利用苎麻纺织废料生物合成细菌纤维素及其高效吸附Cu(II)离子的研究

推荐 为解决苎麻纺织废料利用率低及重金属Cu(II)污染问题，中国农业科学院麻类研究所等机构研究人员开展研究。以苎麻纤维水解物为碳源，利用从康普茶中分离的菌株发酵生产细菌纤维素（BC），优化条件后BC产量显著提高，且对Cu(II)吸附效率达95.62%，为废料高值利用和环境修复提供新途径。

　　

论文解读
在当今社会，随着纺织业的蓬勃发展，苎麻纺织废料的处理成为了亟待解决的问题。大量的苎麻纺织废料如果得不到有效利用，不仅会造成资源的浪费，还会对环境产生负面影响。同时，重金属Cu(II)污染也是纺织行业废水排放中的一个突出问题，严重威胁着生态环境和人类健康。为了应对这些挑战，中国农业科学院麻类研究所等机构的研究人员开展了相关研究。

研究人员以苎麻纺织废料为切入点，探索将其转化为具有高附加值的细菌纤维素（BC）。他们通过一系列的实验和研究，利用从康普茶中分离出的菌株，以苎麻纤维水解物为碳源进行发酵生产BC。在这个过程中，研究人员对发酵条件进行了优化，使得BC的产量得到了显著提高。同时，他们还发现这种BC对Cu(II)离子具有良好的吸附性能，吸附效率最高可达95.62%。这项研究成果为苎麻纺织废料的高值利用提供了新的途径，也为解决纺织行业废水中的Cu(II)污染问题提供了有效的方法。该论文发表在《Scientific Reports》上。

作者为开展研究用到的主要关键技术方法包括：响应面法优化苎麻纤维酶解条件，通过单因素实验分析温度、酶浓度和反应时间对还原糖产量的影响，并利用Design-Expert 13软件进行多变量交互作用的回归系数和平方误差分析；采用DNS法测定还原糖含量，通过3,5 - 二硝基水杨酸试剂与还原糖反应并测量吸光度来定量分析；利用扫描电子显微镜（SEM）观察BC的微观形貌，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析其化学结构，X射线衍射（XRD）测定结晶度，热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）研究其热稳定性。

研究结果如下：
苎麻纤维酶解条件优化：通过响应面法得出最佳酶解条件为温度40.4°C、时间63.8 h、酶浓度5.7%，在此条件下还原糖产量达到31.18 g/L，验证实验结果与预测值相符。
BC生产及产量提升：以苎麻纤维水解物为基础培养基（RFH），添加酵母提取物可显著提高BC产量，在添加10 g/L酵母提取物时，7天内BC产量达到7.2 g/L。
BC结构表征：SEM显示RFH - BC纤维直径较大且多孔；FTIR表明其具有纤维素特征峰；XRD证实为I型纤维素结构，结晶度为68.05%；TGA显示其热稳定性略低于以葡萄糖等为碳源的HS培养基生产的BC（HS - BC），DSC测得RFH - BC熔化焓更高。
Cu(II)吸附性能：随着pH值升高，BC对Cu(II)的吸附效率显著增加，在pH 7.0时达到95.62%，SEM和EDS分析证实BC表面吸附了Cu(II)。

研究结论和讨论部分强调了该研究的重要意义。从结论来看，研究人员成功利用苎麻纺织废料通过生物合成方法制备出了具有高附加值的BC，并对其结构和性能进行了详细表征。通过优化酶解条件和添加合适的氮源，显著提高了BC的产量。同时，BC对Cu(II)离子的良好吸附性能为其在环境修复领域的应用提供了可能。

在讨论部分，该研究的重要性体现在多个方面。首先，解决了苎麻纺织废料利用率低的问题，将其转化为具有高附加值的BC，实现了资源的循环利用，符合可持续发展的理念。其次，BC对Cu(II)离子的高效吸附性能为处理纺织行业废水中的重金属污染提供了一种有效的方法，有助于改善环境质量。此外，该研究还为BC的工业化生产和应用提供了理论指导和技术支持，未来可进一步优化发酵过程，提高BC生产效率，并探索其在其他领域的应用潜力。总之，这项研究为苎麻纺织废料的高值利用和环境修复提供了新的思路和方法，具有重要的理论和实践意义。