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专利名称：一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410343674.5

专利申请（专利权）人：中国矿业大学
权利人地址：江苏省徐州市铜山区大学路1号

专利发明（设计）人：任姣雨,王竹新,爨妍妍

专利摘要：本发明涉及土壤修复技术领域，具体公开了一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用，粉煤灰通过热改性获得热改性粉煤灰，分散在纯水中获得浓度为1?30mg/mL的粉煤灰分散液；锰铁矿分散在纯水中获得浓度为1?30mg/mL的锰铁矿分散液；依次将热改性粉煤灰和锰铁矿旋涂在基底，烘干后进行超声，获得粉煤灰基微马达。本发明制备得到的粉煤灰基微马达极低浓度的H2O2启动了微马达的自推动和芬顿氧化过程，导致不同类型抗生素的快速有效降解，抑制土壤活动中抗生素抗性基因(ARGs)传播。

主权利要求：
1.一种粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：粉煤灰于300?600℃下煅烧3?8h获得热改性粉煤灰；
将热改性粉煤灰分散在纯水中至浓度为1?30mg/mL，调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，获得粉煤灰分散液；
将锰铁矿分散在纯水中至浓度为1?30mg/mL，获得锰铁矿分散液；
取粉煤灰分散液滴至基底上，100?3000rpm旋涂10?90s，30?100℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底，然后将锰铁矿分散液滴至旋涂有粉煤灰的基底上，100?3000rpm旋涂
10?90s，于30?100℃烘干剩余水分，得到旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；
将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底超声，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，所述基底为玻璃、金属、塑料和硅片中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰煅烧温度为400?500℃，煅烧时间为4?6h。
4.根据权利要求1所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰分散液和锰铁矿分散浓度均为10?20mg/mL。
5.根据权利要求1所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂在基底的条件为：500rpm旋涂60s。
6.一种权利要求1?5任一项所述的制备方法制备得到的粉煤灰基微马达。
7.一种权利要求6所述的粉煤灰基微马达在土壤抗生素降解中的应用。
8.根据权利要求7所述的粉煤灰基微马达在抑制土壤活动中ARGs传播中的应用，其特征在于，所述粉煤灰基微马达在浓度为0.1mMH2O2下能启动自推动和芬顿氧化过程，促进抗生素降解，抑制ARGs传播。
9.根据权利要求8所述的粉煤灰基微马达在抑制土壤活动中ARGs传播中的应用，其特征在于，所述粉煤灰基微马达降低了ARGs在秸秆堆肥中的传播。 说明书 : 一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用。背景技术[0002] 随着全球农业的发展，秸秆产量逐年增加。秸秆是一种重要的生物质资源，其内含有大量的木质素、纤维素、半纤维素和丰富的营养元素。秸秆还田可以增加土壤碳储量，改善土壤理化性质，调节土壤生态环境。然而，秸秆的结构增加了秸秆降解的难度，秸秆降解缓慢会影响后续种植。生物预处理是提高秸秆降解效率的可行途径。添加的微生物可以降解秸秆中的木质素、纤维素或半纤维素。然而，土壤中残留的抗生素会导致微生物中抗生素抗性基因(ARGs)的产生和传播。ARGs可以通过微生物繁殖在亲本之间垂直传播，并通过水平遗传转移在非亲本微生物之间传播。因此，ARGs被定义为新的污染物。国际社会对ARGs的发生、传播、减少和控制的关注有所增加。与大多数抗生素相比，在抗生素压力下产生的ARGs更难清除。因此，通过降解抗生素来控制ARGs的产生和传播是一种简单可行的方法。芬3+ 2+顿氧化是降解抗生素的常用方法。芬顿氧化或类芬顿氧化利用Fe 、Fe 或其他金属离子4+(如Mn )激活过氧化氢(H2O2)并产生自由基以降解污染物。然而，低扩散速率和超短自由基寿命导致的自由基利用率低是芬顿氧化面临的挑战。[0003] 利用能够将其他能量转化为动能的微马达是解决这一困难的策略。微马达的自主运动，一方面，可以提高扩散速率，加快了催化剂与污染物接触的速度和概率，另一方面，起到搅拌作用，加快传质。目前，微马达在芬顿氧化技术中的应用研究尚处于起步阶段。所设计的微马达主要通过降解高浓度的H2O2(0.1％?1.5％)来实现自主运动。然而，如果微马达消耗大量的H2O2来促进自推动，就会影响芬顿反应，降低污染物的降解效率。同时，高浓度H2O2会对微生物和土壤环境造成：。因此，只有解决了这一问题，微马达才能在实际应用中应用于芬顿氧化。发明内容[0004] 为制备一种低浓度H2O2下实现自推动的微马达，本发明提供了一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用，本发明制备得到的粉煤灰基微马达极低浓度的H2O2启动了微马达的自推动和芬顿氧化过程，导致不同类型抗生素的快速有效降解，抑制了土壤活动中ARGs传播。[0005] 本发明提供了一种粉煤灰基微马达的制备方法包括如下步骤：[0006] 粉煤灰于300?600℃下煅烧3?8h获得热改性粉煤灰；[0007] 将热改性粉煤灰分散在纯水中至浓度为1?30mg/mL，调节pH，获得粉煤灰分散液；[0008] 将锰铁矿分散在纯水中至浓度为1?30mg/mL，获得锰铁矿分散液；[0009] 将粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂至基底上，获得了旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0010] 将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底超声，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0011] 进一步地，将粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂至基底上的过程为：取粉煤灰分散液滴至基底上，100?3000rpm旋涂10?90s，30?100℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底，然后将锰铁矿分散液滴至旋涂有粉煤灰的基底上，100?3000rpm旋涂10?90s，30?100℃烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底。[0012] 进一步地，所述基底为玻璃、金属、塑料、铝箔和硅片中的任意一种。[0013] 进一步地，所述粉煤灰煅烧温度为400?500℃，煅烧时间为4?6h。[0014] 进一步地，所述粉煤灰分散液和锰铁矿分散浓度均为10?20mg/mL。[0015] 进一步地，粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂在基底的条件为：500rpm旋涂60s。[0016] 本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的粉煤灰基微马达。[0017] 本发明还提供了一种所述的粉煤灰基微马达在抑制土壤活动中ARGs传播中的应用。[0018] 进一步地，所述粉煤灰基微马达在浓度为0.1mMH2O2下能启动自推动和芬顿氧化过程，促进抗生素降解，抑制土壤活动中ARGs传播。[0019] 进一步地，所述粉煤灰基微马达降低了ARGs在秸秆堆肥中的传播。[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：[0021] 1、本发明通过将废料粉煤灰改性后与锰铁矿共同旋涂在基底，并通过超声至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。本发明制备得到了一种粉煤灰基微马达，在秸秆还田时加入一定比例的白腐真菌(1％?10％)和粉煤灰基微马达(50?500g/L)，能够显著抑制ARGs的传播，促进秸秆肥料化。本发明中秸秆还田时土壤中残留的抗生素浓度为0.01?30mg/kg。附图说明[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0023] 图1为实施例1制备得到的粉煤灰基微马达的SEM图；[0024] 图中，A为粉煤灰的SEM图，其中，从左至右依次为500倍、5000倍和10000倍放大图；[0025] B为锰铁矿的SEM图，其中，从左至右依次为500倍、5000倍和10000倍放大图；[0026] C为粉煤灰基微马达的SEM图，其中，从左至右依次为500倍、5000倍和10000倍放大图；[0027] D为粉煤灰基微马达的元素分布，其中，从左至右依次表示Si、Fe、Mn元素在粉煤灰基微马达中的分布。[0028] 图2为实施例1制备得到的粉煤灰基微马达在极低浓度(0.1?10mM)H2O2下的运动情况；[0029] 图中，(a)为实施例1制备得到的粉煤灰基微马达在不同浓度(0.1?10mM)H2O2下的运动轨迹；[0030] (b)为实施例1制备得到的粉煤灰基微马达在不同浓度(0.1?10mM)H2O2下的运动MSD；[0031] (c)为实施例1制备得到的粉煤灰基微马达在不同浓度(0.1?10mM)H2O2下的运动速度。[0032] 图3为实施例1制备得到的粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用；[0033] 图中，(a)为不同实验组秸秆的降解效率；[0034] (b)粉煤灰基微马达对秸秆还田中ARGs的影响。[0035] 图4为实施例2制备得到的粉煤灰基微马达在极低浓度(0.1?10mM)H2O2下的运动情况和在秸秆还田中的作用；[0036] 图中，(a)为实施例2制备得到的粉煤灰基微马达在不同浓度(0.1?10mM)H2O2下的运动轨迹；[0037] (b)为实施例2制备得到的粉煤灰基微马达在不同浓度(0.1?10mM)H2O2下的运动MSD；[0038] (c)为实施例2制备得到的粉煤灰基微马达在不同浓度(0.1?10mM)H2O2下的运动速度。[0039] (d)为实验组秸秆的降解效率；[0040] (e)粉煤灰基微马达对秸秆还田中ARGs的影响。[0041] 图5为对比例1制备得到的粉煤灰基微马达在10mMH2O2下的运动情况和在秸秆还田中的作用；[0042] 图中，(a)为对比例1制备得到的粉煤灰基微马达在10mMH2O2下的运动轨迹；[0043] (b)粉煤灰基微马达对秸秆还田中ARGs的影响。具体实施方式[0044] 下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。[0045] 本发明提供了一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用。所述粉煤灰基微马达制备过程如下所示：[0046] 步骤一，将粉煤灰热改性，热改性方法为将粉煤灰放置在马弗炉中，在300?600℃下煅烧3?8h；[0047] 步骤二，配置粉煤灰分散液，配置方法为称量一定量的热改性粉煤灰，并震荡超声将其分散在纯水中，浓度为1?30mg/mL，最后调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，得粉煤灰分散液；[0048] 步骤三，配置锰铁矿分散液，配置方法为称量一定量的锰铁矿，并震荡超声将其分散在纯水中，浓度为1?30mg/mL；[0049] 步骤四：将粉煤灰旋涂在基底上，旋涂方法为取粉煤灰分散液滴至基底上，100?3000rpm旋涂10?90s，旋涂后放入烘箱中，30?100℃烘干剩余水分；[0050] 所述基底为玻璃、硅片、金属、铝箔或塑料。[0051] 步骤五：将锰铁矿旋涂在粉煤灰上，旋涂方法为取锰铁矿分散液滴至步骤四得到的旋涂有粉煤灰的基底上，100?3000rpm旋涂10?90s，旋涂后放入烘箱中，30?100℃烘干剩余水分，获得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0052] 步骤六：将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底40?100W超声10?120min，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0053] 通过改变热改性条件、粉煤灰分散液和锰铁矿分散液浓度、旋涂速度和时间，来优化粉煤灰孔径，密度，锰铁矿和粉煤灰比例，得到可在极低浓度H2O2下实现自推动的微马达。[0054] 实施例1：一种粉煤灰基微马达及其制备方法。[0055] 一、实验方法[0056] 粉煤灰基微马达的制备：[0057] 步骤一，将粉煤灰放置在马弗炉中，在400℃下煅烧5h，获得热改性粉煤灰；[0058] 步骤二，配置粉煤灰分散液，配置方法为：称量0.5g的热改性粉煤灰，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为10mg/mL，最后调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，得粉煤灰分散液；[0059] 步骤三，配置锰铁矿分散液，配置方法为：称量1g的锰铁矿，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为20mg/mL，得锰铁矿分散液；[0060] 步骤四：将粉煤灰旋涂在基底(本实施例的基底为硅片)上，旋涂方法为：取粉煤灰分散液滴至基底上，500rpm旋涂60s，旋涂后放入烘箱中，60℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底；[0061] 步骤五：将锰铁矿旋涂在粉煤灰上，旋涂方法为：取锰铁矿分散液滴至步骤四得到的基底上，500rpm旋涂60s，旋涂后放入烘箱60℃中，烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0062] 步骤六：将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底50W超声120min，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0063] 实施例2：一种粉煤灰基微马达及其制备方法。[0064] 一、实验方法[0065] 粉煤灰基微马达的制备：[0066] 步骤一，将粉煤灰放置在马弗炉中，在300℃下煅烧8h，获得热改性粉煤灰；[0067] 步骤二，配置粉煤灰分散液，配置方法为：称量1g的热改性粉煤灰，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为20mg/mL，最后调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，得粉煤灰分散液；[0068] 步骤三，配置锰铁矿分散液，配置方法为：称量1.5g的锰铁矿，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为30mg/mL，得锰铁矿分散液；[0069] 步骤四：将粉煤灰旋涂在基底(本实施例的基底为玻璃片)上，旋涂方法为：取粉煤灰分散液滴至基底上，100rpm旋涂90s，旋涂后放入烘箱中，30℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底；[0070] 步骤五：将锰铁矿旋涂在粉煤灰上，旋涂方法为：取锰铁矿分散液滴至步骤四得到的基底上，100rpm旋涂90s，旋涂后放入烘箱30℃中，烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0071] 步骤六：将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底100W超声30min，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0072] 实施例3：一种粉煤灰基微马达及其制备方法。[0073] 一、实验方法[0074] 粉煤灰基微马达的制备：[0075] 步骤一，将粉煤灰放置在马弗炉中，在600℃下煅烧3h，获得热改性粉煤灰；[0076] 步骤二，配置粉煤灰分散液，配置方法为：称量50mg的热改性粉煤灰，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为1mg/mL，最后调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，得粉煤灰分散液；[0077] 步骤三，配置锰铁矿分散液，配置方法为：称量0.5g的锰铁矿，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为10mg/mL，得锰铁矿分散液；[0078] 步骤四：将粉煤灰旋涂在基底上(本实施例的基底为铝箔)，旋涂方法为：取粉煤灰分散液滴至基底上，3000rpm旋涂10s，旋涂后放入烘箱中，100℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底；[0079] 步骤五：将锰铁矿旋涂在粉煤灰上，旋涂方法为：取锰铁矿分散液滴至步骤四得到的基底上，3000rpm旋涂10s，旋涂后放入烘箱100℃中，烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0080] 步骤六：将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底80W超声40min，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0081] 实施例4：一种粉煤灰基微马达及其制备方法。[0082] 一、实验方法[0083] 粉煤灰基微马达的制备：[0084] 步骤一，将粉煤灰放置在马弗炉中，在500℃下煅烧4h，获得热改性粉煤灰；[0085] 步骤二，配置粉煤灰分散液，配置方法为：称量50mg的热改性粉煤灰，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为1mg/mL，最后调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，得粉煤灰分散液；[0086] 步骤三，配置锰铁矿分散液，配置方法为：称量50mg的锰铁矿，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为1mg/mL，得锰铁矿分散液；[0087] 步骤四：将粉煤灰旋涂在基底(本实施例的基底为硅片)上，旋涂方法为：取粉煤灰分散液滴至基底上，1500rpm旋涂50s，旋涂后放入烘箱中，70℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底；[0088] 步骤五：将锰铁矿旋涂在粉煤灰上，旋涂方法为：取锰铁矿分散液滴至步骤四得到的基底上，1500rpm旋涂50s，旋涂后放入烘箱70℃中，烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0089] 步骤六：将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底100W超声20min，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0090] 对比例1：一种粉煤灰基微马达及其制备方法。[0091] 步骤一，将粉煤灰放置在马弗炉中，在200℃下煅烧2h，获得热改性粉煤灰；[0092] 步骤二，配置粉煤灰分散液，配置方法为：称量0.25g的热改性粉煤灰，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为5mg/mL，最后调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，得粉煤灰分散液；[0093] 步骤三，配置锰铁矿分散液，配置方法为：称量50mg的锰铁矿，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为1mg/mL，得锰铁矿分散液；[0094] 步骤四：将粉煤灰旋涂在基底(硅片)上，旋涂方法为：取粉煤灰分散液滴至基底上，1500rpm旋涂50s，旋涂后放入烘箱中，70℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底；[0095] 步骤五：将锰铁矿旋涂在粉煤灰上，旋涂方法为：取锰铁矿分散液滴至步骤四得到的基底上，1500rpm旋涂50s，旋涂后放入烘箱70℃中，烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0096] 步骤六：将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底50W超声120min，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0097] 对比例2：一种粉煤灰基微马达及其制备方法。[0098] 步骤一，将粉煤灰放置在马弗炉中，在300℃下煅烧10h，获得热改性粉煤灰；[0099] 步骤二，配置粉煤灰分散液，配置方法为：称量5g的热改性粉煤灰，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为100mg/mL，最后调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，得粉煤灰分散液；[0100] 步骤三，配置锰铁矿分散液，配置方法为：称量250mg的锰铁矿，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为5mg/mL，得锰铁矿分散液；[0101] 步骤四：将粉煤灰旋涂在基底(硅片)上，旋涂方法为：取粉煤灰分散液滴至基底上，1500rpm旋涂50s，旋涂后放入烘箱中，70℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底；[0102] 步骤五：将锰铁矿旋涂在粉煤灰上，旋涂方法为：取锰铁矿分散液滴至步骤四得到的基底上，1500rpm旋涂50s，旋涂后放入烘箱70℃中，烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0103] 步骤六：将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底90W超声30min，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0104] 对比例3：一种粉煤灰基微马达及其制备方法。[0105] 步骤一，将粉煤灰放置在马弗炉中，在800℃下煅烧2h，获得热改性粉煤灰；[0106] 步骤二，配置粉煤灰分散液，配置方法为：称量5mg的热改性粉煤灰，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为100mg/mL，最后调节pH，使pH小于粉煤灰等电点，令粉煤灰带正电荷，得粉煤灰分散液；[0107] 步骤三，配置锰铁矿分散液，配置方法为：称量50mg的锰铁矿，并震荡超声将其分散在50mL纯水中，浓度为1mg/mL，得锰铁矿分散液；[0108] 步骤四：将粉煤灰旋涂在基底(铝箔)上，旋涂方法为：取粉煤灰分散液滴至基底上，1500rpm旋涂50s，旋涂后放入烘箱中，70℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底；[0109] 步骤五：将锰铁矿旋涂在粉煤灰上，旋涂方法为：取锰铁矿分散液滴至步骤四得到的基底上，1500rpm旋涂50s，旋涂后放入烘箱70℃中，烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；[0110] 步骤六：将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底50W超声60min，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。[0111] 本发明实施例1?4制备得到的粉煤灰基微马达性能接近，仅以实施例1为例，利用扫描电子显微镜观察实施例1制备得到的粉煤灰基微马达表面形态特征，结果如图1所示，本发明实施例1中热改性获得的改性粉煤灰是一个光滑的球形颗粒，锰铁矿石呈现出堆叠的小薄片。观察发粉煤灰基微马达的SEM图像，发现旋涂后改性粉煤灰的外层包裹着锰铁矿。[0112] 应用实施例1：[0113] 一、实验方法[0114] 1、检测本实施例1制备得到的粉煤灰基微马达在极低浓度H2O2下的运动情况。在制备得到的粉煤灰基微马达中加入极低浓度H2O2，并将10μL的混合溶液滴在玻璃片上，通过倒置显微镜观察粉煤灰基微马达的运动状态。[0115] 2、粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用[0116] 将马铃薯葡萄糖肉汤和0.5ppm抗生素溶液加入到10g秸秆中，并静置约30分钟以使培养基彻底浸泡秸秆。然后，将不同的实验组均匀地加入的秸秆中，在28℃的培养箱中培养20天。实验组包括：秸秆组、秸秆+白腐真菌组、秸秆+粉煤灰基微马达组、秸秆+白腐真菌组、秸秆+粉煤灰基微马达+白腐真菌组。其中，粉煤灰基微马达的用量为0.125g。白腐真菌购买自中国普通微生物菌种保藏管理中心(5.903)。用马铃薯葡萄糖肉汤培养白腐真菌，取0.3g白腐真菌加入秸秆中，使白腐真菌的接种量为3％。用电子分析天平测定秸秆的重量变化、用荧光定量PCR测定ARGs的表达、用液相色谱法测量残留抗生素浓度，明确粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用。[0117] 二、实验结果[0118] 1、检测本实施例1制备得到的粉煤灰基微马达在极低浓度H2O2下的运动情况。测量了粉煤灰基微马达在10、1和0.1mMH2O2溶液中的自驱动行为。结果如图2所示，随着H2O2溶液浓度的降低，粉煤灰基微马达的平均速度降低。然而，即使在0.1mMH2O2溶液中，电机也能以4.19±0.18μm/s的平均速度克服布朗力。[0119] 2、粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用。处理20天后，仅在秸秆组中检测到浓度为0.41ppm的看抗生素信号，用白腐真菌或粉煤灰基微马达处理的秸秆最终没有检测到残留的抗生素，说明抗生素已被降解。白腐真菌通过代谢降解抗生素，而微马达通过芬顿反应降解抗生素。为了检测粉煤灰基微马达对白腐真菌抗生素抗性基因的影响，在不同实验组中检测真菌中ARGs的表达。如图3所示，粉煤灰基微马达的加入将ARGs的表达降低到3.31±2.40％。白腐真菌与粉煤灰基微马达共培养减少了产生自由基所需的时间，从而实现了更多更快的芬顿反应和更低的ARG表达。此外，如图3所示，秸秆组、秸秆+白腐真菌组、秸秆+粉煤灰基微马达组、秸秆+白腐真菌组、秸秆+粉煤灰基微马达+白腐真菌组在20天对秸秆的降解率分别为1.18±0.24％、43.26±1.24％、31.35±1.86％、和49.73±1.50％。这些结果说明利用实施例1制备得到的粉煤灰基微马达可抑制秸秆还田中抗性基因传播，抑制ARGs的传播，促进秸秆肥料化。[0120] 应用实施例2：[0121] 一、实验方法[0122] 1、检测本实施例2制备得到的粉煤灰基微马达在极低浓度H2O2下的运动情况。在制备得到的粉煤灰基微马达中加入极低浓度H2O2，并将100μL的混合溶液滴在玻璃片上，通过倒置显微镜观察粉煤灰基微马达的运动状态。[0123] 2、粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用[0124] 将马铃薯葡萄糖肉汤和0.5ppm抗生素溶液加入到10g秸秆中，并静置约30分钟以使培养基彻底浸泡秸秆。然后，将0.125g本实施例2制备得到的粉煤灰基微马达和3％白腐真菌均匀地加入的秸秆中，在28℃的培养箱中培养20天。用电子分析天平测定秸秆的重量变化、用荧光定量PCR测定ARGs的表达、用液相色谱法测量残留抗生素浓度，明确粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用。[0125] 二、实验结果[0126] 1、检测本实施例2制备得到的粉煤灰基微马达在极低浓度H2O2下的运动情况。测量了粉煤灰基微马达在10、1和0.1mMH2O2溶液中的自驱动行为。结果如图4所示。[0127] 2、粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用。如图3所示，粉煤灰基微马达的加入将ARGs的表达降低到5.25±0.70％。20天对秸秆的降解率为45.45±6.20％。这些结果说明利用实施例2制备得到的粉煤灰基微马达可抑制秸秆还田中抗性基因传播，抑制ARGs的传播，促进秸秆肥料化。[0128] 对比例应用实施例1：[0129] 一、实验方法[0130] 1、检测对比例1制备得到的粉煤灰基微马达在极低浓度H2O2下的运动情况。在制备得到的粉煤灰基微马达中加入极低浓度H2O2，并将20μL的混合溶液滴在玻璃片上，通过倒置显微镜观察粉煤灰基微马达的运动状态。[0131] 2、粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用[0132] 将马铃薯葡萄糖肉汤和0.5ppm抗生素溶液加入到10g秸秆中，并静置约30分钟以使培养基彻底浸泡秸秆。然后，将0.125g粉煤灰基微马达和3％白腐真菌均匀地加入的秸秆中，在28℃的培养箱中培养20天。用电子分析天平测定秸秆的重量变化、用荧光定量PCR测定ARGs的表达、用液相色谱法测量残留抗生素浓度，明确粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用。[0133] 二、实验结果[0134] 1、检测对比例1制备得到的粉煤灰基微马达在极低浓度H2O2下的运动情况。如图5所示，对比例1制备得到的粉煤灰基微马达仅可10mMH2O2溶液中完成自驱动行为。[0135] 2、粉煤灰基微马达在秸秆还田中的作用。如图5所示，处理20天后粉煤灰基微马达的加入将ARGs的表达降低到83.17±10.87％。这些结果说明利用对比例1制备得到的粉煤灰基微马达对抑制秸秆还田中抗性基因传播影响较小。[0136] 本发明以常见固体废弃物粉煤灰为原料，合成了一种新型微马达，用于降解抗生素和秸秆矿化。极低浓度的H2O2启动了微马达的自推动和芬顿氧化过程，导致不同类型抗生素的快速有效降解。在含有抗生素残留的秸秆生物预处理过程中添加微马达可将ARGs的表达大幅降低，并促进秸秆肥料化。所提出的微马达可以在微生物产生的内源性H2O2下驱动，为减少ARGs在秸秆堆肥中的传播提供了一个新的平台。[0137] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。[0138] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

专利地区：江苏

专利申请日期：2024-03-25

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118085881B