一种生物型硫化零价铁材料及其制备方法和应用技术

一种生物型硫化零价铁材料及其制备方法和应用，属于重金属污染修复技术领域。本发明专利技术利用模板材料，将生物还原法与化学还原法相结合，在硫酸盐还原菌与还原剂联合作用下合成硫化零价铁材料。此外，在合成过程中，模板材料表面和孔隙中负载硫酸盐还原菌及其代谢产物，从而使材料增加多种活性基团，增强材料对金属离子的吸附效果。该方法制备的硫化零价铁材料较直接化学法合成的材料具有更好的电子传递性能，吸附性能及分散性能。本发明专利技术采用的原材料均属环境友好型，材料制备过程简单，成本低，吸附效率高，且能同时修复土壤和水体中重金属。且能同时修复土壤和水体中重金属。且能同时修复土壤和水体中重金属。

【技术实现步骤摘要】
一种生物型硫化零价铁材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于重金属污染修复
，具体涉及一种生物型硫化零价铁材料及其制备方法与其在重金属污染土壤和水体中的应用。

技术介绍

[0002]随着工业化和城市化进程的加快，土壤中铬(Cr)、砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pb)、硒(Se)、锌(Zn)、镍(Ni)等重金属的污染日益严重。重金属因其不可生物降解性、高毒性、持久性、并可能通过食物链不断地在生物体内累积，成为人类和环境健康的主要威胁。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，从而导致人类各种疾病，包括心血管疾病、癌症、慢性贫血以及肾脏、神经系统、大脑、皮肤和骨骼的损伤。例如，镉会导致高血压，引起心脑血管疾病，破坏骨骼和肝肾，并引起肾衰竭；铅是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下。因此，修复重金属污染土壤，恢复土壤功能，对农业可持续发展和环境质量改善具有重要意义。
[0003]重金属污染场地修复通常分为化学法、物理法和生物法，修复技术主要包括自然净化、土壤清洗，客土、热解吸、玻璃化、电动提取、固化/稳定化和生物修复等。近年来，由于铁基材料(如针铁矿、赤铁矿、非晶形Fe(FeOOH)、磁铁矿、零价铁)具有易于生产、成本低、生态友好和低维护等特性，已被广泛应用于土壤重金属污染修复。其中，零价铁(ZVI)具有比表面积大、反应活性高、中间产物少、环境友好等优势而受到广泛关注。然而，ZVI容易团聚和钝化，导致迁移率和反应活性降低，从而限制了零价铁技术的规模化应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种生物型硫化零价铁材料及其制备方法与其在重金属污染土壤和水体中的应用。本专利技术以模板材料制备硫化零价铁材料，使ZVI不易团聚和钝化，分散性好，增强了对重金属离子的吸附效果。
[0005]本专利技术提供了一种生物型硫化零价铁材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将模板材料加入硫酸盐还原菌培养基中，进行厌氧灭菌，得到灭菌培养液；
[0007]将所述灭菌培养液和亚铁盐混合后，接种硫酸盐还原菌，在无氧环境下进行微生物还原，得到微生物还原物；
[0008]在惰性气体氛围下，将所述微生物还原物与还原剂混合进行化学还原反应，得到所述生物型硫化零价铁材料。
[0009]优选地，所述硫酸盐还原菌培养基包括以下浓度的组分：KH2PO40.5
±
0.05g/L，NH4Cl 1
±
0.05g/L，CaSO4·
2H2O 1
±
0.05g/L，MgSO
42±
0.1g/L，柠檬酸钠5
±
0.1g/L，乳酸钠3.5
±
0.1g/L，酵母提取物1
±
0.05g/L。
[0010]优选地，所述模板材料包括高岭土、滑石粉和白炭黑中的一种或多种。
[0011]优选地，所述模板材料在硫酸盐还原菌培养基中投加的液固比为100:0.5～3。
[0012]优选地，所述亚铁盐为FeSO4·
7H2O和/或Fe(NH4)2·
(SO4)2·
6H2O。
[0013]优选地，所述灭菌培养液和亚铁盐混合后所得混合液中Fe
2+
的浓度为0.14～0.5g/L。
[0014]优选地，所述硫酸盐还原菌在灭菌培养液中的接种量不低于1.0
×
107CFU/mL。
[0015]优选地，所述还原剂为硼氢化物。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备的生物型硫化零价铁材料，所述生物型硫化零价铁材料的孔径为20～60nm，比表面积为150～400m2/g，孔隙率为40％～60％。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述生物型硫化零价铁材料是在修复重金属污染土壤和水体中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种生物型硫化零价铁材料的制备方法，包括以下步骤：将模板材料加入硫酸盐还原菌培养基中，进行厌氧灭菌，得到灭菌培养液；将所述灭菌培养液和亚铁盐混合后，接种硫酸盐还原菌，在无氧环境下进行微生物还原，得到微生物还原物；在惰性气体氛围下，将所述微生物还原物与还原剂混合进行化学还原反应，得到所述生物型硫化零价铁材料。
[0019]本专利技术采用模板材料，将微生物还原法与化学还原法相结合，在硫酸盐还原菌与还原剂联合作用下合成硫化零价铁材料，模板材料比表面积大、具有良好的分散性及化学稳定性，通过微生物介导将生物还原形成的铁和硫元素以及硫酸盐还原菌和其代谢产物均匀的分散在模板材料上，可有效防止团聚现象的发生，从而提高了吸附效率，达到持久修复重金属污染的效果；在制备过程中，模板材料的表面和孔隙中负载硫酸盐还原菌及其代谢产物，硫酸盐还原菌繁殖过程中能够产生氨基酸、核苷酸、多糖、脂类等胞外物质，从而使材料增加多种活性基团，达到络合和沉淀重金属离子的效果，增强材料对重金属离子的吸附效果。本专利技术的方法制备的硫化零价铁材料分散性强，界面活性高，可用于修复Pb、Cu、Zn和Cd单一或复合污染的土壤及水体。
[0020]进一步地，本专利技术中模板材料包括高岭土、滑石粉和白炭黑中的一种或多种，高岭土、滑石粉和白炭黑均为廉价易得的天然矿物，原料易得，生产成本低。
[0021]本专利技术提供的生物型硫化铁材料，孔径为20～60nm，比表面积为150～400m2/g，空隙率为40％～60％，该材料同时具备硫酸盐还原菌和硫化零价铁材料的修复性能，通过吸附作用、还原作用、络合作用以及生成硫化物沉淀作用去除重金属。本专利技术提供的材料不仅适用于重金属Pb、Cu、Zn和Cd单一或复合污染的土壤修复，且适用于重金属Pb、Cu、Zn和Cd单一或复合污染的的废水净化。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1制备生物型硫化零价铁材料的工艺流程示意图；
[0023]图2为实施例1制得的生物型硫化零价铁材料的扫描电镜(SEM)谱图；
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种生物型硫化零价铁材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]将模板材料加入硫酸盐还原菌培养基中，进行厌氧灭菌，得到灭菌培养液；
[0026]将所述灭菌培养液和亚铁盐混合后，接种硫酸盐还原菌，在无氧环境下进行微生物还原，得到微生物还原物；
[0027]在惰性气体氛围下，将所述微生物还原物与还原剂混合进行化学还原反应，得到所述生物型硫化零价铁材料。
[0028]本专利技术将模板材料加入硫酸盐还原菌培养基中，进行厌氧灭菌，得到灭菌培养液。
[0029]在本专利技术中，所述模板材料优选包括高岭土、滑石粉和白炭黑中的一种或多种，当所述模板材料优选为混合物时，本专利技术对所述混合物中各物质的用量比没有特殊的限定，采用任意质量比的混合物均可，本专利技术中模板材料廉价本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物型硫化零价铁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将模板材料加入硫酸盐还原菌培养基中，进行厌氧灭菌，得到灭菌培养液；将所述灭菌培养液和亚铁盐混合后，接种硫酸盐还原菌，在无氧环境下进行微生物还原，得到微生物还原物；在惰性气体氛围下，将所述微生物还原物与还原剂混合进行化学还原反应，得到所述生物型硫化零价铁材料。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述硫酸盐还原菌培养基包括以下浓度的组分：KH2PO40.5
±
0.05g/L，NH4Cl 1
±
0.05g/L，CaSO4·
2H2O 1
±
0.05g/L，MgSO
42±
0.1g/L，柠檬酸钠5
±
0.1g/L，乳酸钠3.5
±
0.1g/L，酵母提取物1
±
0.05g/L。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述模板材料包括高岭土、滑石粉和白炭黑中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骞，许瑞，陈许玲，南小龙，姜涛，杨永斌，金胜明，尹华群，蒋国清，姜必广，徐斌，王丽敏，尹哲，董斯宇，韩雨琪，
申请(专利权)人：湖南省核工业地质局三O六大队，
类型：发明
国别省市：