一种应用于电芬顿体系阴极的Pd/C催化剂及其生物制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于电芬顿体系阴极催化剂的生物制备方法，包括以下制备步骤：步骤一，试剂配制；步骤二，S.oneidensis MR‑1的培养；步骤三，S.oneidensis MR‑1的清洗与收集；步骤四，S.oneidensis MR‑1OD600值的测定；步骤五，生物还原钯及收集干燥处理；步骤六，材料的碱活化处理；本发明专利技术针对电芬顿体系中阴极材料钯金属催化剂在工业合成中大多采取化学合成法，耗时长，成本大，工艺复杂，同时环境污染严重的缺陷进行改进。本设计方案避免了化学试剂的添加，而且不消耗任何能源，经济简便、重复性好，并且低碳环保，为电芬顿体系中促进O2生成H2O2并进一步成为·OH催化降解有机污染物的高效催化性能的阴极材料提供了一条绿色合成途径，同时微生物还原金属盐也是一种回收重金属的重要方法。

A Pd/C catalyst applied to the cathode of electric Fenton system and its biological preparation method

Biological preparation method of the invention discloses a cathode catalyst used in electro Fenton system, which comprises the following steps: preparation, reagents; step two, culture 1 S.oneidensis MR; step three, cleaning and collection of S.oneidensis MR 1; step four, the determination of S.oneidensis MR 1OD600 value; step five, biological reduction of palladium and collecting and drying treatment; step six, the material of alkali activation treatment; the invention relates to a cathode electro Fenton system of palladium metal catalyst in the industrial synthesis of most chemical synthesis, time-consuming, high cost, complex process, while the defect of serious environmental pollution improvement. This design avoids the addition of chemical reagents, and does not consume any energy, economy and convenience, good repeatability, low carbon and environmental protection, and provides a green synthetic pathway of cathode materials for efficient catalytic performance, OH catalytic degradation of organic pollutants for electro Fenton system promote the formation of O2 H2O2 and further become an important method, at the same time microbial reduction of metal salt is a kind of heavy metal recovery.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于电芬顿体系阴极的Pd/C催化剂及其生物制备方法
本专利技术涉及一种应用于电芬顿体系阴极催化剂的制备方法，尤其涉及一种采用生物法制备的应用于电芬顿体系阴极的催化剂及其制备方法。
技术介绍
1894年，法国人H.J.HFenton在一项科学研究中发现在亚铁离子与过氧化氢共存的条件下，酸性水溶液中的酒石酸可以被有效的氧化。后人为了纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，利用这种试剂的反应称为Fenton反应。它能有效氧化去除传统废水处理技术中无法去除的难降解有机物，其实质是H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由(·OH)，·OH可与大多数有机物作用使其降解。电-Fenton法综合了电化学过程和Fenton氧化过程，把电化学过程产生的Fe2+和H2O2作为Fenton试剂的持续来源，充分利用了二者的氧化能力。电-Fenton法的基本原理是：在酸性溶液中，通过电解的方式，O2先在阴极通过两电子还原反应生成H2O2，生成的H2O2迅速与溶液中外加Fe2+反应生成·OH和Fe3+，利用·OH无选择性的强氧化能力达到对难降解有机物去除的目的，而Fe3+又能在阴极被还原成Fe2+，从而使氧化反应循环进行。电芬顿(Electro-Fenton)是一种新型电化学氧化技术，由于它在体系中能产生·OH氧化降解水体中污染物，引起了学者们广泛关注。该技术具有显著的优点：(1)反应条件温和，通常只需在常温、常压下进行；(2)通过有催化活性的电极，在现场直接或间接产生羟基自由基，能够无选择性地降解有机污染物；(3)无需外加化学氧化剂，从而减少了因化学试剂的加入而可能带来的二次污染问题，是一种绿色的工艺。近年来，越来越多的研究者把Fenton试剂同别的处理方法结合起来，如生物处理法、超声波法、混凝法、沉淀法、活性炭法等。从广义上说，Fenton法是利用催化剂、或光辐射、或电化学作用，通过H2O2产生·OH处理有机污染物的技术。从发展历程来看，Fenton法基本上是沿着光化学、电化学和其它方法联用三条路线向前发展的。目前在Electro-Fenton体系中阴极的过氧化氢产量普遍较低，且电流效率不高。Electro-Fenton技术走向实用化的关键是研制出对O2生成H2O2具有高效催化性能的阴极材料，提高电极材料的电流效率和降低能耗成为当前的主攻方向。本催化剂是应用于电芬顿体系的阴极材料，与传统的商业Pd/C催化剂的化学合成方法不同，本方法采用环境存在的微生物S.oneidensisMR-1作为还原剂，避免了化学试剂的添加，而且不消耗任何能源，通过采用环境存在的微生物S.oneidensisMR-1为还原剂原位合成纳米Pd从而一步形成纳米复合材料，该方法经济简便、重复性好，并且低碳环保。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中电芬顿体系中阴极材料钯金属催化剂制备耗时长，成本大，工艺复杂，催化效率不高、环境污染严重的缺陷，提供了一种应用电芬顿体系的阴极材料-Pd/C催化剂的生物制备方法；本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术公开了一种应用电芬顿体系阴极的Pd/C催化剂的生物制备方法，包括以下制备步骤：步骤一，试剂配制；1)LB培养基的制备将氯化钠、胰蛋白胨和酵母粉按质量比2:2:1的量称取，混合后用超纯水定容，制得LB培养液初液，然后将所述LB培养液初液进行密封、灭菌和冷却处理后保存备用，得到LB培养基；2)厌氧培养基的制备分别称取三水磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸铵、七水硫酸镁、HEPES、乳酸钠和微量元素储备液，混合后用超纯水定容，然后用氢氧化钠调节pH值至7.0，得到厌氧培养液初液；将所述厌氧培养液初液加入到血清瓶中，充氮气、密封和灭菌处理后保存备用，得到厌氧培养基；3)Pd(Ⅱ)母液的配制用灭菌后的超纯水在避光条件下将氯钯酸钠颗粒溶解、定容，然后将溶液倒入灭完菌的棕色瓶中，密封放置在冰箱中保存备用；步骤二，S.oneidensisMR-1的培养；将S.oneidensisMR-1从-80℃冰箱中取出并对其进行LB平板划线处理后，将培养皿倒扣放入恒温培养箱中培养，标记日期和菌株；然后将划线处理后的LB平板放入冰箱中密封保存；在所述LB平板上挑选S.oneidensisMR-1单克隆体放入所述LB培养基中并在30℃、150rpm的摇床中进行培养；步骤三，S.oneidensisMR-1的清洗与收集；对步骤二中培养好的菌液进行离心处理，去除上清液，保留底部沉淀；然后用所述厌氧培养基对底部沉淀分别进行重复清洗、离心处理，重复3遍，清洗完毕后用所述厌氧培养基对底部沉淀菌液进行培养，得到S.oneidensisMR-1收集液；步骤四，S.oneidensisMR-1OD600值的测定；量取100μL所述S.oneidensisMR-1收集液并用水稀释至10mL，混匀；将分光光度计波长调至600nm，测定2次，取平均值，计算出收集液的浓度OD600；步骤五，生物还原钯及收集干燥处理；将所述S.oneidensisMR-1收集液分散于2)中装有厌氧培养基的血清瓶中，然后向所述血清瓶中注入3)中备用的氯钯酸钠溶液，在30℃、150rpm的摇床中培养3h；然后将混合液依次进行离心、洗涤，重复3次，将收集的菌钯混合液放在-70℃的冰箱中冷冻1h，取出后放入冷冻干燥机中干燥72h，称重；步骤六，材料的碱活化处理；将步骤五中干燥后的菌钯混合物与KOH按质量比1:1混合后，将混合物放入管式炉中进行加热；室温冷却后，分别用质量分数为5％的盐酸和去离子水进行清洗以中和碱和去除氯离子残留；干燥、研磨和称重保存后，得到目标产物。进一步的，为了更好的提高培养液的质量以及灭菌效果，1)中LB培养液初液是由28g氯化钠、28g胰蛋白胨和14g酵母粉用超纯水定容至2800mL得到；灭菌处理是将述LB培养液初液在121℃、压力为0.13MPa下放置20min进行灭菌。进一步的，为了达到最佳的催化效率，2)中厌氧培养液初液是由1.132g三水磷酸氢二钾、0.675g磷酸二氢钾、1.380g氯化钠、0.765g硫酸铵、0.072g七水硫酸镁、14.298gHEPES、6.726g乳酸钠和15mL微量元素储备液混合后用超纯水定容至3000mL所得；3)中Pd(Ⅱ)母液的浓度为15mmol/L，将溶液装入棕色瓶中密封并放置在4℃冰箱中保存备用。进一步的，微量元素储备液是由1.5g次氮基三乙酸(Nitrilotriaceticacid)，采用超纯水定容至500mL，氢氧化钾调节pH值至6.5，加入3.0g硫酸镁(MgSO4)，1.0g二水氯化钙(CaCl2.2H2O)，1.0g氯化钠(NaCl)，0.5g硫酸锰(MnSO4)，0.18g七水硫酸锌(ZnSO4.7H2O)，0.1g七水硫酸亚铁(FeSO4.7H2O)，0.18g七水硫酸钴(CoSO4.7H2O)，0.025g六水氯化镍(NiCl2.6H2O)，0.02g十二水和硫酸铝钾(KAl(SO4)2.12H2O)，0.01g五水硫酸铜(CuSO4.5H2O)，0.01g硼酸(H3BO3)，0.01g二水钼酸钠(Na2MoO4.2H2O)，0.3mg五水亚硒酸钠(Na2SeO3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于电芬顿体系阴极催化剂的生物制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤一，试剂配制；1)LB培养基的制备将氯化钠、胰蛋白胨和酵母粉按质量比2:2:1的量称取，混合后用超纯水定容，制得LB培养液初液，然后将所述LB培养液初液进行密封、灭菌和冷却处理后保存备用，得到LB培养基；2)厌氧培养基的制备分别称取三水磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸铵、七水硫酸镁、HEPES、乳酸钠和微量元素储备液，混合后用超纯水定容，然后用氢氧化钠调节pH值至7.0，得到厌氧培养液初液；将所述厌氧培养液初液加入到血清瓶中，充氮气、密封和灭菌处理后保存备用，得到厌氧培养基；3)Pd(Ⅱ)母液的配制用灭菌后的超纯水在避光条件下将氯钯酸钠颗粒溶解、定容，然后将溶液倒入灭完菌的棕色瓶中，密封放置在冰箱中保存备用；步骤二，S.oneidensis MR‑1的培养；将S.oneidensis MR‑1从‑80℃冰箱中取出并对其进行LB平板划线处理后，将培养皿倒扣放入恒温培养箱中培养，标记日期和菌株；然后将划线处理后的LB平板放入冰箱中密封保存；在所述LB平板上挑选S.oneidensis MR‑1单克隆体放入所述LB培养基中并在30℃、150rpm的摇床中进行培养；步骤三，S.oneidensis MR‑1的清洗与收集；对步骤二中培养好的菌液进行离心处理，去除上清液，保留底部沉淀；然后用所述厌氧培养基对底部沉淀分别进行重复清洗、离心处理，重复3遍，清洗完毕后用所述厌氧培养基对底部沉淀菌液进行培养，得到S.oneidensis MR‑1收集液；步骤四，S.oneidensis MR‑1 OD600值的测定；量取100μL所述S.oneidensis MR‑1收集液并用水稀释至10mL，混匀；将分光光度计波长调至600nm，测定2次，取平均值，计算出收集液的浓度OD600；步骤五，生物还原钯及收集干燥处理；将所述S.oneidensis MR‑1收集液分散于2)中装有厌氧培养基的血清瓶中，然后向所述血清瓶中注入3)中备用的氯钯酸钠溶液，在30℃、150rpm的摇床中培养3h；然后将混合液依次进行离心、洗涤，重复3次，将收集的菌钯混合液放在‑70℃的冰箱中冷冻1h，取出后放入冷冻干燥机中干燥72h，称重；步骤六，材料的碱活化处理；将步骤五中干燥后的菌钯混合物与KOH按质量比1:1混合后，将混合物放入管式炉中进行加热；室温冷却后，分别用质量分数为5％的盐酸和去离子水进行清洗以中和碱和去除氯离子残留；干燥、研磨和称重保存后，得到目标产物。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于电芬顿体系阴极催化剂的生物制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤一，试剂配制；1)LB培养基的制备将氯化钠、胰蛋白胨和酵母粉按质量比2:2:1的量称取，混合后用超纯水定容，制得LB培养液初液，然后将所述LB培养液初液进行密封、灭菌和冷却处理后保存备用，得到LB培养基；2)厌氧培养基的制备分别称取三水磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸铵、七水硫酸镁、HEPES、乳酸钠和微量元素储备液，混合后用超纯水定容，然后用氢氧化钠调节pH值至7.0，得到厌氧培养液初液；将所述厌氧培养液初液加入到血清瓶中，充氮气、密封和灭菌处理后保存备用，得到厌氧培养基；3)Pd(Ⅱ)母液的配制用灭菌后的超纯水在避光条件下将氯钯酸钠颗粒溶解、定容，然后将溶液倒入灭完菌的棕色瓶中，密封放置在冰箱中保存备用；步骤二，S.oneidensisMR-1的培养；将S.oneidensisMR-1从-80℃冰箱中取出并对其进行LB平板划线处理后，将培养皿倒扣放入恒温培养箱中培养，标记日期和菌株；然后将划线处理后的LB平板放入冰箱中密封保存；在所述LB平板上挑选S.oneidensisMR-1单克隆体放入所述LB培养基中并在30℃、150rpm的摇床中进行培养；步骤三，S.oneidensisMR-1的清洗与收集；对步骤二中培养好的菌液进行离心处理，去除上清液，保留底部沉淀；然后用所述厌氧培养基对底部沉淀分别进行重复清洗、离心处理，重复3遍，清洗完毕后用所述厌氧培养基对底部沉淀菌液进行培养，得到S.oneidensisMR-1收集液；步骤四，S.oneidensisMR-1OD600值的测定；量取100μL所述S.oneidensisMR-1收集液并用水稀释至10mL，混匀；将分光光度计波长调至600nm，测定2次，取平均值，计算出收集液的浓度OD600；步骤五，生物还原钯及收集干燥处理；将所述S.oneidensisMR-1收集液分散于2)中装有厌氧培养基的血清瓶中，然后向所述血清瓶中注入3)中备用的氯钯酸钠溶液，在30℃、150rpm的摇床中培养3h；然后将混合液依次进行离心、洗涤，重复3次，将收集的菌钯混合液放在-70℃的冰箱中冷冻1h，取出后放入冷冻干燥机中干燥72h，称重；步骤六，材料的碱活化处理；将步骤五中干燥后的菌钯混合物与K...

【专利技术属性】
技术研发人员：武超，韩锐善，汪启年，余慧，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34