一种生物纳米硫化亚铁的制备方法技术

本发明专利技术属于生物纳米材料领域，具体涉及一种生物纳米硫化亚铁的制备方法；具体步骤：首先构建磷酸盐‑三价铁缓释体系；然后将希瓦氏菌接种到LB培养基中活化培养，在无菌无氧条件下接种到磷酸盐‑三价铁缓释体系中，当体系中希瓦氏菌的终浓度的OD600值为0.1~2，停止接种希瓦氏菌；再加入硫代硫酸钠母液，经培养、离心、洗涤，得到生物纳米硫化亚铁；本发明专利技术构建了新型的磷酸盐‑三价铁的缓慢释放体系，实现了三价铁的定量控制；通过调控合成中硫源的投加量，可控生物合成了一系列具有不同催化性能的纳米硫化亚铁，实现了其催化性能的有效调节，为调控生物合成纳米材料的催化性能开拓了新途径。

【技术实现步骤摘要】
一种生物纳米硫化亚铁的制备方法
本专利技术属于生物
，具体涉及一种生物纳米硫化亚铁的制备方法。
技术介绍
近年来，随着工业化城市化的加快，地下水和土壤中的有毒有害物质越来越多，这已经成为环境和公众健康的首要问题。而纳米硫化亚铁以其独特的性质，比如小颗粒尺寸、大比表面积、高效的表面还原反应和地下土壤的传输能力等得到了环境领域的重视。目前纳米硫化亚铁已经广泛应用于处理地下水和土壤中的重金属、氯化有机化合物(COCs)、砷、硒等污染物。传统的纳米硫化亚铁的化学合成方法主要有高温直接合成法和液相合成法两类。高温直接合成法是将铁粉和硫按一定比例混合，在高温下直接反应得到，该方法合成的主要问题是合成温度高、时间长，产品的纯度比较高，但其催化活性较差；液相合成法是用可溶性硫化物，比如硫化钠、硫化铵、硫化氢等，与水溶性亚铁盐在水溶液中合成得到，硫化亚铁的粒度细、活性高，该方法的主要问题在于合成过程中原材料不稳定，很难合成高纯度的硫化亚铁。除以上两种方法之外，也有相关文报道了其他的方法，比如微乳液法、均相沉淀法、辉光放电法等，这些方法虽然硫化亚铁产物纯度较高，但原材料、加工设备比较昂贵，且催化活性难以控制，实际应用效果相差较大。因此，生物合成方法逐渐受到研究领域的重视。根据报道，硫酸盐还原菌(SRB)可以利用硫酸盐作为末端电子受体来产生硫化氢，然后与含铁物质反应以形成无定形沉淀，其在几天内进一步结晶成更稳定的FeS纳米颗粒。也有报道，作为电化学活性菌株的奥奈达希瓦氏菌(ShewanellaoneidensisMR-1)可以在代谢过程中分解有机物等产生电子，利用水溶性硫酸盐、水溶性三价铁等作为最终电子受体，合成生物硫化亚铁纳米材料。现有报道，在生物纳米硫化亚铁去除污染物的研究中，以4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)(50mM，pH＝7.0)作为培养基缓冲溶液，也有报道在研究生物纳米硫化亚铁去除四氯化碳的过程中，使用2.1mM硫代硫酸盐和不同浓度的柠檬酸铁缓冲溶液作为电子受体，采用哌嗪-1,4-二乙磺酸(PIPES)(30mM,pH＝7.0)作为pH缓冲液。这种类型生物纳米硫化亚铁成本低廉、过程简单。但是这些生物合成纳米硫化亚铁存在的主要问题是合成的纳米材料催化性能较差，而且在合成过程中三价铁和硫代硫酸盐都是以离子形式存在，合成纳米硫化亚铁的仅受生物代谢、生物活性影响，合成速率难以有效控制。针对现有研究的不足，本专利技术构建了一种磷酸盐-三价铁的缓慢释放体系，由于三价铁以沉淀形式存在，致使反应体系中的Fe3+始终处于较低的浓度，同时控制硫源的投加量，便于控制生物合成不同类型的纳米硫化亚铁。为了充分发挥FeS的环境处理能力，针对不同类型的污染物通常需要不同催化活性的纳米硫化亚铁，以降低副反应、提高针对目标污染物的处理效率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在解决所属问题之一；本专利技术提供一种纳米硫化亚铁的生物的制备方法，利用生物调控实现纳米硫化亚铁催化性能的控制。本专利技术构建了一种生物纳米硫化亚铁合成方法，首先构建了磷酸盐-三价铁的缓慢释放体系，同时控制硫源的投加量，可以实现可控的纳米硫化亚铁的生物合成。为了实现以上目的，本专利技术的具体步骤如下：(1)首先构建磷酸盐-三价铁缓释体系，所述磷酸盐-三价铁缓释体系包括Na2HPO4·12H2O5-30g/L、KH2PO40.5-10g/L、NaCl0.05-5g/L、NH4Cl0.05-5g/L、乳酸钠1-100mM、的CaCl20.01-10mM、MgSO40.1-100mM和FeCl30.05-10mM；(2)配置LB培养基，将希瓦氏菌接种到LB培养基中活化培养；然后在无菌无氧条件下将活化培养后的希瓦氏菌接种到步骤(1)构建的磷酸盐-三价铁缓释体系中，当体系中希瓦氏菌的终浓度达到一定OD值时，停止接种希瓦氏菌；(3)配制硫代硫酸钠母液，取硫代硫酸钠母液加入到步骤(2)所述含有希瓦氏菌的磷酸盐-三价铁缓释体系中，置于摇床中培养，培养后进行离心、洗涤，得到纳米硫化亚铁。优选的，步骤(2)所述希瓦氏菌全称为奥奈达希瓦氏菌(ShewanellaoneidensisMR-1)，购自美国模式菌种保藏中心(ATCC700550)；所述LB培养基包括胰蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L、氯化钠5g/L，pH为7；优选的，步骤(2)所述希瓦氏菌接种到LB培养基中的接种量与LB培养基的体积比为0.05:100～0.8:：100。优选的，步骤(2)所述希瓦氏菌的培养条件是温度15～40℃、摇床转速100～230rpm、培养时间是12～16h；优选的，步骤(2)所述希瓦氏菌终浓度达到OD600值为0.1～2。优选的，步骤(3)所述硫代硫酸钠母液浓度为1M；所述磷酸盐缓冲体系中硫代硫酸钠终浓度为0.05～100mM；优选的，步骤(3)所述反应体系在摇床中培养条件为温度15～40℃、摇床转速100～230rpm、培养时间是5～24h。优选的，步骤(3)所述离心的转速为5000～12000rpm，时间为2～10min；所述洗涤是用无氧水或磷酸盐缓冲液进行清洗。优选的，步骤(1)～(3)均在厌氧条件下进行操作。本专利技术制备的纳米硫化亚铁应用于重金属六价铬和偶氮染料台盼蓝的催化性降解。本专利技术的有益效果(1)本专利技术建立了一种催化性能可调节的生物纳米硫化亚铁合成方法，首先构建了磷酸盐-三价铁缓释体系，在整个硫化亚铁纳米材料合成过程中，磷酸盐-三价铁缓释体系中的大多数三价铁以沉淀形式存在，溶液中只有少部分的三价铁离子，合成过程中随着铁离子的消耗，三价铁沉淀就会释放出新的铁离子，直至三价铁被完全消耗，以此实现了三价铁的缓慢释放；其次通过控制硫源的投加量，可以控制生物合成不同类型的纳米硫化亚铁。(2)本专利技术通过调控优化后合成的纳米材料具有不同催化能力，为不同的催化应用提供了广泛的选择；同时，在研究过程中实现了生物合成纳米硫化亚铁的可控性，为生物合成纳米材料的调控提供了一种新思路。附图说明图1为生物合成硫化亚铁过程的示意图，(a)为不同方法在合成过程中颜色的变化，(b)为纳米硫化亚铁合成后的最终结果。图2为合成过程中整个体系中总Fe(II)浓度随着时间的变化。图3为实施例1～5制备的生物纳米硫化亚铁合成过程中溶液Fe3+浓度的变化。图4为实施例1～5制备的不同催化类型生物纳米硫化亚铁的XRD图谱。图5为实施例1～5制备的不同催化类型生物纳米硫化亚铁对六价铬的催化效果图。图6为实施例1～5制备的不同催化类型生物纳米硫化亚铁对偶氮染料催化效果图。具体实施方式实施例1：(1)使用菌种：奥奈达希瓦氏菌(ShewanellaoneidensisMR-1)，购自ATCC美国模式菌种保藏中心，菌种编号ATCC700550；(2)希瓦氏菌的培养：向200mL的LB培养基(含酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L和氯化钠5g/L，pH＝7.0)中接入希瓦氏菌菌种，于温度30℃、震荡转数200rpm培养12h,获得菌液；(3)磷酸盐-三价铁缓慢释放体系的构建：Na2HPO4·12H2O17.8g/L、KH2PO43g/L、NaCl0.5g/L、NH4Cl0.5g/L、10mM乳酸钠、0.1mM的CaCl2、1mM的MgSO4、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物纳米硫化亚铁的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）首先构建磷酸盐‑三价铁缓释体系，所述磷酸盐‑三价铁缓释体系包括Na2HPO4·12H2O 5‑30 g/L、KH2PO4 0.5‑10 g/L、NaCl 0.05‑5 g/L、NH4Cl 0.05‑5 g/L、乳酸钠1‑100mM、CaCl2 0.01‑10 mM、MgSO4 0.1‑100 mM和FeCl3 0.05‑10mM；（2）配置LB培养基，将希瓦氏菌接种到LB培养基中活化培养；然后在无氧条件下将活化培养后的希瓦氏菌接种到步骤（1）构建的磷酸盐‑三价铁缓释体系中，当体系中希瓦氏菌的终浓度达到一定OD600值时，停止接种希瓦氏菌；（3）配制硫代硫酸钠母液，然后将硫代硫酸钠母液加入到步骤（2）所述含有希瓦氏菌的磷酸盐‑三价铁缓释体系中，置于摇床中培养，培养后进行离心、洗涤，得到纳米硫化亚铁。

【技术特征摘要】
1.一种生物纳米硫化亚铁的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）首先构建磷酸盐-三价铁缓释体系，所述磷酸盐-三价铁缓释体系包括Na2HPO4·12H2O5-30g/L、KH2PO40.5-10g/L、NaCl0.05-5g/L、NH4Cl0.05-5g/L、乳酸钠1-100mM、CaCl20.01-10mM、MgSO40.1-100mM和FeCl30.05-10mM；（2）配置LB培养基，将希瓦氏菌接种到LB培养基中活化培养；然后在无氧条件下将活化培养后的希瓦氏菌接种到步骤（1）构建的磷酸盐-三价铁缓释体系中，当体系中希瓦氏菌的终浓度达到一定OD600值时，停止接种希瓦氏菌；（3）配制硫代硫酸钠母液，然后将硫代硫酸钠母液加入到步骤（2）所述含有希瓦氏菌的磷酸盐-三价铁缓释体系中，置于摇床中培养，培养后进行离心、洗涤，得到纳米硫化亚铁。2.根据权利要求1所述的生物纳米硫化亚铁的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述希瓦氏菌全称为奥奈达希瓦氏菌，购自美国模式菌种保藏中心，编号为ATCC700550；所述LB培养基包括胰蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L、氯化钠5g/L，pH为7。3.根据权利要求1所述的生物纳米硫化亚铁的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述希瓦氏菌接种到LB培养基中的接种...

【专利技术属性】
技术研发人员：程千文，雍阳春，俞洋洋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32