一种生物杂化膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物杂化膜及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种生物杂化膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境材料领域，具体涉及一种生物杂化膜及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]自然水体
、
土壤以及空气中日益突出的重金属污染对生态环境和经济社会发展构成严重威胁
。
重金属在环境介质中不会被降解，经过食物链传递和层层积累富集，对人类健康造成危害，因此，从环境中去除重金属污染具有迫切性
。
[0003]目前水体中重金属离子（包括
Cu
2+
）的去除主要方法有化学沉淀法
、
离子交换法
、
吸附法和生物法
。
其中，生物法（特别是微生物法）具有成本低
、
工艺简单
、
绿色安全无二次污染
、
去除效率高等优点
。
细菌对水体中的
Cu
2+
去除主要有吸附
、
沉淀和还原等机制
。
细菌在富含有机物（电子供体）的水体中，通过生物氧化有机底物产生胞内还原力将
Cu
2+
还原为单质铜沉淀被认为是同时实现水体中
Cu
2+
彻底去除和资源回收的可行技术
。
[0004]然而，在自然水体或者某些化工行业污废水中，有机物的含量很低甚至缺乏以致无法供给细菌代谢，从而限制了
Cu
2+
的还原性去除
。
人工额外添加有机物是当前解决电子供体不足的常用技术，但它容易导致水体富营养化等二次污染问题，可见该技术存在一定的缺陷
。
因此，急需开发为细菌还原去除铜离子提供电子供体的可行替代技术
。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种可用于电还原去除水体中
Cu
2+
的生物杂化膜的制备方法，以及利用所述的用于电还原去除水中铜离子的生物杂化膜在去除水体中铜离子污染的应用
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的目的之一是提供一种用于电还原去除水中铜离子的生物杂化膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）将希瓦氏菌接入培养基，在适当条件下培养
12 h
，离心收集菌体后，菌体重悬分散于缓冲液中，将菌体密度控制在预设范围；（2）搭建三电极体系生物电化学装置，先向装置中加入菌体重悬液，再向装置中加入
FeCl3溶液和氧化石墨烯溶液，经过通氮除氧后在加塞封闭反应容器前加入无菌
Na2S2O3溶液，使用电化学工作站控制，在工作电极上施加预设电压
24 h
即可得生物杂化膜；所述在工作电极上施加的电压为负电压
。
[0007]优选地，所述希瓦氏菌为
Shewanella oneidensisMR
‑
1。
[0008]优选地，所述菌体密度为
OD
600nm
值达到
0.1
‑
0.5。
[0009]优选地，所述除氧操作为往容器内通入氮气以除去溶解氧
。
[0010]优选地，容器在生物杂化膜的合成过程中保持厌氧状态
。
[0011]优选地，所述三电极体系由参比电极
、
工作电极和对电极组成
。
[0012]优选地，所述三电极体系的参比电极采用饱和甘汞电极，所述对电极采用铂丝电
极，而所述工作电极则采用钛丝连接的碳毡
。
[0013]优选地，所述步骤（2）中加入的
FeCl3溶液浓度为
1 mM
，氧化石墨烯浓度为
50 mg/L
，
Na2S2O3溶液浓度为
2 mM。
[0014]优选地，所述在工作电极上施加的电压为
‑
0.6 V。
[0015]综上，本专利技术提出了一种生物杂化膜的制备方法，所述用于电还原去除水中铜离子的生物杂化膜的技术构思是：向由参比电极
、
工作电极和对电极构成的三电极体系电化学装置中加入希瓦氏菌，再向装置中加入
FeCl3溶液和氧化石墨烯溶液以及
Na2S2O3溶液，在除氧条件下希瓦氏菌利用施加负电压的工作电极提供的电子进行还原作用将
FeCl3中的三价铁还原为二价铁，并利用
Na2S2O3生成负二价硫，继而两者反应生成硫化亚铁（
FeS
）纳米颗粒；同时将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯（
rGO
）；基于上述反应，可实现自主合成
FeS
纳米颗粒
/
还原氧化石墨烯
/
希瓦氏菌三元生物杂化膜
。
[0016]进一步地，所述用于电还原去除水中铜离子的生物杂化膜制备的底层原理：一是，希瓦氏菌是电活性细菌，可以从施加负电压的工作电极上获取电子还原三价铁和氧化石墨烯，生成二价铁和还原氧化石墨烯；二是，希瓦氏菌具有使
Na2S2O3歧化和进一步还原的代谢途径，生成负二价硫；三是，还原石墨烯是二维材料，可以为
FeS
纳米颗粒吸附和希瓦氏菌定植生长提供位点，从而形成生物杂化膜
。
[0017]本专利技术的目的之二是提供一种经过上述制备方法制得的用于电还原去除水中铜离子的生物杂化膜
。
[0018]本专利技术的目的之三是提供一种生物杂化膜在水体铜离子还原性去除的应用
。
[0019]上述技术方案中，所述的用于电还原去除水中铜离子的生物杂化膜在对水体铜离子进行去除时，包括以下步骤：将上述的用于电还原去除水中铜离子的生物杂化膜加入含铜离子的水体中，向工作电极施加电压
。
[0020]优选地，所述工作电极作为电子供体，所述还原性去除为将水体中的二价铜离子还原为单质铜
。
[0021]优选地，水相中的总铜浓度通过火焰原子吸收分光光度计测定
。
[0022]综上，本专利技术提供一种生物杂化膜在水体铜离子还原性去除中的应用，所述生物杂化膜在去除水体铜离子中的应用原理，一是希瓦氏菌利用施加负电压的工作电极提供的电子进行还原作用将水体中的二价铜离子即
Cu
2+
还原成
Cu
+
和单质
Cu
，
Cu
+
继续还原成单质
Cu
；二是，
FeS
纳米颗粒和还原氧化石墨烯加强希瓦氏菌还原铜离子的速率；三是，生物杂化膜提供铜离子还原场所和单质
Cu
回收场所，实现铜离子从水体中的彻底去除
。
[0023]本专利技术与现有技术相比，具有以下特点：本专利技术创造性地构建由希瓦氏菌
、
纳米硫化亚铁和还原氧化石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物杂化膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（1）将希瓦氏菌接入培养基，在适当条件下培养
12 h
，离心收集菌体后，菌体重悬分散于缓冲液中，将菌体密度控制在预设范围；（2）搭建三电极体系生物电化学装置，先向装置中加入菌体重悬液，再向装置中加入
FeCl3溶液和氧化石墨烯溶液，经过通氮除氧后在加塞封闭反应容器前加入无菌
Na2S2O3溶液，使用电化学工作站控制，在工作电极上施加预设电压
24 h
即可得生物杂化膜；所述在工作电极上施加的电压为负电压
。2.
根据权利要求1所述的生物杂化膜的制备方法，其特征在于，所述菌体密度为
OD
600nm
值达到
0.1
‑
0.5。3.
根据权利要求1所述的生物杂化膜的制备方法，其特征在于，反应容器在生物杂化膜的合成过程中保持厌氧状态
。4.
根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹龙，朱祺，黄运红，龙中儿，倪海燕，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：