一种生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法技术

本发明专利技术公开了一种生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法，属于生物合成领域。本发明专利技术方法利用到铁基质硝酸盐还原菌和异化金属还原菌，铁基质硝酸盐还原菌以Fe

A Method for Biosynthesis of Hollow Micro-nano Ferric Trioxide

The invention discloses a method for biosynthesis of hollow micro-nano iron tetroxide, which belongs to the field of biosynthesis. The method of the invention utilizes iron matrix nitrate reducing bacteria and dissimilatory metal reducing bacteria, and iron matrix nitrate reducing bacteria use iron matrix nitrate reducing bacteria.

【技术实现步骤摘要】
一种生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法
本专利技术属于生物合成领域，具体涉及一种生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法。
技术介绍
磁性微纳米四氧化三铁是一种特殊功能的纳米材料，具有超顺磁性、小尺寸效应、量子隧道效应等。纳米级四氧化三铁是应用最为广泛的软磁性材料之一，在催化剂、记录材料，磁流体材料、电子材料、造影成像、靶向给药、药物载体、DNA检测等应用领域表现出良好的应用前景。磁性纳米四氧化三铁的制备方法有沉淀法、热分解法、水热法、溶剂热法、微乳液法、空气氧化法、静电纺丝法及微波法。沉淀法的pH值较高，且制备过程不易控制。热分解法是指将有机铁化合物溶解在溶剂中，控制反应温度，然后在高压反应釜或者借助冷凝回流使反应物分解、沉淀得到的产物。热分解法制备的磁性粒子一般结晶度高，但磁性粒子亲水性能较差。水热法及溶剂热法统称热液法，是指以水或者溶剂作为分散介质，在密封反应容器中，在高温、高压条件下发生反应而得到磁性粒子，该方法能耗高、反应条件比较苛刻。微乳液法对于制备分布窄、形态规整、分散好的纳米粉体是一种很好的制备方法。它是在微乳液滴空间中进行反应，微乳液的制备较复杂。上述方法都适合制备实心微纳米四氧化三铁。微纳米结构四氧化三铁空心微球具有低密度、高比表面的特性，而且其空心部分可容纳大量的客体分子或大尺寸的客体，使得其在微波吸收材料和药品传输等许多
都有重要的应用前景。制备空心球最常用的方法是模板法，模板法过程复杂、成本高，需要借助大量的有机物质而且不容易控制空心部分的形状和尺寸。溶剂热法结合奥斯特瓦尔德熟化过程制备铁氧体空心球，相对模板法是一种方便快捷较环保的方法，但是需要乙二醇，且需在高温、密封的反应釜中保持一段较长的反应时间，其能耗较高。上述方法都为化学合成法，一般来说过程复杂、能耗高、成本高。因此，开发一种易控制、反应条件温和及环境友好的磁性空心微纳米四氧化三铁的制备方法具有十分重要意义。目前，对于生物法制备空心微纳米四氧化三铁的方法鲜有报道。
技术实现思路
为了克服传统磁性空心微纳米四氧化三铁制备方法存在的不足，本专利技术的目的在于提供了一种生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法，其利用到铁基质硝酸盐还原菌和异化金属还原菌，铁基质硝酸盐还原菌以Fe2+或Fe2+/乙酸钠为电子供体将硝酸根离子(NO3-)还原为N2的同时在铁基质硝酸盐还原菌表面形成铁氧化物或铁氢氧化物，异化金属还原菌再以乙酸钠为电子供体将铁基质硝酸盐还原菌表面的铁氧化物或铁氢氧化物还原成微纳米四氧化三铁；离心收集微纳米四氧化三铁，冷冻干燥后在隔绝空气、高温条件下除去四氧化三铁内部的微生物生物质，得到空心微纳米四氧化三铁。具体地，所述的生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法，包括如下步骤：往培养铁基质硝酸盐还原菌的培养基中加入Fe2+盐和乙酸钠，接入铁基质硝酸盐还原菌厌氧培养至Fe2+或NO3-浓度不再发生变化时，往培养液中再加入乙酸钠，接入异化金属还原菌继续厌氧培养至乙酸钠浓度不再发生变化时，离心收集微纳米四氧化三铁，冷冻干燥后在隔绝空气、高温条件下除去四氧化三铁内部的微生物生物质，得到空心微纳米四氧化三铁。其中，往培养铁基质硝酸盐还原菌的培养基中加入Fe2+盐和乙酸钠，Fe2+盐的终浓度优选为3-20mmol/L，乙酸钠的终浓度优选为3-15mmol/L；往培养液中再加入乙酸钠，乙酸钠的终浓度优选为5-30mmol/L。上述铁基质硝酸盐还原菌包括但不限于CitrobacterfreundiiStrainPXL1、Pseudogulbenkianiasp.strain2002(ATCCBAA-1479)、Achromobactersp.A14、Pseudomonassp.SZF15、Pseudomonassp.H-117；上述异化金属还原菌包括但不限于GebactermetallireducensGS-15、GeobactersulfurreducensPCA、ShewanellaoneidensisMR-1、MethanosarcinabarkeristrainFusaroMethanosarcinamazeistrainOCM88Methanosarcinabarkeri800(DSM800)、Methanosarcinabarkeri(DSM8687)、Methanosarcinamazei(DSM10132)。上述电子供体还可以为H2、甲烷、乙醇、甲醇等。本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术通过生物氧化及生物还原铁离子制备空心微纳米四氧化三铁材料，反应条件温和，能耗低、成本低。(2)本专利技术可利用电活性微生物代谢农业及城市有机固体废弃物(如颗粒秸秆、牛粪等)水解发酵产生的小分子H2、乙酸钠及甲烷等为电子供体，既实现了有机固体废弃物的利用，又实现了有机固体废弃物的治理，同时具有环境污染小的优点，对节能减排和环境治理都具有重要的意义。(3)本专利技术反应条件易控制，通过控制生物还原的时间，可以得到具有不同磁性的半导体材料。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的说明，但本专利技术实施方式不限于此。实施例1(1)微生物制备微纳米铁氧化物或铁氢氧化物粒子以Medium2665培养基37℃培养Pseudogulbenkianiasp.strain2002(ATCCBAA-1479)。Medium2665培养基的基本组成为：NH4Cl0.25g，KH2PO40.60g，KCl0.10g，NaHCO32.52g，NaNO30.85g，微量元素溶液10.00mL，微量维生素溶液10.00mL，去离子水980.00mL。将150mL未加微量维生素溶液的上述培养基置于250mL厌氧瓶中，以80％的N2和20％的CO2混合气曝气30-45分钟，使其厌氧后压盖密封，121℃灭菌20分钟冷却至室温。灭菌后的培养基加入脱氧、过滤灭菌的1mol/L的乙酸钠溶液，使其最终浓度为10mmol/L；加入脱氧、过滤灭菌的FeSO4·7H2O溶液(1mol/L)，使其最终浓度为4mmol/L；加入脱氧、过滤灭菌的微量维生素溶液，使其最终浓度为10.00mL/L。微量元素溶液组成(g/L)：氨三乙酸1.5g，MgSO4·7H2O3.0g，MnSO4·H2O0.5g，NaCl1.0g，FeSO4·7H2O0.1g，CoCl2·6H2O0.1g，CaCl20.1g，ZnSO4·7H2O0.1g，CuSO4·5H2O0.01g，AlK(SO4)2·12H2O0.01g，H3BO30.01g，Na2MoO4·2H2O0.01g，去离子水1.0L。微量微生素溶液组成(mg/L)：生物素2.0mg，叶酸2.0mg，维生素B6盐酸盐10.0mg，盐酸硫胺5.0mg，维生素B25.0mg，烟酸5.0mg，D-泛酸钙5.0mg，维生素B120.1mg，对氨基苯甲酸5.0mg，硫辛酸5.0mg，去离子水1.0L。培养方法:向上述厌氧瓶(150mL培养基)中按10％(V/V)的接种量接入培养好的Pseudogulbenkianiasp.strain2002菌液，在37℃下黑暗培养。当培养基中的Fe2+或NO3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法，其特征在于：所述的方法利用到铁基质硝酸盐还原菌和异化金属还原菌，铁基质硝酸盐还原菌以Fe

【技术特征摘要】
1.一种生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法，其特征在于：所述的方法利用到铁基质硝酸盐还原菌和异化金属还原菌，铁基质硝酸盐还原菌以Fe2+或Fe2+/乙酸钠为电子供体将NO3-还原为N2的同时在铁基质硝酸盐还原菌表面形成铁氧化物或铁氢氧化物，异化金属还原菌再以乙酸钠为电子供体将铁基质硝酸盐还原菌表面的铁氧化物或铁氢氧化物还原成微纳米四氧化三铁；离心收集微纳米四氧化三铁，冷冻干燥后在隔绝空气、高温条件下除去四氧化三铁内部的微生物生物质，得到空心微纳米四氧化三铁。2.根据权利要求1所述的生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法，其特征在于：包括如下步骤：往培养铁基质硝酸盐还原菌的培养基中加入Fe2+盐和乙酸钠，接入铁基质硝酸盐还原菌厌氧培养至Fe2+或NO3-浓度不再发生变化时，往培养液中再加入乙酸钠，接入异化金属还原菌继续厌氧培养至乙酸钠浓度不再发生变化时，离心收集微纳米四氧化三铁，冷冻干燥后在隔绝空气、高温条件下除去四氧化三铁内部的微生物生物质，得到空心微纳米四氧化三铁。3.根据权利要求2所述的生物合成空心微纳米四氧化三铁的方法，其特征在于：往培养铁基质硝酸盐还原菌的培养基中加入Fe2+盐和乙酸钠，Fe2+盐的终浓度为3-20mmol/L，乙酸钠的终浓度为3-15mmol/L。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李侠，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15