本发明专利技术公开了一种高岭石负载生物合成纳米硫铁材料及其制备方法与应用。该材料主要是应用于处理含铬废水。所述制备方法包括：在培养硫酸盐还原菌的培养基投加高岭石，培养后离心干燥得到高岭石负载生物合成的纳米硫铁材料。本发明专利技术的有益效果如下：(1)所用材料为土壤和水体沉积物中常见的材料，易获取、对原生环境无污染、性质稳定；(2)制备方法简便，成本低，可使纳米硫铁在合成时自动分散于高岭石表面，不需要后期加工处理；(3)通过高岭石负载，纳米硫铁有效的分散于高岭石表面，降低了其颗粒粒径，改善了其易团聚的缺点，显著提高纳米硫铁材料对水体Cr(VI)的去除速率以及单位质量去除量(mg Cr(VI)/g(FeS))。
A kind of nano pyrite material supported by kaolinite and its preparation and Application
【技术实现步骤摘要】
一种高岭石负载生物合成纳米硫铁材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及水处理技术应用领域，特别是涉及一种高岭石负载生物合成纳米硫铁材料及其制备方法与应用，主要是应用于处理含Cr(VI)废水。
技术介绍
随着电镀、染料、皮革和造纸行业的发展，大量的含Cr物质被排入到环境中。环境中Cr通常以Cr(VI)和Cr(III)形式存在，其中Cr(VI)具有高毒性，少剂量能够造成肾脏与肝脏的损伤，是致癌物质，而Cr(III)则是人体必需微量元素，存在于谷物中，是糖代谢必需的元素。因此治理环境中Cr(VI)的思路就是将其还原成Cr(III)。常用的还原剂有Fe(II)，硫化物和有机质。其还原机理如下所示：Fe(II)+Cr(VI)+H2O---(CrxFe1-x)(OH)3(0<x<1)(pH>4)；S(-II)+Cr(VI)+H2O----Cr(OH)3+S0(pH>5)；有机质+Cr(VI)----Cr(III)-有机络合物；在自然界中，MnO2能够将Cr(III)氧化为Cr(VI)。研究表明，(CrxFe1-x)(OH)3在环境中稳定性比Cr(OH)3和Cr(III)-有机络合物强，更难被MnO2氧化。因此，最好选择含Fe的物质作为还原剂，而纳米硫铁材料同时具备Fe(II)和S(-II)和以及超大的比表面积，能够快速的将Cr(VI)还原成Cr(III)。同时由于铁还原菌和硫酸盐还原菌(sulfatereducingbacteria,SRB)在土壤和水体广泛的存在，纳米硫铁材料也是广泛存在于土壤和水体沉积物中。但由于纳米材料本身易团聚的性质，在水体中分散性差，使其失去纳米材料特性，降低了材料与污染物的有效接触，从而降低了其反应速率与单位质量去除量，该缺点限制了纳米硫铁材料实际工程中的推广应用。其次，在实际应用中，纳米材料由于颗粒太小难以回收和重复利用，一旦回收不彻底，容易导致材料还原Cr(VI)生成的Cr(III)仍然以离子形态或者小颗粒的(CrxFe1-x)(OH)3形式存留在水体中，可能会再次释放到环境中。因此，必须采取一些稳定化措施增强材料的稳定性以及最终产物的可回收性。为良好的分散纳米硫铁材料，以及增大最终产物的粒径，或使最终产物吸附于大颗粒载体上，具有吸附Cr(III)的固体材料相比于常用的表面活性剂等溶剂型分散剂更具有优势。一些常见负载纳米硫铁的固体材料(如石灰、石英、氧化铝等)(Sun,Y.,Z.Lou,J.Yu,X.Zhou,D.Lv,J.Zhou,S.A.BaigandX.Xu(2017)."Immobilizationofmercury(II)fromaqueoussolutionusingAl2O3-supportednanoscaleFeS."ChemicalEngineeringJournal323:483-491.)，因材料易获取、易负载、热稳定性好等特性可以用于改善纳米硫铁的团聚性(Chen,Y.,W.Liang,Y.Li,Y.Wu,Y.Chen,W.Xiao,L.Zhao,J.ZhangandH.Li(2019)."Modification,applicationandreactionmechanismsofnano-sizedironsulfideparticlesforpollutantremovalfromsoilandwater:Areview."ChemicalEngineeringJournal362:144-159.)。但这些材料本身对Cr(III)吸附性很弱，且大部分先用化学方法合成纳米硫铁，再投加固体材料与之搅拌一段时间，使纳米硫铁负载于固体材料表面(Park,M.,J.Park,J.Kang,Y.S.HanandH.Y.Jeong(2018)."Removalofhexavalentchromiumusingmackinawite(FeS)-coatedsand."JHazardMater360:17-23.),该分散方法易造成纳米硫铁的氧化，且鲜少关注自然环境中广泛存在的硫酸盐还原菌，可直接利用硫酸盐和Fe2+合成纳米硫铁矿。而高岭石作为土壤与水体沉积物中常见的黏土矿物，对Cr(III)具有良好的吸附性，在中性条件下通常带负电，能够先吸附Fe2+，当硫酸盐还原菌产生的S2-将与吸附于高岭石表面的Fe2+结合生成纳米硫铁，该过程可使纳米硫铁在合成过程中自动分散于高岭石表面。利用微生物合成纳米硫铁并在合成过程中将其分散于高岭石表面，可增强纳米硫铁的稳定性，以及增强纳米硫铁处理Cr(VI)后Cr(III)的稳定性。但制备方法的选择和高岭石投加量对所制材料的去除Cr(VI)有较大影响，因此制备方法的选择和优化显得尤为重要。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种高岭石负载生物合成纳米硫铁材料及其制备方法与应用。本专利技术旨在针对纳米硫铁目前存在的易团聚等不足，制备出一种制备过程简便、对Cr(VI)废水去除能力好的高岭石负载生物合成的纳米硫铁材料。本专利技术的另一目的在于提供了一种高岭石负载生物合成的纳米硫铁材料用于去除水体中的重金属的用途，尤其是高岭石负载生物合成的纳米硫铁材料能够高效快速的去除水体中Cr(VI)。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。本专利技术提供的一种高岭石负载生物合成纳米硫铁材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将乳酸钠、KH2PO4、Na2SO4、NH4Cl、MgSO4·7H2O及酵母提取物加入水中溶解，混合均匀，然后再加入HEPES缓冲溶液，得到混合液，调节所述混合液的pH值为6.5±0.1；(2)将步骤(1)所述混合液加入厌氧瓶中，然后加入高岭石，用氮气吹脱去除液体中的溶解氧，然后密封厌氧瓶，将所述厌氧瓶进行灭菌处理，得到瓶中灭菌后的混合液；(3)将CaCl2溶解于灭菌水中，混合均匀，得到CaCl2溶液；将FeSO4·7H2O溶解于灭菌水中，混合均匀，得到FeSO4·7H2O溶液；将所述CaCl2溶液和FeSO4·7H2O溶液过滤灭菌后，导入步骤(2)所述灭菌后的混合液中，再加入硫酸盐还原菌接种液，混合均匀，得到培养液；(4)将步骤(3)所述培养液进行恒温摇床培育，然后离心处理弃上清液，将沉淀进行冷冻干燥，得到所述高岭石负载生物合成纳米硫铁材料。进一步地，步骤(1)所述混合液，当按照体积为1L来计，所述混合液中包含：0.3500±0.002g的乳酸钠、0.6500±0.002g的KH2PO4、1.0000±0.002g的Na2SO4、1.0000±0.002g的NH4Cl、2.0000±0.002g的MgSO4·7H2O、1.0000±0.002g的酵母提取物及200.0±0.5mL的HEPES缓冲溶液，余者为水。进一步地，步骤(1)所述HEPES缓冲溶液的浓度为0.10±0.01M。进一步地，步骤(1)中，调节混合液的pH值可以使用NaOH溶液进行调节，调节后的混合液的pH值为6.5。进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高岭石负载生物合成纳米硫铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将乳酸钠、KH
【技术特征摘要】
1.一种高岭石负载生物合成纳米硫铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将乳酸钠、KH2PO4、Na2SO4、NH4Cl、MgSO4·7H2O及酵母提取物加入水中溶解，混合均匀，然后再加入HEPES缓冲溶液，得到混合液，调节所述混合液的pH值为6.5±0.1；
(2)将步骤(1)所述混合液加入厌氧瓶中，然后加入高岭石，用氮气吹脱去除液体中的溶解氧，然后密封厌氧瓶，将所述厌氧瓶进行灭菌处理，得到瓶中灭菌后的混合液；
(3)将CaCl2溶解于灭菌水中，混合均匀，得到CaCl2溶液；将FeSO4·7H2O溶解于灭菌水中，混合均匀，得到FeSO4·7H2O溶液；将所述CaCl2溶液和FeSO4·7H2O溶液过滤灭菌后，导入步骤(2)所述灭菌后的混合液中，再加入硫酸盐还原菌接种液，混合均匀，得到培养液；
(4)将步骤(3)所述培养液进行恒温摇床培育，然后离心处理弃上清液，将沉淀进行冷冻干燥，得到所述高岭石负载生物合成纳米硫铁材料。
2.根据权利要求1所述的高岭石负载生物合成纳米硫铁材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合液，当按照体积为1L来计，所述混合液中包含：0.3500±0.002g的乳酸钠、0.6500±0.002g的KH2PO4、1.0000±0.002g的Na2SO4、1.0000±0.002g的NH4Cl、2.0000±0.002g的MgSO4·7H2O、1.0000±0.002g的酵母提取物及200.0±0.5mL的HEPES缓冲溶液，余者为水。
3.根据权利要求1所述的高岭石负载生物合成纳米硫铁材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述HEPES缓冲溶液的浓度为0.10±0.01M。
4.根据权利要求1所述的高岭石...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭楚玲，李琦，张宇扬，廖衍光，黄佳婷，卢桂宁，党志，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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