所述步驟(I)中聚丙烯酰胺:甲醛的摩爾比為1: 0.5?1: 2。
5.根據權利要求1，3所述一種復合凝膠球制備方法，其特征在于所述步驟(I)中溶液pH值為7?12。
6.根據權利要求1，3所述一種復合凝膠球制備方法，其特征在于所述步驟(I)中反應溫度為25?55°C。
7.根據權利要求1，3所述一種復合凝膠球制備方法，其特征在于所述步驟(2)中殼聚糖鹽酸水溶液濃度為I?2g/mL。
8.根據權利要求1，3所述一種復合凝膠球制備方法，其特征在于所述步驟(2)中改性聚丙烯酰胺的用量為1.5?2.5g。
【專利摘要】本發明公開了一種包埋微生物的載體材料及其制備方法，涉及微生物、廢水處理和高分子材料領域，特別涉及一種包埋微生物的載體材料及其制備方法。可由下述方法制得：以低分子量聚丙烯酰胺為原料，通過甲醛對其改性，得N-羥基化丙烯酰胺；然后再與丙烯酰胺反應，得到側鏈帶丙烯酰胺的改性聚丙烯酰胺；將殼聚糖與改性聚丙烯酰胺共混，以N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，過硫酸鉀為引發劑，通過自由基聚合，制備殼聚糖/改性聚丙烯酰胺復合凝膠球，應用于包埋微生物。
【IPC分類】C12N11-04, C08F222-38, C12N11-08, C08F291-12
【公開號】CN104744646
【申請號】CN201510181558
【發明人】賀曉凌, 王寧, 徐磊, 劉蓉, 魏東盛
【申請人】天津工業大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月17日