СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОСОРБЕНТОВ Российский патент 1997 года по МПК B01J20/22 

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно, к получению биосорбентов с полиамфолитными свойствами из биомасс микроорганизмов, которые могут быть использованы для удаления из растворов радионуклидов и ионов тяжелых металлов как в катионной, так и в анионной формах.

Известны способы получения биосорбентов радиоактивных металлов, включающие экстрагирование липидов и белков из биомассы мицелиальных грибов - продуцентов ферментов цитрат-фосфатным буфером [1] или органическими растворителями [2]
Основным недостатком известных способов является использование значительных количеств органических растворителей и дорогостоящих реактивов, что затрудняет их реализацию в промышленности. Кроме того, сорбенты, получаемые известными способами, не являются ионитами.

Известен наиболее близкий к заявленному способ получения биосорбентов, обладающих ионообменными свойствами, включающий обработку биомассы мицелиальных грибов избытком 0,25 1,25 молярного раствора щелочи при 50 - 100 C, промывку и сушку. Биосорбенты используют для поглощения ионов металлов [3]
Недостатком известного способа является создание значительных объемов неутилизируемых щелочных стоков, что с экологической точки зрения представляет большую опасность для окружающей среды. Получаемые сорбенты обладают только свойствами катионов.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи получения биосорбентов с полиамфолитными свойствами, а также разработки простого и экономичного способа получения этих сорбентов.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения биосорбентов, включающем обработку биомассы микроорганизмов водным раствором щелочи, отделение твердой фазы, промывку и сушку целевого продукта, биомассу предварительно подвергают термообработке до потери 5 30% массы по сухому веществу, а обработку проводят 0,1 1,25 Н раствором щелочи до исчезновения окраски раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

Биомассу предварительно подвергают термообработке, подбирая температуру и время таким образом, чтобы потеря массы после термообработки составила 5 30% по сухому веществу.

Затем биомассу суспендируют в водном растворе щелочи с концентрацией 0,1 1,25 Н при массовом соотношении твердой и жидкой фазы 1 5. Уменьшение этого соотношения увеличивает время обработки, необходимое для получения целевого продукта, а увеличение соотношения не влияет на конечный результат и приводит к увеличенному расходу щелочи. Обработку раствором щелочи проводят или многократно, 2 и более раз, в зависимости от вида биомассы, или пропускают обрабатывающий раствор через колонку, заполненную биомассой, до исчезновения окраски раствора, выходящего из колонки.

Затем проводят промывку обработанной биомассы дистиллированной водой до нейтрального значения pH надосадочной жидкости. Полученный целевой продукт сушат.

В заявленном способе может быть использована биомасса различных микроорганизмов мицелиальных грибов, бактерий, дрожжей, например, Aspergillus japonicus, Penicillium chryzogenum, Penicillium cefalosporum, Cuninghamella japonica, Micrococcus lysodeiktikus, Bacillus subtilis, Echerihia coli, Saccharomyces, cerevisae и т.п. или отходы различных микробиологических производств, где подобные биомассы используют для получения биологически активных веществ.

Изобретение иллюстрируют примеры.

Пример 1.

100 г биомассы мицелиального гриба Penicillium cefalosporum (отход производства антибиотика цефалоспорина) подвергают термообработке 2 ч при 160 C до потери массы 5% (в расчете на сухое вещество). Затем биомассу обрабатывают 0,1 Н водным раствором NaOH при комнатной температуре при перемешивании в течение 2-х ч. Обработку повторяют пятикратно до исчезновения окраски жидкой фазы при массовом соотношении твердой и жидкой фазы 1:5, каждый раз отделяя осадок центрифугированием и отбрасывая надосадочную жидкость. Далее твердую фазу обрабатывают трехкратно таким же образом дистиллированной водой до нейтрального значения pH надосадочной жидкости, отделяют осадок, сушат и получают 21,0 г порошка светло-кремового цвета. Сорбционные свойства целевого продукта представлены в таблице.

Пример 2.

100 г биомассы мицелиального гриба Penicillium chryzogenum подвергают термообработке 2 ч при 250^oC до потери 30% массы по сухому веществу. Затем биомассу обрабатывают 0,5 Н раствором NaOH при комнатной температуре и перемешивании в течение 2 ч. Обработку проводят при массовом соотношении твердой и жидкой фаз 1:5 четырехкратно до исчезновения окраски раствора. Далее проводят промывку по примеру 1, сушат и получают 37,2 г серого порошка. Сорбционные свойства целевого продукта представлены в таблице.

Пример 3.

100 г биомассы бактерии Micrococcus lyzodeiktikus (отход производства гексамурамилдипептида) подвергают термообработке при 200^oC в течение 30 мин до потери 15% массы по сухому веществу. Затем биомассой заполняют стеклянную колонку (1 200 мм, d-10 мм), через которую пропускают 0,25 Н раствор NaOH со скоростью 1 мл/мин до исчезновения окраски раствора, выходящего из колонки. Затем биомассу в колонке промывают дистиллированной водой до достижения нейтрального значения pH воды, выходящей из колонки. Промытую биомассу извлекают из колонки и сушат. Получают 10,6 г коричневого порошка. Сорбционные свойства целевого продукта представлены в таблице.

Пример 4.

100 г биомассы дрожжей Saccharomyces cerevisae подвергают термообработке 2 ч при 150 C до потери 10% массы по сухому веществу. Далее термообработку проводят по примеру 1, но используют 1,25 Н раствор KOH. Получают 25,2 г серого порошка. Сорбционные свойства целевого продукта представлены в таблице.

Определение статической емкости по отношению к ионам Cu определяли, измеряя концентрацию меди в растворе Cu(NO) до и после сорбции. Процесс проводили в течение 1 ч при комнатной температуре, непрерывном перемешивании и соотношении сорбент: раствор, равном 1:100 по массе. Концентрацию ионов Cu определяли фотокалориметрически на приборе КФК-3, используя в качестве реагента трилон Б.

Статическую емкость по отношению к ионам pb определяли в тех же условиях, что и для меди. Концентрацию свинца в исходном и конечном растворах определяли титриметрически, используя в качестве реагента трилон Б в присутствии ксиленолового оранжевого.

Статическую емкость по отношению к ионам уранила определяли в тех же условиях, что и для ионов меди и свинца. Концентрацию уранил-иона находили фотометрически, используя в качестве реагента перекись водорода.

Полную статическую обменную емкость определяли по отношению к катионам натрия из раствора NaOH. Процесс проводили при комнатной температуре в течение 2-х суток при периодическом перемешивании и соотношении сорбент:раствор, равном 1:250 по массе. Концентрацию NaOH в исходном и конечном растворах определяли титриметрически, используя в качестве реагента фиксанальную HCl в присутствии индикатора бромтимолового синего.

Полную статическую обменную емкость по отношению к анионам Cl из раствора HCl определяли в тех же условиях, что и для катионов. Концентрацию соляной кислоты до и после сорбции определяли титриметрически, используя в качестве реагента фиксанальный раствор NaOH в присутствии индикатора бромтимолового синего.

Изобретение относится к области биотехники, конкретно, к получению биосорбентов с полиамфолитными свойствами из биомасс микроорганизмов, которые могут быть использованы для удаления из растворов радионуклидов и ионов тяжелых металлов как в катионной, так и анионной формах. Изобретение решает задачу получения биосорбентов с полиамфолитными свойствами за счет того, что биомассу предварительно подвергают термообработке до потери 5 - 30% массы по сухому веществу, а обработку проводят 0,1 - 1,25H раствором щелочи до исчезновения окраски раствора. 1 табл.

Способ получения биосорбентов, включающий обработку биомассы микроорганизмов водным раствором щелочи, отделение твердой фазы, промывку и сушку целевого продукта, отличающийся тем, что биомассу предварительно подвергают термообработке до потери 5 30% массы по сухому веществу, а обработку проводят 0,1 1,25 Н раствором щелочи до исчезновения окраски раствора.