一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用，属于环境材料技术领域。所述珊瑚状施氏矿物的制备是在铁氧化细菌合成施氏矿物的基础上加入聚乙烯醇，培养一段时间后，经简单过滤干燥研磨即可得到珊瑚状结构的材料。该制备方法简单、条件温和绿色、产量大、可实现大规模生产，通过活化过硫酸盐可使有机污染物

【技术实现步骤摘要】
一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用


[0001]本专利技术属于水环境污染中的高级氧化处理有机污染物以及重金属的钝化领域，涉及一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，新型的污染物不断涌入水环境体系中，传统的水处理技术已逐渐无法展现出优异的水环境治理能力。在实际污水中，例如印刷、染料、电镀废水中、有机污染物和重金属混合存在极大地提高了处理难度和成本。复杂的水体环境给污水处理带来了一定的技术障碍，因此，开发一种同时去除水中重金属和有机污染物的技术具有重要的研究意义。
[0003]基于硫酸根自由基的高级氧化工艺(Advanced Oxidation Technologies,简称AOTs)在降解有机污染物的过程中展现出很好的应用前景。由于硫酸根自由基具有较高的氧化还原电位及较长的半衰期，可将水中的有机污染物降解甚至完全矿化为二氧化碳和水。然而该技术进一步应用于复杂的实际污水中，实现同时有机污染物降解和重金属的钝化效果，仍然需要开发新颖的活化剂，实现有机污染物和重金属的同时去除。
[0004]施氏矿物(Schwertmannite, Sch) (Fe8O8(OH)
x
(SO4)
y
(1≤y≤1.75和x+2y=8))，具有独特的隧道结构，大比表面积和大量的羟基和硫酸根基团，已广泛地应用于重金属(Cr，Cu，As，Pb)修复领域。与传统的化学合成方法相比，包括水解方法和化学氧化方法，通过铁氧化细菌合成施氏矿物具有条件温和，绿色和高产等优点。生物合成的施氏矿物还具有多层子结构，更致密的官能团和酸碱缓冲能力。因此，从多种优异性能的角度来看，利用更加经济高效的方法改性生物合成的施氏矿物更加具有活化过硫酸盐的巨大潜质，具有非常大的环境意义和经济价值。该方法在生物合成施氏矿物的过程中，通过加入聚乙烯醇来改良施氏矿物的性能以制备珊瑚状施氏矿物，在活化过硫酸盐中实现了有机污染物和重金属六价铬的同时去除。因此，绿色、经济、高效的珊瑚状施氏矿物活化过硫酸盐在处理复杂的实际废水（特别是印染废水）具有巨大的环境意义和经济价值。

技术实现思路

[0005]针对以上的技术问题，本专利技术的目的是提供一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备。
[0007]本专利技术的又一目的是提供一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的应用。
[0008]一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用，包括以下步骤：（1）铁氧化细菌通过9K培养基培育并用七水合硫酸亚铁作为代谢能源在恒温振荡摇床以180
‑
200 rpm、30
‑
45 ℃下培养；在10000
‑
16000 rpm下离心10
‑
20分钟获得菌悬液；向经浓硫酸调节的pH为2的去离子水中加入75 mg/L的七水合硫酸亚铁和5
‑
10 g/L的聚乙烯醇后搅拌均匀；再加入一定量的菌悬液以引发材料的合成；在恒温振荡摇床中以180
‑
200 rpm、30
‑
45 ℃下
合成2
‑
3天；静置后的黄棕色固体颗粒，经过滤干燥研磨即可获得珊瑚状施氏矿物。
[0009]作为本专利技术的优选方式之一，所述铁氧化细菌为Acidithiobacillus ferrooxidans、Leptospirillum ferrooxidans、Leptospirillum ferriphilum的一种或多种且需在pH=2.00的9K培养基中以七水合硫酸亚铁为能源培养。
[0010]作为本专利技术的优选方式之一，所述七水合硫酸亚铁和聚乙烯醇都为分析纯化学试剂。
[0011]作为本专利技术的优选方式之一，所述pH为2的去离子水为分析纯浓硫酸配置而成。
[0012]作为本专利技术的优选方式之一，所述具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物用于有机污染物和重金属六价铬水体污染去除。
[0013]由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术所用七水合硫酸亚铁和聚乙烯醇等原料价格低廉、来源广泛、制备方法简单、生物法合成反应温和绿色、易实现大规模工业化生产；2.本专利技术制得的珊瑚状施氏矿物，活化效果好、不受体系pH的影响、对重金属具有较高的去除效果，对同时含有重金属六价铬和有机污染物的废水体系具有显著地修复效果。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例中1和2中的扫描电镜图（a和a
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1为原始生物施氏矿物的形貌，b和b
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1是珊瑚状施氏矿物的形貌）。
[0015]图2是本专利技术实施例2中的能谱分析图。
[0016]图3是本专利技术实施例3中的初始过硫酸钠浓度的影响图。
[0017]图4是本专利技术实施例3中的具有珊瑚状施氏矿物投加剂量的影响图。
[0018]图5是本专利技术实施例3中初始pH的影响图。
[0019]图6是本专利技术实施例4中珊瑚状施氏矿物在活化过硫酸盐实现有机污染物罗丹明B和重金属六价铬的同时去除图。
具体实施方式
[0020]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]实施例1本实施例的一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用，包括以下步骤：（1）将一定量的嗜酸铁氧化细菌细胞悬浮液加入到含有15 g七水合硫酸亚铁和1.5 g聚乙烯醇的200 mL pH为2.00的去离子水中；（2）在恒温振荡摇床中以200 rpm，30 ℃下培养72小时后，简单过滤、干燥研磨即可得到具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物。
[0022]进一步地，步骤（1）中所述的嗜酸铁氧化细菌是在pH=2.00的9K培养基中以硫酸亚铁为能源培养，通过200 rpm,30℃恒温振荡摇床中培养4天后，将过滤的细菌溶液以10,000 rpm离心15 min获得而来。
[0023]进一步地，步骤（1）中所述具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物是通过一定量的细胞悬浮液与15 g 七水合硫酸亚铁和1.5 g聚乙烯醇的200 mL pH为2.00的去离子中制
备，并通过200 rpm,30℃恒温振荡摇床中培养72小时后，简单过滤、干燥研磨等过程获得。
[0024]进一步地，步骤（1）中所述七水合硫酸亚铁和聚乙烯醇都为分析纯化学试剂。
[0025]进一步的，步骤（1）中所述pH为2的去离子水为分析纯浓硫酸配置而成。
[0026]实施例2本实施例用以说明本专利技术的一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的形貌表征以及能谱分析。
[0027]如图1所示，图a和图a
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1为原始的生物合成施氏矿物，图b和图b
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1为聚乙烯醇投加的珊瑚状施氏矿物。原始的生物合成施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用，其特征在于，包括步骤：（1）铁氧化细菌通过9K培养基培育并以七水合硫酸亚铁作为代谢能源；（2）在恒温振荡摇床中培育3
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5天后，经过滤离心获得菌液；（3）向pH为2的去离子水中加入75 g/L的七水合硫酸亚铁和5
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10 g/L的聚乙烯醇后搅拌均匀；再加入一定量的菌悬液以引发材料的合成；在恒温振荡摇床中合成2
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3天；（4）静置后的黄棕色固体颗粒，经过滤干燥研磨即可获得珊瑚状施氏矿物。2.根据权利要求1所述的一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用，其特征在于，所述的步骤（1）中的嗜酸铁氧化细菌为Acidithiobacillus ferrooxidans、Leptospirillum ferrooxidans、Leptospirillum ferriphilum中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种具有活化和钝化功能的珊瑚状施氏矿物的制备及应用，其特征在于，所述的步骤（2）中的嗜酸铁氧化细菌在恒温振荡摇床以180
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200 rpm、30
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45 ℃下培养；在10...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘敏，顾春尧，朱建裕，陈耀宗，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：