一种生物型铁锰复合材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物型铁锰复合材料的制备方法：将载体材料与铁氧化细菌加入到9K培养基中培养，得到含生物源铁离子的培养液；将锰氧化细菌接种到LB培养基中培养，得到含生物源锰离子的培养液；将含生物源铁离子的培养液和含生物源锰离子的培养液混合均匀；向混合均匀的培养液中滴加氨水并连续搅拌，待反应完全后过滤，反复洗涤过滤物，最后将洗涤后的过滤物进行焙烧处理，冷却，得到生物型铁锰复合材料。本发明专利技术还提供一种该生物型铁锰复合材料在修复重金属污染土壤和水体中的应用，其中，所述重金属包括砷、锑和铬中的一种或几种。本发明专利技术利用生物源铁、锰具有更高的氧化反应活性，从而提高材料对重金属的修复效率。从而提高材料对重金属的修复效率。从而提高材料对重金属的修复效率。

【技术实现步骤摘要】
一种生物型铁锰复合材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于重金属污染处理领域，尤其涉及一种生物型铁锰复合材料及制备方法和其在重金属污染水体和土壤中的应用。

技术介绍

[0002]采矿、金属冶炼、油漆制造、电镀等人为活动都会向环境中排放了大量含重金属的废弃物。其中，锑(Sb)、砷(As)和铬(Cr)等是具有代表性的有毒重/类金属，它们不易降解，容易在食物链中生物累积，造成潜在的危害，这严重威胁人类健康和生态环境的安全。因此，重金属污染土壤治理已成为一个普遍而紧迫的环境问题，且寻求高效、经济的修复技术对环境可持续发展至关重要。
[0003]与其他修复技术相比，原位稳定化是修复重/类金属污染土壤的一种较为温和且简单廉价的技术，主要是通过吸附、络合和共沉淀等降低金属迁移率和生物利用度。近年来，利用金属氧化物稳定重金属引起了人们的广泛关注。例如，铁氢/氧化物具有较大的比表面积和丰富的羟基，对锑和砷表现出较高的亲和力和选择性，但由于亚砷酸盐和亚锑酸盐在水溶液中的不同化学行为导致铁/氢氧化物对Sb(III)和As(III)的吸附效率较低；Cr(VI)被磁铁矿表面Fe(II)还原，Cr(III)会与羟基之间形成内层配合物。Fe
‑
Mn氢/氧化物在自然界中广泛存在，因其比表面积较大，且可以进行氧化还原反应和含氧金属阴离子交换，通常表现出比单一金属氧化物更高的吸附能力。
[0004]然而，大多铁锰复合材料由化学法合成，存在操作成本高、残留废物量大、要求严格的实验条件(即pH值、温度和压力)等不足，而且金属材料通常用量大、稳定性差、易团聚、且存在无法同步稳定多金属等缺点，严重限制了其在重金属污染修复过程中的使用；而天然铁锰矿物活性吸附位点少，稳定效率较低。生物源铁矿物与化学源铁矿物相比具有不同的吸附反应性，如公开号为CN112342029A的专利文献提供了一种生物型铁基材料，专利技术人在研究过程中发现在锑砷污染土壤中通常伴随铬，虽然该材料可以稳定砷和锑，但无法同步稳定重金属铬。公开号为CN109570220A中提供了一种好氧/微好氧条件下细菌诱导活性铁锰氧化物修复砷污染土壤的方法，该方法选取恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida strain MnB1，ATCC23483)诱导产生含锰絮状产物，而后将代谢产物加入到砷污染土壤中，在细菌代谢产物的作用下，将土壤中可交换态的砷转化为残渣态的砷，降低砷在土壤中的迁移和生物有效性，但是该方法主要是采用细菌
‑
铁锰氧化物的混合代谢产物稳定土壤中的有效态砷，对于污染成份复杂，且重金属浓度超出微生物耐受限度的土壤可能不适用，此外，该方法对土壤环境要求较高(温度，溶解氧，pH等)。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种生物型铁锰复合材料及制备方法和其在重金属污染水体和土壤中的应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种生物型铁锰复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将载体材料与铁氧化细菌加入到9K培养基中培养，得到含生物源铁离子的培养液；
[0009]将锰氧化细菌接种到LB培养基中培养，得到含生物源锰离子的培养液；
[0010](2)将所述含生物源铁离子的培养液和所述含生物源锰离子的培养液混合均匀；
[0011](3)向步骤(2)混合均匀的培养液中滴加氨水并连续搅拌，待反应完全后过滤，反复洗涤过滤物，最后将洗涤后的过滤物进行焙烧处理，冷却，得到所述生物型铁锰复合材料。
[0012]上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，混合后的培养液中Fe与Mn的摩尔质量比为1:0.05～0.5。
[0013]上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述9K培养基的组分为：(NH4)2SO
4 3.0
±
0.2g/L、MgSO4·
7H2O 0.5
±
0.05g/L、K2HPO
4 0.5
±
0.05g/L、KCl 0.1
±
0.01g/L、Ca(NO3)
2 0.01
±
0.01g/L、Fe(SO4)
·
7H2O 44.7
±
0.5g/L，pH为1.8～2.0；所述LB培养基的组分为：酵母提取物5
±
0.5g/L、胰蛋白胨10
±
0.5g/L、NaCl 10
±
0.5g/L、MnSO4·
H2O 1.69
±
0.2g/L，pH为6.5～7.5。
[0014]上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，培养铁氧化细菌的条件为：培养温度为28～42℃，摇床转速为120～180r/min，培养时间为36～72h；培养锰氧化细菌的条件为：培养温度为25～35℃，摇床转速为120～180r/min，培养时间为5～7d。
[0015]上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述载体材料包括高岭土、累托石粘土、凹凸棒土、海泡石、埃洛石和白炭黑中的一种或多种；所述载体材料在9K培养基中的加入量为5～20g/L。
[0016]上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述铁氧化细菌选择嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)或氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillums ferrooxidans)；所述锰氧化细菌选择恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)或蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)；所述铁、锰氧化菌的接种量为5％～20％。
[0017]上述的制备方法，优选的，步骤(3)中，所述氨水的摩尔浓度为5～10％，所述氨水的滴加速度为1～4mL/min，所述搅拌转速为300～500r/min，搅拌反应时间为2h～4h。
[0018]上述的制备方法，优选的，步骤(3)中，所述焙烧在空气气氛中进行，所述煅烧的温度为400～600℃，所述焙烧时间为45min～90min。
[0019]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述制备方法制备获得的生物型铁锰复合材料，所述生物型铁锰复合材料的孔径为5～20nm，比表面积为150～250m2/g，总孔体积为0.1～0.5cm3/g。
[0020]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述制备方法制备获得的生物型铁锰复合材料在修复重金属污染土壤和水体中的应用，其中，所述重金属包括砷、锑和铬中的一种或几种。
[0021]本专利技术采用廉价易得和稳定性良好的天然矿物为载体，并负载铁氧化菌和锰氧化菌氧化形成的铁、锰离子制备活性较高的生物型铁锰二元复合材料，具有多方面的优势：其一，含氧阴离子As、Sb和Cr可以与铁锰氧化物表面羟基形成稳定的内层配合物；其二，矿物载体材料的加入可以有效防止铁锰氧化物的团聚；其三，铁氧化菌生长过程中会浸出天然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物型铁锰复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将载体材料与铁氧化细菌加入到9K培养基中培养，得到含生物源铁离子的培养液；将锰氧化细菌接种到LB培养基中培养，得到含生物源锰离子的培养液；(2)将所述含生物源铁离子的培养液和所述含生物源锰离子的培养液混合均匀；(3)向步骤(2)混合均匀的培养液中滴加氨水并连续搅拌，待反应完全后过滤，反复洗涤过滤物，最后将洗涤后的过滤物进行焙烧处理，冷却，得到所述生物型铁锰复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，混合后的培养液中Fe与Mn的摩尔比为1:0.05～0.5。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述9K培养基的组分为：(NH4)2SO43.0
±
0.2g/L、MgSO4·
7H2O 0.5
±
0.05g/L、K2HPO40.5
±
0.05g/L、KCl 0.1
±
0.01g/L、Ca(NO3)20.01
±
0.01g/L、Fe(SO4)
·
7H2O 44.7
±
0.5g/L，pH为1.8～2.0；所述LB培养基的组分为：酵母提取物5
±
0.5g/L、胰蛋白胨10
±
0.5g/L、NaCl 10
±
0.5g/L、MnSO4·
H2O 1.69
±
0.2g/L，pH为6.5～7.5。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，培养铁氧化细菌的条件为：培养温度为28～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骞，许瑞，马永和，杨永斌，徐斌，尹哲，南小龙，蒋国清，姜涛，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：