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专利名称:固定微生物的多孔膜微囊载体的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型属于微生物固定化领域,特别涉及一种固定微生物的载体。
二背景技术:
微生物固定化在生物流化床反应器的研究与应用开发中是关键的技术之一。现有的微生物细胞固定方法可分为化学固定法和物理固定法两大类,化学固定法主要有交联法和共价结合法,由于化学固定法往往会导致蛋白质结构的改变及酶活性下降,所以生物流化床反应器中的微生物固定法主要采用物理固定法。物理固定法主要有吸附法和包埋法;吸附法是将微生物细胞物理性地直接吸附在实心或基体型多孔不溶性载体上,这是迄今最简单、也是应用最广的固定方法,但实心载体只能使微生物附着于表面,不仅容易脱落,而且由于载体比表面积不大而使微生物聚集量低,基体型多孔不溶性载体可使微生物进入孔内并吸附在孔壁,相对于实心载体提高了微生物的聚集密度,并在一定程度上提高了外表面微生物的附着强度,但由于载体上孔的数量有限,聚集微生物的空间有限,因而微生物聚集密度的提高幅度不大;包埋法以半透性高分子聚合物凝胶或膜为载体,将微生物细胞包埋在载体内,由于载体的半透性特点,小分子的底物和产物可以自由出入,而细胞却不会漏出。此种方法一方面工艺复杂,载体不能再生,导致成本偏高,另一方面传质阻力较大,影响微生物的生长和产物代谢。
三
发明内容
本实用新型针对现有技术存在的不足,提供一种改进的固定微生物的载体,以提高微生物的聚集密度,减小传质阻力,从而改善生物流化床反应器的性能。
本实用新型的技术方案是将吸附法中基体型多孔不溶性载体固定微生物的机理与包埋法中的半透性高分子聚合物膜的结构相结合并进行创新,从而设计出一种多孔膜微囊载体,此种载体的外形和囊内空间呈球状(包括圆球状、椭球状和异形球状),囊膜为高分子材料,其上设置有若干供微生物细胞通过的膜孔。形成囊膜的高分子材料可以是聚酰***类、聚丙烯酸酯类等聚合物,多孔膜微囊的制备方法有界面聚合法、界面沉淀聚合法以及原位聚合法等。
为了使多孔膜微囊的技术效果更好,应优选膜孔孔径、囊膜厚度及膜孔分布,具体技术方案如下1、膜孔的孔径为微生物细胞尺寸的2~5倍。
2、囊膜越薄越好,其厚度一般为5~50μm,若成膜材料强度大、韧性好则偏下限选择,反之,则偏上限选择。
3、膜孔在囊膜上均匀分布。
本实用新型具有以下优点和有益效果1、由于囊膜上分布有若干供微生物细胞通过的膜孔,因而既能使微生物进入微囊内部球形空间固定,提高微生物的聚集密度,又能减小传质阻力,使微生物整体活性提高,传质性能提高,生化反应速度提高。
2、由于微囊膜对其内部微生物细胞的“保护”作用,可使生物流化床反应器的抗负荷冲击能力提高,瞬变环境适应性增强。
3、微囊内部球形空间能自絮凝固定微生物细胞,所以操作过程中不再担心表面生物膜脱膜,从而避开了目前因载体上生物膜厚度控制困难而引起的操作困难,同时也克服了无载体细胞固定时间长、颗粒强度低的问题。
4、微囊呈球形、密度小,因而生物颗粒易于流化,运行能耗可降低。
5、载体的结构形成了微生物在囊膜内外双向同时生长,且微囊内空间较大,不存在水力剪力作用,适合微生物迅速固定生长,从而使流化床反应器启动容易,启动时间缩短。
6、微生物细胞、有机基质及反应产物均能通过膜孔自由进出微囊膜,因而生物颗粒能自动再生,由此带来成本的降低。
7、易于实现批量化生产。
四
图1是根据本实用新型所提出的固定微生物的多孔膜微囊载体的一种结构图;图
2是根据本实用新型所提出的多孔膜微囊载体固定微生物的示意图五具体实施方式
实施例
本实施例中,固定微生物的多孔膜微囊载体如图1所示,其外形和内部空间均呈圆球状,囊膜1上均匀分布着若干供微生物细胞通过的膜孔2。囊膜1为聚酰***,膜孔2的孔径为微生物细胞尺寸的3倍,囊膜的厚度为10μm。此种载体对微生物细胞能产生“内自絮凝一外成膜”的固定效果,即在载体的内部球形空间自絮凝固定大量的微生物细胞4,在载体的球形表面吸附微生物细胞形成生物膜3。
本实施例采用界面聚合法制备多孔膜微囊载体,工艺步骤如下1、将对苯二酰***单体溶于苯和二甲苯的混合液中;2、将溶有对苯二酰***单体的有机相分散进入水相,形成水包油乳液;3、在水包油乳液中加入乙二***引发聚合,在乳液液滴表面形成聚酰***多孔膜;4、用离心沉降法将含油微囊从水相中分离,并用水清洗去除残余水溶性单体和乳化剂;5、采用临界点干燥法,在干燥微囊的同时除去微囊内部油相溶剂;6、用水再次漂洗,再次采用临界点干燥法干燥即获得多孔膜微囊载体。
上述工艺步骤均在常温常压下进行。
,外形和囊内空间呈球状,囊膜(1)为高分子材料,其特征在于囊膜上设置有若干供微生物细胞通过的膜孔
(2)。
,其特征在于膜孔(2)的孔径为微生物细胞尺寸的2~5倍。
,其特征在于囊膜的厚度为5~50μm。
,其特征在于膜孔(2)在囊膜(1)上均匀分布。
,其特征在于膜孔(2)在囊膜(1)上均匀分布。
专利摘要一种固定微生物的多孔膜微囊载体,外形和囊内空间呈球状,囊膜为高分子材料,其上设置有若干供微生物细胞通过的膜孔。此种载体对微生物细胞能产生“内自絮凝—外成膜”的固定效果,即在载体的内部球形空间自絮凝固定大量的微生物细胞,在载体的球形表面吸附微生物细胞形成生物膜。再者,传质阻力减小,能使整体微尘物活性提高,传质性能提高,生化反应速度提高。