本发明属含油污水处理技术领域，涉及一种疏水改性蛋白质生物破乳剂。
背景技术：
含油污水的来源十分广泛，在钢铁炼制、工业生产、石油开采及农药和食品加工过程中都会产生含油污水，并且这些油类污染物主要以四种形式存在，溶解油、分散油、浮油以及乳化油。在油田开采过程中为了提升原油采收率，油田开采力度增大导致产生大量的含油污水，同时在石油炼制、石油化工、油品储运、邮轮事故等生产及运输过程中产生大量的含油污水，对人类健康及其生存环境构成了极大的威胁。由于含油污水往往具有难降解，易乳化等特点，单一的处理方法很难达到理想的处理效果。其中浮油和分散油因油滴粒径较大，当油水混合物静置或缓慢流动过程中，油滴会发生聚集并上浮到水表面上形成连续的油层从而相对容易从水中分离出来，然而乳化油和溶解油因其颗粒粒径极小且易于与水形成稳定的混合物常规的分离方法很难将其去除，此外由于乳化油相比溶解油在油水化合物中占比更高危害更大，因此如何高效的去除含油污水中的乳化油是当前含油污水处理研究的热点和难点。
生物破乳剂的研究为去除含油污水中的乳化油提供了方向。生物破乳剂通过微生物发酵生产，生产工艺简单，具有适应性高、易降解和可重复使用等特点，发明人早期研究的芽孢杆菌所产生的蛋白质分泌物，就是一种生物破乳剂，但生物破乳剂的絮凝沉降性能低，发酵液浓度低，投加量大，无法回收循环使用，不能得到大规模应用。
技术实现要素：
本发明目的正是为了克服上述不足，提供一种疏水改性蛋白质生物破乳剂，不仅脱水能力强，使用量小，而且可以回收循环利用，降低了含油污水处理成本，实现了生物破乳剂的大规模工业应用。
一种疏水改性蛋白质生物破乳剂，其特征在于将生物破乳剂用磁纳米材料改性，所述的生物破乳剂为芽孢杆菌xh-1所产生的蛋白质分泌物，所述芽孢杆菌xh-1保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)，保藏编号为cgmccno.5460，保藏时间为2011年11月14日；所述的磁纳米材料为辛基改性的磁性纳米四氧化三铁。这样，磁纳米材料直接被连到破乳蛋白上，形成一新的蛋白结构，这种新型的改性蛋白质生物破乳剂破乳能力强，降低了生物破乳剂的用量，而且带有磁性，可以利用磁铁进行回收利用，增加了破乳使用次数，极大地降低了含油废水处理成本，增强了极端环境适应能力，并且脱水速率快，降低了研发和使用成本，同时疏水改性蛋白质生物破乳剂可以在现有油田处理设备中使用，易于大规模使用。
这种疏水改性蛋白质生物破乳剂，具体是由4ml的破乳蛋白溶液与50mg的辛基改性的磁性纳米四氧化三铁配置而成，所述破乳蛋白溶液是将生物破乳剂溶解在ph=7的磷酸盐缓冲液（pbs）中，破乳蛋白浓度为200mg/ml；所述辛基改性的磁性纳米四氧化三铁由0.5ml硅烷化试剂辛基三甲氧基硅烷和50mg磁性纳米四氧化三铁在6ml氨水作为催化剂下配制而成。
本发明生物破乳剂的制备方法是：一、取芽孢杆菌xh-1接种于液体培养基中，在温度为30±2℃、150r/min的条件下培养24h，得到种子液；二、将种子液按10%的体积比接种于发酵罐的培养液中，在温度30±2℃的条件下培养24h，得到破乳菌全发酵液；三、将破乳菌全发酵液以5000r/min的转速离心5min，然后取上清液，在温度为50℃的条件下浓缩至体积为原上清液体积的十分之一，得到浓缩液，即为生物破乳剂；其中步骤二中培养液与步骤一中液体培养基成分相同；步骤一种液体培养基由k2hpo44.0g，kh2po46.0g，nh4cl4.0g，mgso4·h2o0.2g，微量元素溶液1ml，酵母膏1.0g，液体石蜡4%（v/v），去离子水1000ml组成，所述的微量元素溶液由1000mg的cacl2·h2o、1000mg的feso4.7h2o、1400mgedta溶解于1000ml的蒸馏水制成，培养基在121℃下灭菌30min。
本发明辛基改性的磁性纳米四氧化三铁的制备：一、取2gfe3o4纳米粒子，加入到含有160ml乙醇、40ml水、5ml氨水的混合液中，超声处理1h后，然后将5ml正硅酸乙酯（teos）缓慢加入到该溶液体系，室温、350r/min连续机械搅拌反应12h。用去离子水将沉淀洗涤数次，然后用0.1mol/l的盐酸处理沉淀12h，以去除未包裹上sio2的fe3o4纳米粒子，将沉淀物在室温下真空干燥24h得磁性fe3o4-sio2载体；二、在250ml圆底烧瓶中，加入1g磁性fe3o4-sio2载体，超声处理1h，使载体均匀分布在60ml乙醇中，然后加入6.0mlnh3h2o，继续超声10min，随后向反应液中缓慢加入0.5ml辛基三甲氧基硅烷，在50℃下持续搅拌反应8h，用永久性磁铁将载体和溶液分离，载体分别用乙醇和水充分洗涤至中性，最后在常温下真空干燥24h，获得含有辛基官能团的fe3o4-sio2磁性复合载体。
该种疏水改性蛋白质生物破乳剂，应用于含油污水处理，应用较佳的条件是温度25-35℃，反应时间6-8h。
本发明疏水改性蛋白生物破乳剂中疏水改性磁性纳米材料的使用，降低了生物破乳剂的用量，生物破乳剂可以用磁铁直接回收，增加了使用次数；同样由于生物破乳剂属于环境友好型生物制剂，并且脱水能力强，使用量小，减轻了后续污水处理设备的处理负担，适应性好，降低了使用和研发成本；本发明疏水改性蛋白生物破乳剂对油田采出液ph值以及温度都有较宽泛的适应范围，原油采出液ph值的波动对其脱水效果影响不大，且有利于与高寒地区的冬季破乳，可以节省加热所需的能源消耗，同时可利用现有设备进行投产。
附图说明
图1为不同破乳时间的破乳效果，其中○为本发明疏水改性蛋白类生物破乳剂的破乳效果曲线，□为生物破乳剂的破乳效果曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括具体实施方式间的任意组合。
一种疏水改性蛋白质生物破乳剂，由4ml的破乳蛋白溶液与50mg的辛基改性的磁性纳米四氧化三铁配置而成，所述破乳蛋白溶液是将生物破乳剂溶解在ph=7的磷酸盐缓冲液（pbs）中，破乳蛋白浓度为200mg/ml；其中，生物破乳剂为芽孢杆菌xh-1所产生的蛋白质分泌物，所述芽孢杆菌xh-1保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)，保藏编号为cgmccno.5460，保藏时间为2011年11月4日；辛基改性的磁性纳米四氧化三铁由0.5ml硅烷化试剂辛基三甲氧基硅烷（阿拉丁公司购买）和50mg磁性纳米四氧化三铁（sigma公司购买）在6ml氨水作为催化剂下配制而成。
本实施方式中生物破乳剂的制备：一、取芽孢杆菌接种于液体培养基中，在温度为30±2℃、150r/min的条件下培养24h，得到种子液；二、将种子液按10%的体积比接种于发酵罐的培养液中，在温度30±2℃的条件下培养24h，得到破乳菌全发酵液；三、将破乳菌全发酵液以5000r/min的转速离心5min，然后取上清液，在温度为50℃的条件下浓缩至体积为原上清液体积的十分之一，得到浓缩液，即为生物破乳剂；其中步骤二中培养液与步骤一中液体培养基成分相同；步骤一种液体培养基由k2hpo44.0g，kh2po46.0g，nh4cl4.0g，mgso4·h2o0.2g，微量元素溶液1ml，酵母膏1.0g，液体石蜡4%（v/v），去离子水1000ml组成，所述的微量元素溶液由1000mg的cacl2·h2o、1000mg的feso4.7h2o、1400mgedta溶解于1000ml的蒸馏水制成，培养基在121℃下灭菌30min。
本实施方式中的辛基磁性纳米四氧化三铁粒子的制备：一、取2gfe3o4纳米粒子，加入到含有160ml乙醇、40ml水、5ml氨水的混合液中，超声处理1h后，然后将5ml正硅酸乙酯（teos）缓慢加入到该溶液体系，室温、350r/min连续机械搅拌反应12h。用去离子水将沉淀洗涤数次，然后用0.1mol/l的盐酸处理沉淀12h，以去除未包裹上sio2的fe3o4纳米粒子，将沉淀物在室温下真空干燥24h得磁性fe3o4-sio2载体；二、在250ml圆底烧瓶中，加入1g磁性fe3o4-sio2载体，超声处理1h，使载体均匀分布在60ml乙醇中，然后加入6.0mlnh3h2o，继续超声10min，随后向反应液中缓慢加入0.5ml辛基三甲氧基硅烷，在50℃下持续搅拌反应8h，用永久性磁铁将载体和溶液分离，载体分别用乙醇和水充分洗涤至中性，最后在常温下真空干燥24h，获得含有辛基官能团的fe3o4-sio2磁性复合载体。
在响应面实验中，以蛋白固载率为评价指标，设计四因子（a、b、c、d）三水平的响应面试验，其中a:温度（℃）分别为25、30、35；b:时间(h)分别为5、6、7；c:ph值分别为6、7、8；d:蛋白质含量（ml）3、4、5；按照ccd设计表进行试验，结果如表1所示。
表1
根据表1的结果，进行极差比较和水平优选与组合优选。
通过对回归方程进行分析，当环境条件为29.09℃、时间6.14h、ph为7.06和200mg/ml蛋白质含量4.42ml时，蛋白固载率为75.48%。本研究进行进一步的实验验证。依据如上优化条件，重复三次实验对进行制备，通过实验验证，蛋白固载率为75.6%，其数值基本符合模型预测值。
应用比较：将上述疏水改性蛋白质生物破乳剂（由4ml浓度为200mg/ml的蛋白质生物破乳剂、50mg辛基改性的磁性纳米四氧化三铁在ph=7的pbs中配制而成）和生物破乳剂（4ml浓度为200mg/ml的蛋白质生物破乳剂），当同样环境条件为30℃、ph为7时处理含油污水，本发明破乳效果远高于未改性的生物破乳剂，参考附图1，同时本发明带有磁性，可以回收利用，极大降低了处理成本。
1.一种疏水改性蛋白质生物破乳剂，其特征在于将生物破乳剂用磁纳米材料改性，所述的生物破乳剂为芽孢杆菌xh-1所产生的蛋白质分泌物，所述芽孢杆菌xh-1保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)，保藏编号为cgmccno.5460，保藏时间为2011年11月14日；所述的磁纳米材料为辛基改性的磁性纳米四氧化三铁。
2.根据权利要求1所述的一种疏水改性蛋白质生物破乳剂，其特征在于由4ml的破乳蛋白溶液与50mg的辛基改性的磁性纳米四氧化三铁配置而成，所述破乳蛋白溶液是将生物破乳剂溶解在ph=7的磷酸盐缓冲液（pbs）中，破乳蛋白浓度为200mg/ml；所述辛基改性的磁性纳米四氧化三铁由0.5ml硅烷化试剂辛基三甲氧基硅烷和1g磁性纳米四氧化三铁在6ml氨水作为催化剂下配制而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种疏水改性蛋白质生物破乳剂，其特征在于生物破乳剂的制备方法是：一、取芽孢杆菌xh-1接种于液体培养基中，在温度为30±2℃、150r/min的条件下培养24h，得到种子液；二、将种子液按10%的体积比接种于发酵罐的培养液中，在温度30±2℃的条件下培养24h，得到破乳菌全发酵液；三、将破乳菌全发酵液以5000r/min的转速离心5min，然后取上清液，在温度为50℃的条件下浓缩至体积为原上清液体积的十分之一，得到浓缩液，即为生物破乳剂；其中步骤二中培养液与步骤一中液体培养基成分相同；步骤一种液体培养基由k2hpo44.0g，kh2po46.0g，nh4cl4.0g，mgso4·h2o0.2g，微量元素溶液1ml，酵母膏1.0g，液体石蜡4%（v/v），去离子水1000ml组成，所述的微量元素溶液由1000mg的cacl2·h2o、1000mg的feso4.7h2o、1400mgedta溶解于1000ml的蒸馏水制成，培养基在121℃下灭菌30min。
4.根据权利要求1或2所述的一种疏水改性蛋白质生物破乳剂，其特征在于辛基改性的磁性纳米四氧化三铁的制备：一、取2gfe3o4纳米粒子，加入到含有160ml乙醇、40ml水、5ml氨水的混合液中，超声处理1h后，然后将5ml正硅酸乙酯（teos）缓慢加入到该溶液体系，室温、350r/min连续机械搅拌反应12h，用去离子水将沉淀洗涤数次，然后用0.1mol/l的盐酸处理沉淀12h，以去除未包裹上sio2的fe3o4纳米粒子，将沉淀物在室温下真空干燥24h得磁性fe3o4-sio2载体；二、在250ml圆底烧瓶中，加入1g磁性fe3o4-sio2载体，超声处理1h，使载体均匀分布在60ml乙醇中，然后加入6.0mlnh3h2o，继续超声10min，随后向反应液中缓慢加入0.5ml辛基三甲氧基硅烷，在50℃下持续搅拌反应8h，用永久性磁铁将载体和溶液分离，载体分别用乙醇和水充分洗涤至中性，最后在常温下真空干燥24h，获得含有辛基官能团的fe3o4-sio2磁性复合载体。
5.一种疏水改性蛋白质生物破乳剂，应用于含油污水处理。
技术总结