一种以酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛的方法、分子筛及其应用
技术领域
1.本发明涉及分子筛技术，尤其涉及一种以酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛的方法、分子筛及其应用。


背景技术：

2.天然气的主要成分是ch4，而地下开采的富酸天然气和人工发酵天然气中co2含量均较高，不仅会降低天然气热值且影响其运输。尤其是co2作为一种温室气体，其过量排放会引起气候变暖，并已成为一个令人忧虑的全球性环境问题。国内外学者针对天然气中的co2去除进行了很多分离方法的研究。传统的天然气净化技术，如醇氨法和低温/分馏法等，存在成本高且二次污染严重的问题。分子筛作为吸附剂使用，能够有选择性的吸附气体，并在较短的时间内快速脱附。通过吸附的方法实现气体混合物的分离和纯化已经成为化学与化工行业中重要的单元操作过程。分子筛吸附技术由于低能耗、低成本，受到广泛关注，尤其在甲烷和二氧化碳的分离操作中。
3.sapo-34分子筛是一种具有典型拓扑结构的磷酸硅铝分子筛，其孔径为0.38nm，孔容积为0.42cm3/g，空间对称群为r3m，为三方晶系，作为吸附剂的热稳定性和化学稳定性良好，选择性相对较高。近些年来，纳米sapo-34分子筛颗粒的合成引起科研学者们的特别关注，因其较大的比表面积及特殊的孔道结构，在气体分离以及甲醇制烯烃反应中得到广泛的应用，尤其是在气体和液体分离方面的应用效果也有明显提高。
4.传统吸附剂的开发会涉及到有机溶剂的使用，制备过程中会产生环境污染。而自然环境中长期进化形成的多层次、多维和多尺度天然硬模板结构和一些具有多层次多维结构的天然“软”生物分子可为多级结构纳米材料的设计与制备提供了新的思路。利用化学试剂直接作为模板制备金属氧化物往往有悖于环保和经济理念，而以绿色环保的生物质及其衍生物为模板通过简单的制备条件实现复杂多孔结构金属氧化物的制备更符合可持续发展的需求。另外，大自然中生物质可以合成多种特殊空间结构的材料，其结构复杂程度甚至超出了物理或化学法目前可以达到的程度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，针对传统工艺大量使用有机胺模板剂成本较高、且污染环境的问题，提出一种以酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛的方法，该方法采用廉价环保生物质——酵母菌dna进行替代，从而降低有机模板剂的使用；并且采用生物质的微观结构为分子筛提供多级孔道，增加气体选择性和吸附量。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种以酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛的方法，包括以下步骤：
7.步骤1：迅速称取适量al2o3逐渐加入到去离子水稀释后的h3po4溶液，两者质量比例为1:2～1:3；
8.步骤2：迅速称取适量sio2逐渐加入搅拌中的tea溶液内，两者质量比例为1:5～1:6；之后剧烈搅拌12～16h；
9.步骤3：迅速称量适量商业sapo-34分子筛晶种逐渐加入sio2和tea的混合溶液中，晶种投加比例为0.0035～0.0039:1(/msio2)，并均匀搅拌；
10.步骤4：将步骤3混合液(含sio2、tea和晶种)逐滴加入步骤1混合液(含al2o3和h3po4)中，充分搅拌数小时；
11.步骤5：将酵母菌纯菌株于常温下进行活化，并接种到液体培养基培养基(啤酒酵母、葡萄汁酵母或裂殖酵母中的一种)中进行扩大培养；
12.步骤6：采用蜗牛酶溶液对步骤5中的酵母菌细胞壁进行破碎，蜗牛酶溶液浓度为20～30mg
·
ml-1
，添加比例为0.1～0.15:1(质量比)；收集提取后的dna放入te缓冲液于4℃冰箱保存备用；
13.步骤7：将备用dna稀释到剩余去离子水中添加到步骤4混合溶液中，匀速搅拌24～48h；dna添加比例为分子筛原料液的0.0025～0.005:1(质量比)；
14.步骤8：采用氨水将上述原始溶胶的ph控制在8～10之间；
15.步骤9：所述将上述搅拌后所得凝胶加入水热反应釜中采用两步法进行合成，先于110℃下水热晶化4～8h，再于180～200℃下水热晶化20～24h；
16.步骤10：所述将反应釜内取出的晶化液进行真空抽滤，并不断加入去离子水洗涤，直至溶液呈中性；取出晶体放置于0～100℃烘箱下干燥10～12h；
17.步骤11：所述样品经过以下煅烧程序：样品由30℃经过120min升温至120～150℃，并保持200～240min，后经过升温至550～600℃，并保温360～400min，最后经30min降温至30℃。
18.本发明的另一个目的还公开了一种sapo-34分子筛，采用上述方法制备而成。
19.进一步地，所述sapo-34分子筛粒径为1～3μm，生物质的微观结构为分子筛提供多级孔道，具备良好的气体选择性和吸附量，并解决了传统工艺大量使用有机模板剂带来的成本高和污染环境等问题。
20.本发明的另一个目的还公开了一种sapo-34分子筛，在天然气中ch4/co2分离领域的用途。
21.本发明针对传统有机胺模板剂成本较高且污染环境的问题，以酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛的方法，是通过掺杂生物质来降低传统有机模板的使用，与现有技术相比较具有以下优点：
22.1)本发明通过生物质的掺杂，减少了有机胺的使用，从而使sapo-34分子筛的制备成本大幅降低。
23.2)本发明通过酵母菌dna的添加使sapo-34分子筛呈现了多级层状结构，有效提升了其对气体的吸附量和选择分离性能。
24.3)本发明通过生物质的掺杂，从环保角度上长远分析，降低传统制备方法中有机溶剂的大量使用可产生更长远地环境经济效益。
附图说明
25.图1为掺杂dna多级结构的sapo-34分子筛xrd谱图并含有sapo-34分子筛标准卡，s
为用去离子水合成样品的xrd谱图，s1、s2及s3为用不同含量酵母菌dna悬浊液合成的样品的xrd谱图。
具体实施方式
26.以下结合实施例对本发明进一步说明：
27.实施例1
28.本实施例公开了一种以酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛方法，具体包括以下步骤：
29.将酵母菌纯菌株常温进行活化，并接种到马铃薯葡萄糖液体培养基培养基中进行扩大培养，之后将收集的细菌菌体进行dna提取。首先培养酵母菌3ml，于12000r
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离心5min，之后取沉淀(菌体)加入300μl pbs缓冲液重悬菌体，重复离心、重悬过程1～2次。接着向沉淀中加入20mg
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ml-1
蜗牛酶溶液100μl，350μl裂解液，45℃作用4h。再向悬浮液中加入等体积的酚-氯仿-异戊醇，轻柔颠倒混匀，12000r
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min-1
离心5min，取上清液加入等体积的酚-氯仿-异戊醇再抽提一次。再取上清液加入2～3倍体积的无水乙醇，轻轻混匀，室温放置30min，12000r
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离心10min，取沉淀(dna)用75％乙醇洗2次，自然干燥溶于50μl无菌双蒸水中，加入3μl的10mg
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ml-1
的rnasea，37℃温浴30min，自然冷却后保存，提取完成后加入te缓冲液，4℃冰箱保存备用。
30.采用5ml去离子水将3ml h3po4(85％)稀释，再将2.4g al2o3缓慢加入稀释后的h3po4溶液，剧烈搅拌4～6h。之后称量4g tea和0.8g sio2、并将sio2均匀加入搅拌中的tea溶液内，后加入含有30mg酵母菌dna的剩余去离子水(14.85ml)，剧烈搅拌4～6h，然后将两份搅拌的原料液混合均匀，并采用氨水将样品合成凝胶的ph控制在8。
31.将上述搅拌后所得凝胶加入水热反应釜中，先于110℃下水热晶化4h，再于180℃下水热晶化20h。之后将反应釜内取出的晶化液进行真空抽滤，并不断加入去离子水洗涤，直至溶液呈中性。取出晶体置于80℃烘箱下干燥10h。最后将上述晶化完成后样品经过以下煅烧程序：样品由30℃经过120min升温至120℃，并保持200min，后经过升温至550℃，并保温360min。最后经30min降温至30℃。煅烧后制备成多级sapo-34分子筛。
32.图1中s1为本实例含有30mg酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛的xrd图谱。如图所示，峰值强度高且无基线漂移表明所有样品结晶度高且无杂质，在2θ＝9.5
°
、13
°
、16.1
°
、17.8
°
和20.7
°
都有相应的特征峰，并且26
°
和31
°
的衍射双峰正是sapo-34特有的峰，表明所合成的样品均为sapo-34分子筛，表明样品仍然保持sapo-34分子筛的完整cha结构，同时样品的结晶度较高。
33.实施例2
34.本实施例公开了一种以酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛方法，具体包括以下步骤：
35.将酵母菌纯菌株常温进行活化，并接种到马铃薯葡萄糖液体培养基培养基中进行扩大培养，之后收集细菌菌体进行dna的提取。首先培养酵母菌4ml，于12000r
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离心8min，之后取沉淀(菌体)加入400μl pbs缓冲液重悬菌体，重复离心、重悬过程1～2次。接着向沉淀中加入25mg
·
ml-1
蜗牛酶溶液，400μl裂解液，48℃作用5h。再向悬浮液中加入等体积的酚-氯仿-异戊醇，轻柔颠倒混匀，12000r
·
min-1
离心8min，取上清液加入等体积的酚-氯
仿-异戊醇再抽提一次。再取上清液加入2～3倍体积的无水乙醇，轻轻混匀，室温放置30min，12000r
·
min-1
离心5min，取沉淀(dna)用75％乙醇洗2次，自然干燥溶于50μl无菌双蒸水中，加入4μl的10mg
·
ml-1
的rnasea，37℃温浴30min，自然冷却后保存，提取完成后加入te缓冲液，4℃冰箱保存备用。
36.采用5ml去离子水将3ml h3po4(85％)稀释，再将2.2g al2o3缓慢加入稀释后的h3po4溶液。剧烈搅拌4～6h。之后称量5g tea和1.0g sio2、并将sio2均匀加入搅拌中的tea溶液内，后加入含有40mg酵母菌dna的剩余去离子水(14.85ml)，剧烈搅拌4～6h，然后将两份搅拌的原料液混合均匀，并采用氨水将样品合成凝胶的ph控制在9。
37.将上述搅拌后所得凝胶加入水热反应釜中，将上述搅拌后所得凝胶加入水热反应釜中，先于110℃下水热晶化5h，再于190℃下水热晶化22h。之后将反应釜内取出的晶化液进行真空抽滤，并不断加入去离子水洗涤，直至溶液呈中性。取出晶体置于90℃烘箱下干燥11h。最后将上述晶化完成后样品经过以下煅烧程序：样品由30℃经过120min升温至135℃，并保持220min，后经过升温至575℃，并保温380min。最后经30min降温至30℃。煅烧后制备成多级sapo-34分子筛。
38.图1中s2为本实例含有40mg酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛的xrd图谱。如图所示，峰值强度高且无基线漂移表明所有样品结晶度高且无杂质，在2θ＝9.5
°
、13
°
、16.1
°
、17.8
°
和20.7
°
都有相应的特征峰，并且26
°
和31
°
的衍射双峰正是sapo-34分子筛特有的峰，表明所合成的样品均为sapo-34，表明样品仍然保持sapo-34分子筛的完整cha结构，同时样品的结晶度较高。
39.实施例3
40.本实施例公开了一种以酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛方法，具体包括以下步骤：
41.将酵母菌纯菌株常温进行活化，并接种到马铃薯葡萄糖液体培养基培养基中进行扩大培养，之后收集细菌菌体进行dna的提取。首先培养酵母菌5ml，于12000r
·
min-1
离心10min，之后取沉淀(菌体)加入500μl pbs缓冲液重悬菌体，重复离心、重悬过程1～2次。接着向沉淀中加入30mg
·
ml-1
蜗牛酶溶液，500μl裂解液，50℃作用6h。再向悬浮液中加入等体积的酚-氯仿-异戊醇，轻柔颠倒混匀，12000r
·
min-1
离心10min，取上清液加入等体积的酚-氯仿-异戊醇再抽提一次。再取上清液加入2～3倍体积的无水乙醇，轻轻混匀，室温放置30min，12000r
·
min-1
离心5min，取沉淀(dna)用75％乙醇洗2次，自然干燥溶于50μl无菌双蒸水中，加入5μl的10mg
·
ml-1
的rnasea，37℃温浴30min，自然冷却后保存，提取完成后加入te缓冲液，4℃冰箱保存备用。
42.采用5ml去离子水将3ml h3po4(85％)稀释，再将2.3g al2o3缓慢加入稀释后的h3po4溶液。剧烈搅拌4～6h。之后称量6g tea和1.2g sio2、并将sio2均匀加入搅拌中的tea溶液内，后加入含有50mg酵母菌dna的剩余去离子水(14.85ml)，剧烈搅拌4～6h，然后将两份搅拌的原料液混合均匀，并采用氨水将样品合成凝胶的ph控制在8.5。
43.将上述搅拌后所得凝胶加入水热反应釜中，先于110℃下水热晶化6h，再于180℃下水热晶化24h。之后将反应釜内取出的晶化液进行真空抽滤，并不断加入去离子水洗涤，直至溶液呈中性。取出晶体置于100℃烘箱下干燥12h。最后将上述晶化完成后样品经过以下煅烧程序：样品由30℃经过120min升温至150℃，并保持240min，后经过升温至600℃，并
保温400min。最后经30min降温至30℃。煅烧后制备成多级sapo-34分子筛。
44.图1中s3为本实例中含有50mg酵母菌dna为模板制备sapo-34分子筛的xrd图谱。如图所示，峰值强度高且无基线漂移表明所有样品结晶度高且无杂质，在2θ＝9.5
°
、13
°
、16.1
°
、17.8
°
和20.7
°
都有相应的特征峰，并且26
°
和31
°
的衍射双峰正是sapo-34特有的峰，表明所合成的样品均为sapo-34，表明样品仍然保持sapo-34分子筛的完整cha结构，同时样品的结晶度较高。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。