彭丹，歐陽帆，苗育，李如艷

（深圳信息職業(yè)技術學院交通與環(huán)境學院, 廣東 深圳 518172）

真菌制備溢油吸附劑的綠色技術研究

彭丹，歐陽帆，苗育，李如艷

（深圳信息職業(yè)技術學院交通與環(huán)境學院, 廣東 深圳 518172）

本研究以玉米秸稈為原材料（RCS），利用黑曲霉（Aspergillus niger）與綠色木霉（Trichoderma viride）對秸稈進行改性制備高效吸油劑?？疾炝藴囟取r間對改性效果的影響，尋求最佳改性條件，建立真菌制備吸油劑的綠色技術。

真菌；玉米秸稈；吸油劑

人類對能源的需求隨著社會、經濟的發(fā)展和進步與日俱增，其中石油資源是被利用最多的能源。雖然石油資源給人類的生產生活帶來了許多便利，但是人們在勘探、開采、運輸、加工等過程中會造成環(huán)境污染[1]。據(jù)統(tǒng)計，平均有1000萬噸／年的石油通過海運輸往世界各地，其中經由各種途徑泄漏至海洋中的石油烴為600萬噸／年。漏油進入環(huán)境后會發(fā)生一系列的環(huán)境化學行為（見圖1），如不采取及時有效的措施，將會擴大污染范圍，加劇處理難度[2]。

圖1 溢油的環(huán)境化學行為Fig.1 Environmental chemistry behavior of oil spill

對于溢油污染的修復技術，主要包括：物理修復技術、化學修復技術、生物修復技術以及三種修復技術的結合技術，其中在應急處理措施中，主要采用物理修復措施。吸油劑的應用是物理修復措施中最為常見的。

吸油劑可以按組成成分劃分為無機型和有機型吸油材料，有機型材料由天然生物質材料和合成有機材料組成。與無機吸油材料相比，有機吸油材料應用更為廣泛。天然有機生物質吸附劑包括泥炭蘚、秸稈、木屑、羊毛、花生殼等。將廢棄的農業(yè)材料或副產品制備成各種吸附材料應用到污染修復中，是眾多研究熱點之一。農業(yè)廢棄物吸附劑可以吸收比自身重量重3到15倍的油量[3]，但是，它們表現(xiàn)出既吸水又吸油的特性，從而容易下沉不利于回收。

為了提高農業(yè)廢棄物的利用效率，即提高材料的親油性能并降低親水性，研究人員多采用物理、化學或者生物方法對原材料進行改性，物理、化學的方法使用最為廣泛。乙?；亲畛Ｓ玫母男赞k法。Sun 等[4,5]設計沒有有機溶劑的反應體系，利用乙酸酐乙酰化稻草，將秸稈纖維中的羥基自由基轉化為乙?；瑥亩苽涑龃姿岬静?，使其疏水性能提高。但是，在化學改性過程中，要使用大量的有毒化學試劑，使其在制備吸油材料過程中對環(huán)境產生二次污染，因此，本研究擬開發(fā)微生物改性技術，將生物質基農業(yè)廢棄物制備高效能的溢油吸附劑，應用于溢油事故污染水體的修復過程中。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

（1） 實驗原材料

本研究選用玉米秸稈作為原材料進行研究，收集于廣州大學城穗石村的農田，去除葉子后在自來水下沖洗，風干后將秸稈用植物粉碎機進行粉碎，然后用篩網(wǎng)進行篩分，本實驗選用的秸稈粒徑為20-40目。將備用材料置于烘箱內，于60℃下烘干至恒重，取出冷卻保存在干燥器中。

實驗原油取自廣州石油化工集團。模擬實際漏油環(huán)境，在實驗前將原油置于通風櫥內48 h，讓輕質化合物揮發(fā)，從而獲得真實實驗結果（本實驗所用油品的性質見表1所示）。實驗中用到的主要化學試劑購自國藥集團化學試劑有限公司，均為分析純。

表1 油基本性質Tab. 1 Basic properties of crude oil

（2）真菌來源

本實驗采用一株綠色木霉（Trichoderma viride）和黑曲霉（Aspergillus niger），綠色木霉來源為廣東省微生物菌種保藏中心GIM3.141，黑曲霉為本實驗室保藏菌株，菌株在4℃下保存于馬鈴薯斜面培養(yǎng)基上。

（3）培養(yǎng)基組成

本實驗對于黑曲霉改性和綠色木霉改性分別采用不同的培養(yǎng)基：

（1）黑曲霉的培養(yǎng)基

將玉米秸稈進行黑曲霉改性時的，所使用的固體發(fā)酵培養(yǎng)基為察氏培養(yǎng)基（Czapek-Dox Medium），其主要的組成見表2。

表2 察氏培養(yǎng)基配方Tab. 2 Czapek-Dox Medium

（2）綠色木霉營養(yǎng)液

綠色木霉改性時添加Mandel營養(yǎng)液（見表3）。

表3 Mandel 營養(yǎng)液Tab.3 Nutrient solution formulaof Mandel

1.2 吸油量的測定

本文在前人研究的基礎上，采用重量法作為吸油量測定的方法。

稱量吸油劑重量：0.2 g改性后的玉米秸稈；

稱量恒重的表面皿重量、200目吸油網(wǎng)的重量，分別記為m1（g）和m2（g）；

室溫下，將吸油劑置于吸油網(wǎng)上，并沒入含原油的水體中，將吸油裝置在60-70 rpm的搖床中振蕩1h；

取出瀝干10min后，置于表面皿中稱量，記為m3（g）。利用式1，可計算得到單位質量材料的吸油量。

1.3 實驗方法

根據(jù)綠色木霉和黑曲霉兩種真菌的最適生長環(huán)境為基礎，設計單因素實驗，考察環(huán)境因子時間和溫度對兩種真菌改性玉米秸稈制備吸油劑的影響。實驗步驟如下：將經過121℃高溫濕熱滅菌的玉米秸稈（干重量為1.5g）置于100ml錐形瓶中，添加一定量的菌懸液和外加營養(yǎng)液，然后翻動秸稈使其混勻，在以下條件下利用兩種真菌對玉米秸稈進行改性[6]。

在溫度為30 ℃下，固液比（即玉米秸稈重量：營養(yǎng)液體積，g/ml）為1:3時，在不同的改性時間下取出玉米秸稈，測定改性后材料的吸油量，時間水平設為2、4、6、8、10和12d，比較吸油量確定最佳改性時間；溫度水平選擇在25、30、35和40℃下，確定最佳改性溫度。每個水平均做兩個平行樣。

2 實驗結果

2.1 培養(yǎng)時間對改性玉米秸稈吸油量的影響

根據(jù)柱狀圖2分析，黑曲霉改性前6天，玉米秸稈的吸油量隨著改性時間延長而逐漸升高，吸油量在第6天達到最高，為14.86 g/g，隨后，吸油量隨著改性時間的延長反而稍有下降，吸油量也基本維持在13-14 g/g。由圖3可知，綠色木霉改性玉米秸稈在第6天時吸油量達到峰值，為11.57g/g，相比黑曲霉改性6天的玉米秸稈，改性效果較差，但兩種真菌改性后秸稈吸油量均較原材料有大幅度增長，分別提高了125.8%和75.84%。6天后，隨著改性時間延長玉米秸稈吸油量有所下降，但與玉米秸稈原材料相比仍有明顯提升。

圖2 黑曲霉改性與玉米秸稈制備的吸附劑的吸油量變化Fig.2 Oil Sorption of con stalk modified by a Niger

圖3 綠色木霉改性時間對吸油量的影響Fig.3 Effect of modification time on the oil sorption by Trichoderma viride

2.2 培養(yǎng)溫度對改性玉米秸稈吸油量的影響

溫度是影響真菌活力的主要因素之一，根據(jù)圖4所示，黑曲霉隨著溫度上升，生長代謝能力受到促進，酶產量逐漸達到最佳，在30℃時活性最佳，此溫度下改性的玉米秸稈效果最佳，吸油量為13.91 g/g。根據(jù)圖5所示，綠色木霉在25℃時活性最佳，此溫度下改性的玉米秸稈效果最佳，吸油量為13.84 g/g。而后，隨著溫度的升高，玉米秸稈吸油量呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。根據(jù)文獻對比，溫度過低或者過高時，真菌的生長代謝受到抑制，酶的活性及產酶量都低，黑曲霉和綠色木霉最佳最生長溫度分別為28-37℃和25-35℃，與本實驗結果一致。在最佳溫度下，黑曲霉和綠色木霉改性玉米秸稈吸油量比原材料分別提高了125.8%和110.33%。

圖4 黑曲霉培養(yǎng)溫度對吸油量的影響Fig.4 Effect of modification temperature on the oil sorption by Aspergillus Niger

圖5 綠色木霉培養(yǎng)溫度對吸油量的影響Fig.5 Effect of modification temperature on the oil sorption Trichoderma viride

2.3 掃描電子顯微鏡（SEM）表征

從掃描電鏡圖6觀察可以知道，玉米秸稈原材料（RCS）的表面結構致密平整，內部纖維緊密排列，而玉米秸稈經過黑曲霉改性后（ANCS），材料表面呈現(xiàn)凹槽，內部孔隙增加，纖維間被真菌菌絲脹開，增加了材料的比表面積，孔隙和比表面積為玉米秸稈吸附溢油提供了更多的位點，所以提高了秸稈的吸油量。綠色木霉改性后的玉米秸稈（TVCS）表面變得粗糙多褶，但內部結構并未如ANCS一樣打開，這也是TVCS吸油量小于ANCS的原因。電鏡圖為兩種真菌改性玉米秸稈吸油能力提供了理論依據(jù)，從微觀結構變化說明改性后的玉米秸稈比原材料吸油量和吸油速度提高的原因。

圖6 RCS、ANCS、TVCS的掃描電鏡圖Fig.6 SEM of RCS、ANCS、TVCS

3 結束語

黑曲霉和綠色木霉改性玉米秸稈制備吸油劑的時間均在第6天最佳，而對于溫度的影響，兩種真菌呈現(xiàn)不同的響應，黑曲霉在30℃最佳，而綠色木霉為25℃。比較真菌改性前后玉米秸稈的吸油量，均有顯著提升，說明利用真菌改性技術是制備吸油劑的一條綠色途徑。

[1] Annunciado, T.R., T.H. Sy denstricker, and S.C. Amico, Experimental investigation of various vegetable fibers as sorbent materials for oil spills[J]. Marine pollution bulletin, 2005. 50(11): 1340-6.

[2] Payne, K.C., et al., Oil spills abatement: factors affecting oil uptake by cellulos ic fibers[J]. Environmental science & technology, 2012. 46(14): 7725-30.

[3] Zou, J., Magnetic pomelo peel as a new absorption material for oil polluted water[J]. Desalination and Water Treatment, 2016. 57(27): 12536-12545.

[4] Sun, X.F., R.C. Sun, and J.X. Sun, Acetylation of rice straw with or without catalysts and its characterization as a natural sorbent in oil spill cleanup[J]. Journal of Agri cultural and Food Chemistry, 2002. 50(22): 6428-6433.

[5] Sun, X.F., R.C. Sun, and J.X. Sun, Acetylation of sugarcane bagasse using NBS as a catalyst under mild reaction conditions for the production of oil sorption-active materials[J]. Bioresource Technology, 2004. 95(3): 343-50.

[6] 藍舟琳, 彭丹，郭楚玲等, 綠色木霉改性玉米秸稈溢油吸附劑的制備及其性能研究[J]. 環(huán)境科學, 2013. 34(4): 1605-1610. LAN Zhoulin, PENG Dan, GUO Chuling, et al., Preparation and Performance Investigation of Trichodermaviride-Modified Corn Stalk as Sorbent Materials for Oil Spills[J]. ENVIRONMENTAL SCIENCE, 2013. 34(4): 1605-1610. (in Chinese)

The research of preparing oil sorbent by fungus in a green way

PENG Dan, OUYANG Fan, YU Miao, LI Ruyan
（School of Traffic and Environment, Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518172 , P.R.China）

In this research, the corn straw was used as raw material, and modified by Aspergillus Niger and Trichodermaviride to preparation of high efficient oil s orbent. The influence of tem perature and time on the modification was investigated, and the optimum modification conditions were found. The green preparation of oil sorbent by fungus was established.

Fungus; Corn straw; Oil sorbent

X52

：A

1672-6332（2017）01-0033-05

【責任編輯：高潮】

2017-03-28

深圳市科技計劃（項目編號：JCYJ20150417094158012；JCYJ20160415114215737）；深圳信息職業(yè)技術學院第六批教育教學研究課題（項目編號：2016jgqn03）

彭丹（1983-），女（漢），湖南湘潭人，博士，講師，主要研究方向：水污染修復技術。E-mail：pengd@sziit.edu.cn