一种生物源铁锰氧化物催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及水体中有机污染物的氧化处理技术，公开了一种生物源铁锰氧化物催化剂的制备方法及其应用。所述生物源铁锰氧化物催化剂具有独特的核壳结构，所述核壳结构包括含有铁锰氧化物的内核以及包覆在所述内核部分或全部表面的生物炭外壳，其中，所述内核与所述生物炭外壳的重量比为5

【技术实现步骤摘要】
一种生物源铁锰氧化物催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及环境污染物的高级氧化处理技术，具体地，涉及一种生物源铁锰氧化物催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]苯酚作为一种重要的工业原料，被广泛应用于石化、造纸、印染、医药等行业。但酚类化学物具有很强的毒性和生物累积性，即使在较低浓度下仍然对生态环境和人类健康造成严重威胁。近年来，随着工业的飞速发展，含酚废水的排放量越来越大，所带来的潜在风险也越来越高。根据国家的要求和社会发展的趋势，必须采取高效的措施，严格控制含酚废水的排放，降低环境中苯酚的浓度。因此寻找一种高效快速的处理手段，是目前含酚废水迫切需要解决的问题。
[0003]过硫酸盐具有较强的氧化性，可产生高活性的自由基来加速酚类化合物的断键与降解。然而未经活化的过硫酸盐与普通的污染物反应活性较低，必须添加相应的催化剂才能高效发挥作用。但传统的化学催化剂多采用金属材料，其合成条件较为严苛、合成步骤也比较复杂、且成本较高，难以大规模使用。
[0004]相较与化学合成法，生物合成法是利用微生物自身的代谢活动将环境中的有力金属离子转化为具有催化性能的金属氧化物，具有成本低、操作简便、环保无污染的特点，是一种潜在的具有极大应用潜力高级氧化催化制备替代方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种生物源铁锰氧化物催化剂的其制备方法和应用，该催化剂材料能够高效催化过硫酸盐氧化降解废水中苯酚等有机污染物，且成本低、环境友好，制备工艺简单，具有广泛的应用潜力。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种生物源铁锰氧化物催化剂，所述生物源铁锰氧化物催化剂具有核壳结构，所述核壳结构包括含有铁锰氧化物的内核以及包覆在所述内核部分或全部表面的生物炭外壳，其中，所述内核与所述生物炭外壳的重量比为5
‑
9:1。
[0007]优选地，所述内核中的铁锰氧化物含有零价铁、氧化亚铁和氧化锰；
[0008]所述生物炭外壳为有机质生物炭外壳。
[0009]本专利技术第二方面提供一种生物源铁锰氧化物催化剂的制备方法，该方法包括：在氮气条件下，将铁锰氧化细菌的菌体及其代谢产物进行煅烧，形成具有核壳结构的材料，所述核壳结构包括含有铁锰氧化物的内核以及包覆在所述内核部分或全部表面的生物炭外壳。
[0010]优选地，所述铁锰氧化细菌的菌体及其代谢产物的制备过程包括以下步骤：
[0011](1)将矿山废水经富集培养、分离纯化后获得铁锰氧化细菌Sphingobium sp.QBS
‑
P4；
[0012](2)将所述铁锰氧化细菌Sphingobium sp.QBS
‑
P4进行种子培养得到种子液，将所述种子液接种至发酵培养基中进行发酵培养得到发酵液，将所述发酵液进行固液分离得到菌体沉淀，将所述菌体沉淀进行干燥I。
[0013]优选地，步骤(2)中所述接种的过程包括：将所述种子液以5
‑
15％(v/v)的接种量接种于所述发酵培养基中。
[0014]优选地，步骤(2)中所述发酵培养基含有：蛋白胨0.2
‑
0.8g/L、葡萄糖0.1
‑
0.5g/L、酵母浸出粉0.1
‑
0.3g/L、MnSO4·
H2O 0.1
‑
0.3g/L、K2HPO40.05
‑
0.2g/L、MgSO4·
7H2O 0.1
‑
0.3g/L、NaNO
3 0.1
‑
0.3g/L、CaCl
2 0.05
‑
0.2g/L、(NH4)2CO
3 0.05
‑
0.2g/L、柠檬酸铁铵0.5
‑
1.2g/L。
[0015]优选地，步骤(2)中所述发酵培养一般采用振荡培养。
[0016]优选地，所述发酵培养的条件至少包括：温度为28
‑
30℃，转速为100
‑
150rpm，时间为8
‑
12天。
[0017]优选地，步骤(2)中所述固液分离的条件至少包括：离心转速为8000
‑
10000rpm，时间为5
‑
8min。
[0018]优选地，所述干燥I的条件至少包括：温度为
‑
55至
‑
40℃，时间为40
‑
48h。
[0019]优选地，步骤(2)还包括：将所述干燥I后的菌体沉淀取出，转移至研钵中研磨20
‑
30min，过50
‑
100目筛，得到菌体粉末。
[0020]优选地，所述煅烧的条件至少包括：升温速率为3
‑
8℃/min，温度为750
‑
850℃，时间为0.5
‑
2h。
[0021]优选地，该方法还包括：将所述煅烧得到的固体进行润洗、干燥II。
[0022]优选地，所述润洗的清洗剂采用酸液，更优选为浓度为0.05
‑
0.15mol/L的HCl溶液。
[0023]优选地，所述干燥II的条件至少包括：温度为45
‑
55℃，时间为20
‑
30h。
[0024]本专利技术第三方面提供前述的生物源铁锰氧化物催化剂和/或前述的制备方法制得的生物源铁锰氧化物催化剂在催化过硫酸盐降解有机污染物中的应用；所述有机污染物优选为苯酚。
[0025]通过上述技术方案，本专利技术的有益效果为：
[0026]相较于化学合成的铁锰氧化物，本专利技术提供的生物源铁锰氧化物催化剂利用铁锰氧化细菌菌体及其代谢产物经煅烧获得，其制备工艺简单，成本低、环境友好。此外，该生物源铁锰氧化物催化剂具有典型的核壳结构，其特征在于：含有铁锰氧化物的内核以及包覆在所述内核部分或全部表面的生物炭外壳；这种核壳结构可有效防止催化反应过程中所出现的金属溶出问题，大大延长了催化材料的循环使用寿命。
[0027]相较与化学铁锰氧化物，本专利技术中经高温煅烧而获得生物源铁锰氧化物催化剂催化过硫酸盐降解苯酚的效率也得到了大幅提升，表现出较高的催化性能。
[0028]除此之外，该生物源铁锰氧化物催化剂经氮气煅烧后还表现出较强的磁性，其磁性特征使得该催化剂材料的重复回收利用极为方便，也提升了该催化剂材料处理复杂水体的能力。
[0029]综上所述，与化学铁锰氧化物的相比，生物源性铁锰氧化物催化剂不仅制备工艺简单，成本低、环境友好，而且催化效率高、对复杂水体的适应性强、便于回收，具有更为广
泛的应用潜力。
附图说明
[0030]图1是实施例1中生物源铁锰氧化物催化剂的扫描电镜图；
[0031]图2是实施例1中生物源铁锰氧化物催化剂的透射电镜图，其中，(A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物源铁锰氧化物催化剂，其特征在于，所述生物源铁锰氧化物催化剂具有核壳结构，所述核壳结构包括含有铁锰氧化物的内核以及包覆在所述内核部分或全部表面的生物炭外壳，其中，所述内核与所述生物炭外壳的重量比为5
‑
9:1。2.根据权利要求1所述的生物源铁锰氧化物催化剂，其特征在于，所述内核中的铁锰氧化物含有零价铁、氧化亚铁和氧化锰；所述生物炭外壳为有机质生物炭外壳。3.一种生物源铁锰氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：在氮气条件下，将铁锰氧化细菌的菌体及其代谢产物进行煅烧，形成具有核壳结构的材料，所述核壳结构包括含有铁锰氧化物的内核以及包覆在所述内核部分或全部表面的生物炭外壳。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁锰氧化细菌的菌体及其代谢产物的制备过程包括以下步骤：(1)将矿山废水经富集培养、分离纯化后获得铁锰氧化细菌Sphingobium sp.QBS
‑
P4；(2)将所述铁锰氧化细菌Sphingobium sp.QBS
‑
P4进行种子培养得到种子液，将所述种子液接种至发酵培养基中进行发酵培养得到发酵液，将所述发酵液进行固液分离得到菌体沉淀，将所述菌体沉淀进行干燥I。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述接种的过程包括：将所述种子液以5
‑
15％(v/v)的接种量接种于所述发酵培养基中。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述发酵培养基含有：蛋白胨0.2
‑
0.8g/L、葡萄糖0.1
‑
0.5g/L、酵母浸出粉0.1
‑
0.3g/L、MnSO4·
H2O 0.1
‑
0.3g/L、K2HPO
4 0.05
‑
0.2g/L、MgSO4·
7H2O 0.1
‑
0.3g/L、NaNO
3 0.1

【专利技术属性】
技术研发人员：侯冬梅，吉瑞麟，张兰，邹建平，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：