一种FeS制造技术

本发明专利技术公开了一种FeS

【技术实现步骤摘要】
一种FeS
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电极及制备方法、FeS
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协同微生物矿化固定Cr(VI)的装置及方法


[0001]本专利技术属于危险废物无害化
，具体涉及一种FeS
x
电极及制备方法、FeS
x
协同微生物矿化固定Cr(VI)的装置及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着工矿业的迅速发展，环境中重金属的污染已日益严重。其中，铬和铬盐作为重要的化工原料，主要用于化工、冶金、制革和电镀等行业，且这些工业部门分布点多而广，在上述行业的生产过程中导致了大量含铬废水、废渣的产生。在环境中，铬主要有Cr(
Ⅵ
)和Cr(Ⅲ)两种存在形式。 Cr(
Ⅵ
)剧毒且致癌，在环境介质中具有很高的迁移性，极易随水淋溶迁移。明确将Cr(
Ⅵ
)列为亟需治理的5种重金属之一。因此，Cr(
Ⅵ
)治理已成为我国环境领域关注的焦点问题。
[0003]目前，国内外对于含铬废水和废渣综合处理处置已有大量的研究报道，通常主要通过物理、化学和生物的方法将剧毒且溶解性较高的Cr(
Ⅵ
)还原为微毒且溶解性较低的Cr(Ⅲ)后固定下来，且对铬渣处理后的产物进行堆存或填埋。然而，长期堆存或填埋到土壤中的铬渣处理后的产物及土壤中广泛存在的稳定相的含铬矿物(最为常见的是铬铁矿
‑
Fe[Cr2O4])，因人类活动中的人为因素或环境中大量存在的强氧化性物质，在环境长期氧化条件下都容易被氧化活化成Cr(r/>Ⅵ
)，对土壤环境造成污染。那么，针对土壤中剧毒且迁移性很高的Cr(
Ⅵ
)如何使其回归到稳定的矿物相，成为世界范围内的科学难题，并且在相关方面的研究非常缺失。因此，迫切需求一种可以有效还原土壤中 Cr(
Ⅵ
)，且能同步实现Cr(Ⅲ)矿化固定的方法。
[0004]因土壤环境中广泛存在着各种土著微生物，采用微生物还原法，利用其对 Cr(
Ⅵ
)的还原性，且微生物还原Cr(
Ⅵ
)产生Cr(Ⅲ)同环境中或外加离子等物质进一步进行矿化转化，形成难溶、稳定的杂化晶体形态的矿物，实现对土壤环境介质中铬的固定，且有效地避免了稳定相固态含铬矿物被重新释放到环境中。相关方面的研究，自从Romanenko和Koren
’
Ken首次报道利用微生物可将Cr(
Ⅵ
)还原为Cr(Ⅲ)后，紧跟着国内外就有许多关于微生物对Cr(VI)还原的研究报道。其中，绝大多数菌株是在厌氧条件下，以乙酸盐、葡萄糖、腐殖酸等外源有机物作为电子供体，Cr(
Ⅵ
)为呼吸链中最终的电子受体，利用细菌中特定的代谢途径将Cr(
Ⅵ
)还原为Cr(Ⅲ)，如芽孢杆菌(Bacillus sp.)等。然而，微生物还原铬过程中，总是需要添加外源碳源作为电子供体。微生物通过接收电子供体获得能量，增强自身的活性，并将电子最终传输到电子受体，进而提高Cr(VI)还原效率，但未消耗完的带
‑
COOH和
‑
NH2可溶性的外源有机物和细菌表面固定Cr(III)的官能团起到了竞争性配位效应，导致了大量还原后的Cr(III)以可溶性有机铬[organo
‑
Cr(III)]形式存在。在后续的研究中，Hai
‑
Kun Zhang等人通过外加醌类物质的电子供体，可以加速六价铬的还原速率，提高Cr(III)的固定化效率。但其还原产物并没有成矿，并且可能是通过被疏水性的脂类包裹，从而脱离水体。并且，Kim等人提出了使用希瓦氏菌(S.oneidensis MR
‑
1)细菌还原Cr(VI)时，通过外
加Te(IV)，虽然可以促使还原后的Cr(III)在细菌的表面形成无定形的Cr(III)
‑
Te(IV)纳米粒子，但其过程依然受限于外源电子供体(主要是有机物)的供给。电子供体受限于外源有机物严重地影响了微生物处理Cr(VI)方面的应用。

技术实现思路

[0005]生物电化学系统(Bioelectrochemicalsystem,BES)三电极装置的阳极能够通过微生物氧化底物释放电子并将电子直接传递给电极，然后电子通过闭合外电路传递到生物阴极，进而被阴极电子受体接受，从而将阴极重金属离子还原。利用生物阴极提供的电子，间接促进重金属离子的还原。利用BES三电极技术可为微生物对重金属Cr(VI)的处理中提供清洁电子供体，实现异位的电子补偿，强化了Cr(VI)的去除，也为Cr(III)的有效固定及进一步矿化的提供了一种新的解决方法。
[0006]本专利技术提供了一种在碳布上原位可控地制备纳米FeS
x
的方法。
[0007]本专利技术利用BES三电极技术，提供一种在FeS
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电极上构建三维杂化复合生物电极(3DFeS
x
/S.oneidensisMR
‑
1/CC)的方法。
[0008]本专利技术针对微生物处理Cr(VI)中所存在的铬的固定和矿化难的问题，利用BES三电极技术提供的清洁的电子供体，使用
技术实现思路
2所制备的复合生物膜电极，建立一种微生物基于外源电子还原Cr(VI)成矿的方法。
[0009]本专利技术基于FeS
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可以介导微生物胞外电子的双向传输的原理，首先，通过水热的方法，优化反应物浓度、反应溶剂的比例，最终在碳布上原位可控地合成了不同物相的FeS
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；利用BES三电极装置，构建成由FeS
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和S.oneidensisMR
‑
1组成的3DFeS
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/S.oneidensisMR
‑
1/CC；仅有S.oneidensisMR
‑
1时，称为3DS.oneidensisMR
‑
1/CC，并对其驯化；进一步将3DFeS
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/S.oneidensisMR
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1/CC和3DS.oneidensisMR
‑
1/CC电极发生反转，从向电极输送电子，变成从电极吸收电子，使之具有双向电子传输的电活性电极生物膜；并将吸收的电子传递给胞外变价Cr(VI)电子受体，建立一种微生物基于外源电子还原Cr(VI)成矿过程的系统；电子介导下，在微生物对Cr(VI)还原的同时，利用FeS2对Cr(VI)还原的协同作用，实现对Cr(VI)还原，并强化对还原产物Cr(III)的有效固定和进一步矿化。
[0010]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0011]一种FeS
x
电极的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将六水三氯化铁和硫脲溶于水和乙醇的混合液中，然后加入碳布，搅拌；140～160℃水热反应3
‑
6，得到亚稳定相的FeS
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FeS
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电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将六水三氯化铁和硫脲溶于水和乙醇的混合液中，然后加入碳布，搅拌；140～160℃水热反应3
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6h，得到亚稳定相的FeS
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；(2)将步骤(1)所述亚稳定相的FeS
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洗涤、真空干燥；然后惰性气氛中，400～600℃热处理2
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4h，得到FeS
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电极。2.根据权利要求1所述FeS
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电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述六水三氯化铁和硫脲的摩尔比为4
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7:5
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10；所述水和乙醇的体积比为1:5
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6；所述碳布的尺寸为2～4
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4～6cm；所述搅拌的时间为30～60min。3.根据权利要求1所述FeS
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电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述惰性气氛为氩气；所述洗涤为用无水乙醇洗涤；所述真空干燥的温度为40～60℃，真空干燥的时间为8
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12h。4.权利要求1
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3任一项所述制备方法制备的FeS
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电极，其特征在于，所述X取值为1～2。5.一种FeS
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协同微生物矿化固定Cr(VI)的装置，其特征在于，包括三电极体系、质子交换膜、I室、II室；所述的三电极体系包括工作电极、对电极及参比电极；所述I室和II室通过质子交换膜隔开；所述工作电极和参比电极置于I室，所述对电极置于II室；所述工作电极为权利要求4所述FeS
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电极和希瓦氏菌制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽娟，林璋，宿新泰，刘天宝，李玮佳，贾博宇，万娟娟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：