一种解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系及其在钝化重金属中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系及其在钝化重金属中的应用。本发明专利技术构建的解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系充分发挥了铁基材料对重金属的还原和吸附作用，进而降低了重金属对解磷菌的毒害，同时解磷菌的添加强化了材料中磷酸盐的释放，二者协同作用大大强化了对铅的钝化。该方法具有修复剂用量低，不会造成二次污染，且能使土壤中的重金属高效钝化，适用范围广、操作简单等优点，解决了现有技术操作困难、反应周期长、处理成本高等问题，易于实现产业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系及其在钝化重金属中的应用
本专利技术涉及重金属污染修复
，具体涉及一种解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系及其在钝化重金属中的应用。
技术介绍
土壤重金属污染对环境生态系统和人类健康有着巨大的危害，重金属不能被生物降解，易在生物体内累积，并随食物链进入人体，进而危害人体健康及生态系统平衡。目前传统的重金属修复方法有淋洗法、化学沉淀法、吸附法和生物法等，但这些方法具体应用时存在低效、成本高、二次污染等问题，很难达到预期的效果。其中，磷酸盐能够在一定程度上通过化学作用降低环境中重金属的毒性和生物可利用性。目前有很多种磷酸盐材料，如磷酸氢二铵、磷酸三钙、羟基磷灰石等应用于土壤中重金属的钝化，但过量磷酸盐材料的添加可能会造成环境的二次污染。因此，开发高效、经济环保的磷酸盐材料及重金属修复技术是迫切需要解决的问题。研究表明，微生物联合铁基含磷纳米材料修复是一种非常有前途、生态良性的方法。解磷微生物作为土壤微生物的重要组成部分，能够依靠自身的代谢产物(有机酸、磷酸酶)或通过与其他生物的协同作用，将土壤中难溶态磷(如铁磷、钙磷、中稳定性有机磷、高稳定性有机磷等)转化为可供植物吸收利用的磷，不仅可大幅提高土壤中磷的利用率，改善植物磷营养状态，促进植物生长，而且可以改变重金属的形态，提高重金属污染的修复效率。但是高浓度的重金属会抑制解磷微生物的活性，使修复过程受到限制。因此，本专利技术试图寻找一种既可以降低重金属对解磷微生物的毒害作用，又可以利用修复材料持续释放可溶性磷来钝化重金属的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系及其在钝化重金属中的应用。该修复体系工艺简单，二次污染少，且对生态系统的影响较小，可有效降低土壤重金属的迁移以及对人类健康的潜在风险，并且可以为纳米材料联合微生物修复土壤重金属污染提供理论支撑。本专利技术提供的解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系，由解磷菌、铁基含磷纳米材料和解磷菌培养基组成；所述解磷菌培养基以50mL计，所述铁基含磷材料的投加量为0-1g/L；解磷菌菌悬液占所述解磷菌培养基体积的百分含量为1％～5％；所述解磷菌菌悬液的OD600值为0.8-1。上述体系中，所述解磷菌选自非脱羧勒克菌、恶臭假单胞菌和苏云金芽孢杆菌中至少一种；所述铁基含磷纳米材料的粒径小于等于200nm，且制备铁基含磷材料的原料中磷、铁、碳的摩尔比为1-5：10：200；所述解磷菌培养基为无机盐培养基，其组成如下：葡萄糖10.0g/L、NaCl0.3g/L、(NH4)2SO40.5g/L、MgSO4·7H2O0.3g/L、MnSO4·4H2O0.03g/L、KCl0.3g/L、FeSO4·7H2O0.03g/L；所述铁基含磷材料的投加量具体为0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、0.8g/L或1g/L；解磷菌菌悬液占所述解磷菌培养基体积的百分含量具体为1％、2％、3％、4％或5％。所述解磷菌菌液可按常规方法制得，如非脱羧勒克菌的菌悬液制备方法如下：用接种环从保存菌种的斜面上取一环非脱羧勒克菌接种于牛肉膏蛋白胨培养基中，于28℃震荡培养10-12h，得到OD600值为0.8-1之间的菌悬液，备用。本专利技术提供的制备所述铁基含磷纳米材料的方法，包括：将磷源、碳源、铁盐和尿素混合于溶剂中进行水热反应，反应完毕离心，收集固体，再进行干燥、碳化反应，得到所述铁基含磷纳米材料。上述方法中，所述磷源选自磷酸二氢钾、磷酸氢二钾和磷酸二氢钠中至少一种；所述碳源为糖类化合物，具体选自葡萄糖、蔗糖和淀粉中至少一种；所述铁源选自无水三氯化铁、六水合三氯化铁和九水合硝酸铁中至少一种；所述溶剂为水；所述溶剂与所述碳源的用量比为50-70mL：5.95g；具体为60mL：5.95g；所述碳源、铁源和磷源中碳、铁、磷的摩尔比为200：10：1-5；具体为200：10：1、200：10：3或200：10：5。所述水热反应步骤中，温度为100-300℃；具体为200℃；时间至少为10h；具体为10-14h；所述水热反应完毕后降温至室温的方式为自然冷却。所述碳化反应步骤中，温度为700-900℃；具体为800℃；时间为0.5-2h；具体为1h；所述碳化反应在惰性气氛中进行；所述惰性气氛具体为氮气气氛。所述方法还包括：所述离心收集固体后，将所得固体洗涤，干燥；所述洗涤步骤中，所用溶剂为水和乙醇；洗涤次数具体可为3次；所干燥步骤中，干燥方式具体可为真空干燥；如可为80℃干燥24h；另外，按照上述方法制备得到的铁基含磷纳米材料及该铁基含磷纳米材料或所述解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系在重金属污染土壤修复中的应用，也属于本专利技术的保护范围。具体的，所述重金属选自铅、镉和铜中至少一种；所述修复为钝化；所述修复包括：将所述解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系与含有重金属的土壤混合，静置培养。更具体的，所述含有重金属的土壤为模拟污染的土壤；所述含有重金属的土壤中，重金属的含量为200-1000mg/kg；具体为500mg/kg；培养时间为5-30天；具体为10天；温度为25-37℃；具体为30℃本专利技术利用铁基含磷纳米材料与解磷菌联合进行重金属的稳定化处理。零价铁外部包覆的含磷酸盐碳层，一方面保持了零价铁的还原活性，另一方面使得材料对重金属离子具有更强的配位能力，促进重金属离子在材料表面的吸附。同时难溶性磷酸盐的引入，也解决了重金属污染土壤磷源有限而导致解磷菌-铁基材料修复效率低下的问题。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术所提供的铁基含磷纳米材料制备工艺简单，生产成本低，所制备的铁基含磷材料比表面积大，反应速率快。(2)本专利技术所使用的解磷菌适生范围广，可有效地定殖于土壤中，既可以利用土壤中难溶性磷，减少含磷材料的投入，避免二次污染，又可以钝化土壤中重金属。(3)纳米技术与微生物修复技术相结合，克服了传统依靠单一技术所带来的修复进程缓慢的缺陷，可以实现土壤重金属污染的绿色高效修复，具有良好的应用前景。附图说明图1为所制备铁基含磷纳米材料的微观形貌及元素分布图。图2为解磷菌对铁基含磷纳米材料中磷的溶解效果。图3为解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系对不同浓度Pb2+的钝化效果。图4为解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系对铅污染土壤的修复效果。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。下述实施例所用菌株MRP-1已于2017年08月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号)，保藏编号为CGM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系，由解磷菌、铁基含磷纳米材料和解磷菌培养基组成；/n所述解磷菌培养基以50mL计，所述铁基含磷材料的投加量为0-1g/L；/n解磷菌菌悬液占所述解磷菌培养基体积的百分含量为1％～5％；/n所述解磷菌菌悬液的OD

【技术特征摘要】
1.一种解磷菌协同铁基含磷纳米材料体系，由解磷菌、铁基含磷纳米材料和解磷菌培养基组成；
所述解磷菌培养基以50mL计，所述铁基含磷材料的投加量为0-1g/L；
解磷菌菌悬液占所述解磷菌培养基体积的百分含量为1％～5％；
所述解磷菌菌悬液的OD600值为0.8-1。


2.根据权利要求1所述的体系，其特征在于：所述解磷菌选自非脱羧勒克菌、恶臭假单胞菌和苏云金芽孢杆菌中至少一种；
所述铁基含磷纳米材料的粒径小于等于200nm，且制备铁基含磷材料的原料中磷、铁、碳的摩尔比为1-5：10：200。


3.一种制备权利要求1或2所述铁基含磷纳米材料的方法，包括：
将磷源、碳源、铁盐和尿素混合于溶剂中进行水热反应，反应完毕离心，收集固体，再进行干燥、碳化反应，得到所述铁基含磷纳米材料。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述磷源选自磷酸二氢钾、磷酸氢二钾和磷酸二氢钠中至少一种；
所述碳源为糖类化合物，具体选自葡萄糖、蔗糖和淀粉中至少一种；
所述铁源选自无水三氯化铁、六水合三氯化铁和九水合硝酸铁中至少一种；
所述溶剂为水；所述溶剂与所述碳源的用量比为50-70mL：5.95g；
所述碳源、铁源和磷源中碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，滕泽栋，赵欣，张克瑶，袁君君，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11