真菌制备溢油吸附剂的绿色技术研究

彭丹，欧阳帆，苗育，李如艳

（深圳信息职业技术学院交通与环境学院, 广东 深圳 518172）

真菌制备溢油吸附剂的绿色技术研究

彭丹，欧阳帆，苗育，李如艳

（深圳信息职业技术学院交通与环境学院, 广东 深圳 518172）

本研究以玉米秸秆为原材料（RCS），利用黑曲霉（Aspergillus niger）与绿色木霉（Trichoderma viride）对秸秆进行改性制备高效吸油剂。考察了温度、时间对改性效果的影响，寻求最佳改性条件，建立真菌制备吸油剂的绿色技术。

真菌；玉米秸秆；吸油剂

人类对能源的需求随着社会、经济的发展和进步与日俱增，其中石油资源是被利用最多的能源。虽然石油资源给人类的生产生活带来了许多便利，但是人们在勘探、开采、运输、加工等过程中会造成环境污染[1]。据统计，平均有1000万吨／年的石油通过海运输往世界各地，其中经由各种途径泄漏至海洋中的石油烃为600万吨／年。漏油进入环境后会发生一系列的环境化学行为（见图1），如不采取及时有效的措施，将会扩大污染范围，加剧处理难度[2]。

图1 溢油的环境化学行为Fig.1 Environmental chemistry behavior of oil spill

对于溢油污染的修复技术，主要包括：物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术以及三种修复技术的结合技术，其中在应急处理措施中，主要采用物理修复措施。吸油剂的应用是物理修复措施中最为常见的。

吸油剂可以按组成成分划分为无机型和有机型吸油材料，有机型材料由天然生物质材料和合成有机材料组成。与无机吸油材料相比，有机吸油材料应用更为广泛。天然有机生物质吸附剂包括泥炭藓、秸秆、木屑、羊毛、花生壳等。将废弃的农业材料或副产品制备成各种吸附材料应用到污染修复中，是众多研究热点之一。农业废弃物吸附剂可以吸收比自身重量重3到15倍的油量[3]，但是，它们表现出既吸水又吸油的特性，从而容易下沉不利于回收。

为了提高农业废弃物的利用效率，即提高材料的亲油性能并降低亲水性，研究人员多采用物理、化学或者生物方法对原材料进行改性，物理、化学的方法使用最为广泛。乙酰化是最常用的改性办法。Sun 等[4,5]设计没有有机溶剂的反应体系，利用乙酸酐乙酰化稻草，将秸秆纤维中的羟基自由基转化为乙酰基，从而制备出醋酸稻草，使其疏水性能提高。但是，在化学改性过程中，要使用大量的有毒化学试剂，使其在制备吸油材料过程中对环境产生二次污染，因此，本研究拟开发微生物改性技术，将生物质基农业废弃物制备高效能的溢油吸附剂，应用于溢油事故污染水体的修复过程中。

1 材料与方法

1.1 实验材料

（1） 实验原材料

本研究选用玉米秸秆作为原材料进行研究，收集于广州大学城穗石村的农田，去除叶子后在自来水下冲洗，风干后将秸秆用植物粉碎机进行粉碎，然后用筛网进行筛分，本实验选用的秸秆粒径为20-40目。将备用材料置于烘箱内，于60℃下烘干至恒重，取出冷却保存在干燥器中。

实验原油取自广州石油化工集团。模拟实际漏油环境，在实验前将原油置于通风橱内48 h，让轻质化合物挥发，从而获得真实实验结果（本实验所用油品的性质见表1所示）。实验中用到的主要化学试剂购自国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯。

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

（2）真菌来源

本实验采用一株绿色木霉（Trichoderma viride）和黑曲霉（Aspergillus niger），绿色木霉来源为广东省微生物菌种保藏中心GIM3.141，黑曲霉为本实验室保藏菌株，菌株在4℃下保存于马铃薯斜面培养基上。

（3）培养基组成

本实验对于黑曲霉改性和绿色木霉改性分别采用不同的培养基：

（1）黑曲霉的培养基

将玉米秸秆进行黑曲霉改性时的，所使用的固体发酵培养基为察氏培养基（Czapek-Dox Medium），其主要的组成见表2。

表2 察氏培养基配方Tab. 2 Czapek-Dox Medium

（2）绿色木霉营养液

绿色木霉改性时添加Mandel营养液（见表3）。

表3 Mandel 营养液Tab.3 Nutrient solution formulaof Mandel

1.2 吸油量的测定

本文在前人研究的基础上，采用重量法作为吸油量测定的方法。

称量吸油剂重量：0.2 g改性后的玉米秸秆；

称量恒重的表面皿重量、200目吸油网的重量，分别记为m1（g）和m2（g）；

室温下，将吸油剂置于吸油网上，并没入含原油的水体中，将吸油装置在60-70 rpm的摇床中振荡1h；

取出沥干10min后，置于表面皿中称量，记为m3（g）。利用式1，可计算得到单位质量材料的吸油量。

1.3 实验方法

根据绿色木霉和黑曲霉两种真菌的最适生长环境为基础，设计单因素实验，考察环境因子时间和温度对两种真菌改性玉米秸秆制备吸油剂的影响。实验步骤如下：将经过121℃高温湿热灭菌的玉米秸秆（干重量为1.5g）置于100ml锥形瓶中，添加一定量的菌悬液和外加营养液，然后翻动秸秆使其混匀，在以下条件下利用两种真菌对玉米秸秆进行改性[6]。

在温度为30 ℃下，固液比（即玉米秸秆重量：营养液体积，g/ml）为1:3时，在不同的改性时间下取出玉米秸秆，测定改性后材料的吸油量，时间水平设为2、4、6、8、10和12d，比较吸油量确定最佳改性时间；温度水平选择在25、30、35和40℃下，确定最佳改性温度。每个水平均做两个平行样。

2 实验结果

2.1 培养时间对改性玉米秸秆吸油量的影响

根据柱状图2分析，黑曲霉改性前6天，玉米秸秆的吸油量随着改性时间延长而逐渐升高，吸油量在第6天达到最高，为14.86 g/g，随后，吸油量随着改性时间的延长反而稍有下降，吸油量也基本维持在13-14 g/g。由图3可知，绿色木霉改性玉米秸秆在第6天时吸油量达到峰值，为11.57g/g，相比黑曲霉改性6天的玉米秸秆，改性效果较差，但两种真菌改性后秸秆吸油量均较原材料有大幅度增长，分别提高了125.8%和75.84%。6天后，随着改性时间延长玉米秸秆吸油量有所下降，但与玉米秸秆原材料相比仍有明显提升。

图2 黑曲霉改性与玉米秸秆制备的吸附剂的吸油量变化Fig.2 Oil Sorption of con stalk modified by a Niger

图3 绿色木霉改性时间对吸油量的影响Fig.3 Effect of modification time on the oil sorption by Trichoderma viride

2.2 培养温度对改性玉米秸秆吸油量的影响

温度是影响真菌活力的主要因素之一，根据图4所示，黑曲霉随着温度上升，生长代谢能力受到促进，酶产量逐渐达到最佳，在30℃时活性最佳，此温度下改性的玉米秸秆效果最佳，吸油量为13.91 g/g。根据图5所示，绿色木霉在25℃时活性最佳，此温度下改性的玉米秸秆效果最佳，吸油量为13.84 g/g。而后，随着温度的升高，玉米秸秆吸油量呈现逐渐减小趋势。根据文献对比，温度过低或者过高时，真菌的生长代谢受到抑制，酶的活性及产酶量都低，黑曲霉和绿色木霉最佳最生长温度分别为28-37℃和25-35℃，与本实验结果一致。在最佳温度下，黑曲霉和绿色木霉改性玉米秸秆吸油量比原材料分别提高了125.8%和110.33%。

图4 黑曲霉培养温度对吸油量的影响Fig.4 Effect of modification temperature on the oil sorption by Aspergillus Niger

图5 绿色木霉培养温度对吸油量的影响Fig.5 Effect of modification temperature on the oil sorption Trichoderma viride

2.3 扫描电子显微镜（SEM）表征

从扫描电镜图6观察可以知道，玉米秸秆原材料（RCS）的表面结构致密平整，内部纤维紧密排列，而玉米秸秆经过黑曲霉改性后（ANCS），材料表面呈现凹槽，内部孔隙增加，纤维间被真菌菌丝胀开，增加了材料的比表面积，孔隙和比表面积为玉米秸秆吸附溢油提供了更多的位点，所以提高了秸秆的吸油量。绿色木霉改性后的玉米秸秆（TVCS）表面变得粗糙多褶，但内部结构并未如ANCS一样打开，这也是TVCS吸油量小于ANCS的原因。电镜图为两种真菌改性玉米秸秆吸油能力提供了理论依据，从微观结构变化说明改性后的玉米秸秆比原材料吸油量和吸油速度提高的原因。

图6 RCS、ANCS、TVCS的扫描电镜图Fig.6 SEM of RCS、ANCS、TVCS

3 结束语

黑曲霉和绿色木霉改性玉米秸秆制备吸油剂的时间均在第6天最佳，而对于温度的影响，两种真菌呈现不同的响应，黑曲霉在30℃最佳，而绿色木霉为25℃。比较真菌改性前后玉米秸秆的吸油量，均有显著提升，说明利用真菌改性技术是制备吸油剂的一条绿色途径。

[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] 蓝舟琳, 彭丹，郭楚玲等, 绿色木霉改性玉米秸秆溢油吸附剂的制备及其性能研究[J]. 环境科学, 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

【责任编辑：高潮】

2017-03-28

深圳市科技计划（项目编号：JCYJ20150417094158012；JCYJ20160415114215737）；深圳信息职业技术学院第六批教育教学研究课题（项目编号：2016jgqn03）

彭丹（1983-），女（汉），湖南湘潭人，博士，讲师，主要研究方向：水污染修复技术。E-mail：pengd@sziit.edu.cn