CN103877927B - 磁性纳米Fe3O4生物催化制备法及其在含铀废水处理中的应用 - Google Patents
磁性纳米Fe3O4生物催化制备法及其在含铀废水处理中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103877927B CN103877927B CN201410145921.7A CN201410145921A CN103877927B CN 103877927 B CN103877927 B CN 103877927B CN 201410145921 A CN201410145921 A CN 201410145921A CN 103877927 B CN103877927 B CN 103877927B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- uranium
- magnetic nano
- solution
- particle
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 78
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 19
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title abstract description 23
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 title description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 75
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 241000605222 Acidithiobacillus ferrooxidans Species 0.000 claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 63
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 34
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 20
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 18
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 241000605118 Thiobacillus Species 0.000 claims description 8
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 8
- 239000008236 heating water Substances 0.000 claims description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 6
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 5
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 238000003914 acid mine drainage Methods 0.000 claims description 3
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 claims description 3
- 239000003657 drainage water Substances 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 claims 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 24
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 abstract description 7
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 abstract description 3
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 230000002210 biocatalytic effect Effects 0.000 abstract 2
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 abstract 1
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract 1
- 150000002826 nitrites Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical compound [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 7
- YONPGGFAJWQGJC-UHFFFAOYSA-K titanium(iii) chloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)Cl YONPGGFAJWQGJC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 7
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 3
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000593 microemulsion method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000045 chemical toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N dioxouranium(2+) Chemical compound O=[U+2]=O WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- -1 uranyl carbonate salt compound Chemical class 0.000 description 1
- VWIQIIGYDAPONF-UHFFFAOYSA-L uranyl hydroxide Chemical compound O[U](O)(=O)=O VWIQIIGYDAPONF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910021510 uranyl hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
本发明提供一种生态、环保型的生物催化制备磁性纳米Fe3O4粒子新方法及其在含铀废水处理中的应用。具体步骤为：（1）氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化；（2）生物聚合硫酸铁的制备；（3）磁性纳米Fe3O4粒子的合成；（4）磁性纳米Fe3O4粒子对含铀废水中的铀的吸附试验。本发明所得的磁性纳米Fe3O4粒子制备合成路线简捷、反应条件温和、易操作，使用生物催化氧化剂代替传统的化学氧化剂（亚硝酸盐），避免致癌物质排入到环境中，真正实现环境友好。同时，本发明所得的磁性纳米Fe3O4粒子能使浓度为0.45~0.50mg/L的低浓度含铀废水中的含铀量的下降90%以上，在铀矿冶含铀废水处理和铀回收等方面具有十分重要的实践意义。
Description
技术领域
本发明属于资源利用与环境保护领域，特别涉及生物催化法制备磁性纳米Fe3O4粒子及其在含铀废水处理中的应用。
背景技术
铀作为核电的主要燃料，又是国防建设所急需的战略物质。随着核电持续、安全发展和国防建设（核军工）的不断转型升级，我国对天然铀的年需求量逐年递增，铀供应仍将面临巨大压力。为了满足军用和民用对铀资源日益增长的需求，必须加大对铀矿资源的开采和选冶力度。
然而，以目前的工艺条件、技术和方法，在铀矿冶过程中产生的废水中低含量铀仍然得不到充分的处理，最终的排出水中含铀浓度高达0.1~0.2 mg/L，是我国国家规定的允许排放浓度的12.5~25倍，更是天然水体中浓度的2000~4000倍。在被铀污染的含铀废水中，铀的主要是以溶解态的六价铀酰离子或多种氢氧化双氧铀离子和碳酸铀酰盐化合物等形式存在。溶解在水体中的六价铀将会通过食物链最终进入人体，蓄积在体内的肝脏、肾脏和骨骼中，以化学毒性和内辐照方式对人体造成放射性损伤，从而诱发多种疾病。因此，研究含铀废水的处理新方法，极力降低铀对人类生存环境的危害具有十分重要的战略意义。
目前，我国处理含铀废水的方法主要有吸附法、蒸发浓缩法、混凝沉淀法和离子交换法。其中，吸附法是一种极具应用前景的方法，能克服其他传统方法的诸多不足。
磁性纳米Fe3O4作为磁性材料家族中重要的一份子，由于其独特的磁性、强化学稳定性、生物无毒性及可循环利用性，在磁性流体制备、生物分离与提纯、磁共振成像和环境有毒有害物质净化处理等方面得到广泛应用，特别是磁性纳米Fe3O4结构具有较大的比表面积，与其它吸附材料复合后，使其具有强的吸附能力和良好的分离特性，因此广泛应用于处理废水中重金属等领域中。近年来，关于磁性纳米Fe3O4及其功能化修饰改性在含铀废水中的吸附研究日益增多。
磁性纳米Fe3O4的制备方法主要包括液相合成法和固相合成法2类，具体如热分解法、微乳液法、水热法、微乳-水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法和有机物模板法。目前，热分解、沉淀法、水热法和微乳液法是研究较多的几种制备方法。
在现有的磁性纳米Fe3O4粒子制备方法方面，存在着反应条件十分苛刻（如需强酸或强碱的反应条件），反应时间长，成本高，使用的化学试剂（如氧化剂）溶液容易对反应仪器和设备造成较大腐蚀等问题。同时，在磁性纳米Fe3O4粒子制备过程中，大多数都是使用亚硝酸盐等化学试剂作为催化氧化剂，使二价铁氧化成三价铁，继而生成纳米Fe3O4粒子。但是，亚硝酸盐属于致癌物质，其使用极易造成环境污染，并对人类生存环境造成极大威胁。
发明内容
本发明的目的是提供一种生态、环保型的生物催化制备磁性纳米Fe3O4粒子新方法及其在含铀废水处理中的应用，具体是通过生物催化氧化剂代替传统的化学氧化剂（亚硝酸盐），合成一种新型的生物聚合硫酸铁溶液，在碱性环境下通过化学沉淀法制备合成磁性纳米Fe3O4粒子，并将其应用在含铀废水中对铀的吸附应用。
本发明提供的生物催化制备磁性纳米Fe3O4粒子新方法，是以培养、驯化所得的氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus
ferrooxidans，A.f）作为生物催化氧化剂，代替传统的化学氧化剂（亚硝酸盐），合成新型的生物聚合硫酸铁溶液，在碱性环境下通过化学沉淀法制备合成磁性纳米Fe3O4。并将制备合成的磁性纳米Fe3O4粒子应用于含铀废水的吸附应用中，并通过调节铀标准溶液的浓度、溶液的pH值和磁性纳米Fe3O4粒子的投入量等因素，考察磁性纳米Fe3O4粒子对含铀废水中铀的吸附效果。
具体步骤如下：
（1）氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化
量取20 mL745铀矿酸性矿坑废水水样放入250 mL锥形瓶中，加入180 mL改良的9K培养基，塞上无菌棉塞。将锥形瓶放入温度为25oC、转速为100 r/min的恒温培养箱中进行振荡培养。当锥形瓶中溶液的颜色由浅绿色转为变红时，取其中溶液30 mL按照上述方法进行再次培养、驯化2次，即可得到所需的氧化亚铁硫杆菌液。
（2）生物聚合硫酸铁的制备
将所得到的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液按照质量比为1.0：2.0 ~ 4.0放入烧杯中，水浴加热，调节混合溶液的pH值为5.0 ~ 7.0、温度为20.0 ~ 30.0 oC。同时，控制氧化亚铁硫杆菌液的质量对FeSO4的生物催化氧化进程，制备Fe3+：Fe2+浓度为1:1的生物聚合硫酸铁溶液。
（3）磁性纳米Fe3O4粒子的合成
将100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液装于500 mL烧杯中，并将装有200 mL蒸馏水的杯状半透膜放入烧杯中，随后向半透膜中逐滴加入生物聚合硫酸铁溶液，保持反应体系pH值为9.0左右，在60 oC恒温水浴箱中加热，并不断磁力搅拌，随着生物聚合硫酸铁溶液的加入，在半透膜中不断生成大量的黑色纳米Fe3O4粒子。反应50 min后，将半透膜中的黑色纳米Fe3O4粒子在50 oC下水浴晶化1.5 h后，磁性分离，并使用蒸馏水洗涤6次。随后将其置于80 oC的恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨，过200目筛，即得到磁性纳米Fe3O4粒子。
（4）磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附
量取50 mL不同浓度的铀标准溶液，装入于150 mL的锥形瓶中，随后加入一定量的磁性纳米Fe3O4粒子，调节溶液的pH值。然后将其放入45 oC恒温水浴箱中进行恒温振荡吸附2.0 h。待吸附反应完成后，使用8000 r/min的离心机进行分离15 min，取上清液并采用三氯化钛还原/钒酸铵氧化滴定法测定铀的剩余浓度，并根据吸附前后溶液中铀的浓度计算磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附率p (%)。
所述的改良9K培养基，其组成为四水氯化亚铁35.0 g；七水硫酸镁0.8 g；硫酸铵4.5 g；氯化钾0.15 g；磷酸氢二钾0.65 g；硝酸钙0.08 g；蒸馏水1000 mL。
所述的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液的质量比例为1.0：2.0 ~ 4.0；混合溶液的pH值为5.0 ~ 7.0、温度为20.0 ~ 30.0 oC。
所述的磁性纳米Fe3O4对含铀废水中铀的吸附试验，铀标准溶液的浓度为0.45 ~ 0.50 mg/L；磁性纳米Fe3O4粒子的质量为15 ~ 20 mg；溶液的pH值为3.0 ~8.0。
本发明所述的磁性纳米Fe3O4对含铀废水中铀的吸附率p均在95%左右，并能使含铀废水中铀得到较好的处理。
本发明的磁性纳米Fe3O4生物催化制备法及其在含铀废水处理中的应用，相比现有的技术，本方法具有对环境友好、对铀吸附效果好，又具有合成工艺简单、无二次污染等多重优点。具体表现为以下显著优点：
（1）在磁性纳米Fe3O4制备过程中，使用生物催化氧化剂代替传统的化学氧化剂（亚硝酸盐），从而避免了致癌物质排入到环境中，真正做到了对环境友好。
（2）在磁性纳米Fe3O4制备过程中，制备工艺简单，反应条件温和，不需要任何加压等化工设备，加热条件也容易实现，生产周期短，能耗低，产品的收率高。
（3）制备合成的磁性纳米Fe3O4粒子具有机械强度高、化学稳定性强，在8000 r/min的搅拌速率下可充分悬浮，不溶涨、不变形，并能确保与含铀溶液成分接触。
（4）制备合成的磁性纳米Fe3O4粒子对低浓度（铀浓度在0.50 mg/L及其以下）的含铀废水处理吸附效果甚佳，并具有很好的效果（吸附率p均在95%左右）。
附图说明
图1为实施例1制备合成的磁性纳米Fe3O4粒子的扫描电镜图。
图2为实施例1制备合成的磁性纳米Fe3O4粒子的红外光谱图。
图3为实施例1制备合成的磁性纳米Fe3O4粒子的X射线衍射图。
具体实施方式
下面通过对实施例对本发明进行具体描述，它们只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改进或调整，均属于本发明保护范围。
实施例1：
第一步，氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化
量取20 mL745铀矿酸性矿坑废水水样放入250 mL锥形瓶中，加入180 mL改良的9K培养基，塞上无菌棉塞。将锥形瓶放入温度为25oC、转速为100 r/min的恒温培养箱中进行振荡培养。当锥形瓶中溶液的颜色由浅绿色转为变红时，取其中溶液30 mL按照上述方法进行再次培养、驯化2次，即可得到所需的氧化亚铁硫杆菌液。
第二步，生物聚合硫酸铁的制取
将所得到的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液的质量比按照1.0：2.0，放入于250 mL烧杯中，水浴加热，调节反应体系的pH值为6.0，反应温度为30 oC。同时，控制氧化亚铁硫杆菌液的质量对FeSO4的生物催化氧化进程，制取Fe3+：Fe2+浓度为1:1的生物聚合硫酸铁溶液。
第三步，磁性纳米Fe3O4粒子的合成
将100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液装于500 mL烧杯中，并将装有200 mL蒸馏水的杯状半透膜放入烧杯中，随后向半透膜中逐滴加入生物聚合硫酸铁溶液，保持反应体系pH值为9.0左右，在60 oC恒温水浴箱中加热，并不断磁力搅拌，随着生物聚合硫酸铁溶液的加入，在半透膜中不断生成大量的黑色纳米Fe3O4粒子。反应50 min后，将半透膜中的黑色纳米Fe3O4粒子在50 oC下水浴晶化1.5 h后，磁性分离，并使用蒸馏水洗涤6次。随后将其置于80 oC的恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨，过200目筛，即得到磁性纳米Fe3O4粒子。同时，使用JSM−6360LV型扫描电子显微镜、IR Prestige-21型红外光谱仪和Rigaku/max-RA型X射线衍射仪分别对磁性纳米Fe3O4粒子的结构进行表征。结构如图1、图2和图3。
第四步，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附
量取50 mL浓度为0.45 mg/L铀标准溶液，装入于150 mL的锥形瓶中，随后加入15mg磁性纳米Fe3O4粒子，调节溶液的pH值为3.0。然后将其放入45 oC恒温水浴箱中进行恒温振荡吸附2.0 h。待吸附反应完成后，使用8000 r/min的离心机进行分离15 min，取上清液，采用三氯化钛还原/钒酸铵氧化滴定法测定铀的剩余浓度为0.040mg/L，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附率p 为91.11%。
实施例2：
第一步，氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化
具体同实施例1。
第二步，生物聚合硫酸铁的制取
将所得到的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液的质量比按照1.0：2.0，放入于250 mL烧杯中，水浴加热，调节反应体系的pH值为7.0，反应温度为25 oC。同时，控制氧化亚铁硫杆菌液的质量对FeSO4的生物催化氧化进程，制取Fe3+：Fe2+浓度为1:1的生物聚合硫酸铁溶液。
第三步，磁性纳米Fe3O4粒子的合成
将100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液装于500 mL烧杯中，并将装有200 mL蒸馏水的杯状半透膜放入烧杯中，随后向半透膜中逐滴加入生物聚合硫酸铁溶液，保持反应体系pH值为9.0左右，在60 oC恒温水浴箱中加热，并不断磁力搅拌，随着生物聚合硫酸铁溶液的加入，在半透膜中不断生成大量的黑色纳米Fe3O4粒子。反应50 min后，将半透膜中的黑色纳米Fe3O4粒子在50 oC下水浴晶化1.5 h后，磁性分离，并使用蒸馏水洗涤6次。随后将其置于80 oC的恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨，过200目筛，即得到磁性纳米Fe3O4粒子。
第四步，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附
量取50 mL浓度为0.46 mg/L铀标准溶液，装入于150 mL的锥形瓶中，随后加入16mg磁性纳米Fe3O4粒子，调节溶液的pH值为4.0。然后将其放入45 oC恒温水浴箱中进行恒温振荡吸附2.0 h。待吸附反应完成后，使用8000 r/min的离心机进行分离15 min，取上清液，采用三氯化钛还原/钒酸铵氧化滴定法测定铀的剩余浓度为0.032mg/L，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附率p 为93.04%。
实施例3：
第一步，氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化
具体同实施例1。
第二步，生物聚合硫酸铁的制取
将所得到的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液的质量比按照1.0：3.0，放入于250 mL烧杯中，水浴加热，调节反应体系的pH值为7.0，反应温度为20 oC。同时，控制氧化亚铁硫杆菌液的质量对FeSO4的生物催化氧化进程，制取Fe3+：Fe2+浓度为1:1的生物聚合硫酸铁溶液。
第三步，磁性纳米Fe3O4粒子的合成
将100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液装于500 mL烧杯中，并将装有200 mL蒸馏水的杯状半透膜放入烧杯中，随后向半透膜中逐滴加入生物聚合硫酸铁溶液，保持反应体系pH值为9.0左右，在60 oC恒温水浴箱中加热，并不断磁力搅拌，随着生物聚合硫酸铁溶液的加入，在半透膜中不断生成大量的黑色纳米Fe3O4粒子。反应50 min后，将半透膜中的黑色纳米Fe3O4粒子在50 oC下水浴晶化1.5 h后，磁性分离，并使用蒸馏水洗涤6次。随后将其置于80 oC的恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨，过200目筛，即得到磁性纳米Fe3O4粒子。
第四步，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附
量取50 mL浓度为0.47 mg/L铀标准溶液，装入于150 mL的锥形瓶中，随后加入17mg磁性纳米Fe3O4粒子，调节溶液的pH值为5.0。然后将其放入45 oC恒温水浴箱中进行恒温振荡吸附2.0 h。待吸附反应完成后，使用8000 r/min的离心机进行分离15 min，取上清液，采用三氯化钛还原/钒酸铵氧化滴定法测定铀的剩余浓度为0.029mg/L，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附率p 为93.83%。
实施例4：
第一步，氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化
具体同实施例1。
第二步，生物聚合硫酸铁的制取
将所得到的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液的质量比按照1.0：3.0，放入于250 mL烧杯中，水浴加热，调节反应体系的pH值为5.0，反应温度为30 oC。同时，控制氧化亚铁硫杆菌液的质量对FeSO4的生物催化氧化进程，制取Fe3+：Fe2+浓度为1:1的生物聚合硫酸铁溶液。
第三步，磁性纳米Fe3O4粒子的合成
将100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液装于500 mL烧杯中，并将装有200 mL蒸馏水的杯状半透膜放入烧杯中，随后向半透膜中逐滴加入生物聚合硫酸铁溶液，保持反应体系pH值为9.0左右，在60 oC恒温水浴箱中加热，并不断磁力搅拌，随着生物聚合硫酸铁溶液的加入，在半透膜中不断生成大量的黑色纳米Fe3O4粒子。反应50 min后，将半透膜中的黑色纳米Fe3O4粒子在50 oC下水浴晶化1.5 h后，磁性分离，并使用蒸馏水洗涤6次。随后将其置于80 oC的恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨，过200目筛，即得到磁性纳米Fe3O4粒子。
第四步，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附
量取50 mL浓度为0.48 mg/L铀标准溶液，装入于150 mL的锥形瓶中，随后加入18mg磁性纳米Fe3O4粒子，调节溶液的pH值为6.0。然后将其放入45 oC恒温水浴箱中进行恒温振荡吸附2.0 h。待吸附反应完成后，使用8000 r/min的离心机进行分离15 min，取上清液，采用三氯化钛还原/钒酸铵氧化滴定法测定铀的剩余浓度为0.026mg/L，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附率p 为94.58%。
实施例5：
第一步，氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化
具体同实施例1。
第二步，生物聚合硫酸铁的制取
将所得到的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液的质量比按照1.0：4.0，放入于250 mL烧杯中，水浴加热，调节反应体系的pH值为5.0，反应温度为25 oC。同时，控制氧化亚铁硫杆菌液的质量对FeSO4的生物催化氧化进程，制取Fe3+：Fe2+浓度为1:1的生物聚合硫酸铁溶液。
第三步，磁性纳米Fe3O4粒子的合成
将100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液装于500 mL烧杯中，并将装有200 mL蒸馏水的杯状半透膜放入烧杯中，随后向半透膜中逐滴加入生物聚合硫酸铁溶液，保持反应体系pH值为9.0左右，在60 oC恒温水浴箱中加热，并不断磁力搅拌，随着生物聚合硫酸铁溶液的加入，在半透膜中不断生成大量的黑色纳米Fe3O4粒子。反应50 min后，将半透膜中的黑色纳米Fe3O4粒子在50 oC下水浴晶化1.5 h后，磁性分离，并使用蒸馏水洗涤6次。随后将其置于80 oC的恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨，过200目筛，即得到磁性纳米Fe3O4粒子。
第四步，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附
量取50 mL浓度为0.49 mg/L铀标准溶液，装入于150 mL的锥形瓶中，随后加入19mg磁性纳米Fe3O4粒子，调节溶液的pH值为7.0。然后将其放入45 oC恒温水浴箱中进行恒温振荡吸附2.0 h。待吸附反应完成后，使用8000 r/min的离心机进行分离15 min，取上清液，采用三氯化钛还原/钒酸铵氧化滴定法测定铀的剩余浓度为0.025mg/L，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附率p 为94.90%。
实施例6：
第一步，氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化
具体同实施例1。
第二步，生物聚合硫酸铁的制取
将所得到的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液的质量比按照1.0：4.0，放入于250 mL烧杯中，水浴加热，调节反应体系的pH值为6.0，反应温度为20 oC。同时，控制氧化亚铁硫杆菌液的质量对FeSO4的生物催化氧化进程，制取Fe3+：Fe2+浓度为1:1的生物聚合硫酸铁溶液。
第三步，磁性纳米Fe3O4粒子的合成
将100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液装于500 mL烧杯中，并将装有200 mL蒸馏水的杯状半透膜放入烧杯中，随后向半透膜中逐滴加入生物聚合硫酸铁溶液，保持反应体系pH值为9.0左右，在60 oC恒温水浴箱中加热，并不断磁力搅拌，随着生物聚合硫酸铁溶液的加入，在半透膜中不断生成大量的黑色纳米Fe3O4粒子。反应50 min后，将半透膜中的黑色纳米Fe3O4粒子在50 oC下水浴晶化1.5 h后，磁性分离，并使用蒸馏水洗涤6次。随后将其置于80 oC的恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨，过200目筛，即得到磁性纳米Fe3O4粒子。
第四步，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附
量取50 mL浓度为0.50 mg/L铀标准溶液，装入于150 mL的锥形瓶中，随后加入20mg磁性纳米Fe3O4粒子，调节溶液的pH值为8.0。然后将其放入45 oC恒温水浴箱中进行恒温振荡吸附2.0 h。待吸附反应完成后，使用8000 r/min的离心机进行分离15 min，取上清液，采用三氯化钛还原/钒酸铵氧化滴定法测定铀的剩余浓度为0.037mg/L，磁性纳米Fe3O4粒子对铀的吸附率p 为92.60%。
Claims (5)
1.磁性纳米Fe3O4生物催化制备方法，其特征在于：以培养、驯化所得的氧化亚铁硫杆菌作为生物催化氧化剂，合成生物聚合硫酸铁溶液，在碱性环境下通过化学沉淀法制备合成磁性纳米Fe3O4；
所述的制备磁性纳米Fe3O4的步骤如下：
（1）氧化亚铁硫杆菌的培养、驯化
量取20 mL745铀矿酸性矿坑废水水样放入250 mL锥形瓶中，加入180
mL改良的9K培养基，塞上无菌棉塞，将锥形瓶放入温度为25oC、转速为100 r/min的恒温培养箱中进行振荡培养，当锥形瓶中溶液的颜色由浅绿色转为变红时，取其中溶液30
mL按照上述方法进行再次培养、驯化2次，即得到所需的氧化亚铁硫杆菌液；
（2）生物聚合硫酸铁的制备
将所得到的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液按照质量比为1.0：2.0
~ 4.0放入烧杯中，水浴加热，调节混合溶液的pH值为5.0 ~ 7.0、温度为20.0 ~ 30.0 oC，同时，控制氧化亚铁硫杆菌液的质量对FeSO4的生物催化氧化进程，制备Fe3+：Fe2+浓度为1:1的生物聚合硫酸铁溶液；
（3）磁性纳米Fe3O4粒子的合成
将100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液装于500 mL烧杯中，并将装有200 mL蒸馏水的杯状半透膜放入烧杯中，随后向半透膜中逐滴加入生物聚合硫酸铁溶液，保持反应体系pH值为9.0，在60 oC恒温水浴箱中加热，并不断磁力搅拌，随着生物聚合硫酸铁溶液的加入，在半透膜中不断生成大量的黑色纳米Fe3O4粒子，反应50 min后，将半透膜中的黑色纳米Fe3O4粒子在50 oC下水浴晶化1.5 h后，磁性分离，并使用蒸馏水洗涤6次，随后将其置于80 oC的恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨，过200目筛，即得到磁性纳米Fe3O4粒子。
2.根据权利要求1所述的磁性纳米Fe3O4生物催化制备方法，其特征在于：所述的改良9K培养基，其组成如下：四水氯化亚铁35.0 g；七水硫酸镁0.8 g；硫酸铵4.5
g；氯化钾0.15 g；磷酸氢二钾0.65 g；硝酸钙0.08
g；蒸馏水1000 mL，并调节其pH值为3.0。
3.根据权利要求1所述的磁性纳米Fe3O4生物催化制备方法，其特征在于：所述的氧化亚铁硫杆菌液与FeSO4·7H2O溶液的质量比例为1.0：2.0
~ 4.0。
4.根据权利要求1所述的磁性纳米Fe3O4生物催化制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中混合溶液的pH值为5.0
~ 7.0。
5.根据权利要求1所述的磁性纳米Fe3O4生物催化制备方法，其特征在于：所述的所述的步骤（2）中混合溶液的温度为20 ~ 30 oC。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410145921.7A CN103877927B (zh) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | 磁性纳米Fe3O4生物催化制备法及其在含铀废水处理中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410145921.7A CN103877927B (zh) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | 磁性纳米Fe3O4生物催化制备法及其在含铀废水处理中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103877927A CN103877927A (zh) | 2014-06-25 |
| CN103877927B true CN103877927B (zh) | 2015-08-19 |
Family
ID=50947248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410145921.7A Expired - Fee Related CN103877927B (zh) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | 磁性纳米Fe3O4生物催化制备法及其在含铀废水处理中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103877927B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104962584A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-07 | 王敏 | 一种含铁活性物的微生物合成法及其在甲基橙降解催化领域的应用 |
| CN105617980B (zh) * | 2016-01-06 | 2018-01-09 | 南华大学 | 一种生物表面活性剂改性磁性膨润土的方法及其应用 |
| CN105498718B (zh) * | 2016-02-01 | 2017-09-05 | 南华大学 | 一种生物表面活性剂功能化修饰耐辐射奇球菌dr的方法及其应用 |
| CN106024086B (zh) * | 2016-05-17 | 2018-01-02 | 南华大学 | 用于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物滤池 |
| CN107511132B (zh) * | 2017-08-02 | 2020-10-16 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种磁性四氧化三铁纳米粒子及其等离子体改性方法和应用 |
| CN108380178A (zh) * | 2018-03-12 | 2018-08-10 | 秋晓东 | 一种生态修复剂的制备方法及其对放射性核素的吸附工艺 |
| CN109821503B (zh) * | 2019-03-26 | 2020-04-21 | 吴荣臻 | 一种铀吸附材料及其制备方法和应用 |
| CN111167401A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-19 | 河南大学 | 一种改性铁基功能材料的制备方法 |
| CN112142116B (zh) * | 2020-08-18 | 2023-08-15 | 江苏宇星科技有限公司 | 一种复印机、打印机墨粉用磁性氧化铁黑的制备方法 |
| CN113274972A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-20 | 东北电力大学 | 一种复合改性硅藻土及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1475559A (zh) * | 2002-08-15 | 2004-02-18 | 北京有色金属研究总院 | 耐酸诱变浸矿菌种的选育方法 |
| CN101215579A (zh) * | 2007-12-29 | 2008-07-09 | 东北电力大学 | 一种生物聚合硫酸铁的制备方法 |
| CN103074273A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-05-01 | 陕西宣和通科技发展有限责任公司 | 氧化亚铁硫杆菌的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54135686A (en) * | 1978-04-14 | 1979-10-22 | Hitachi Ltd | Recovering method for seawater uranium collecting adsorbent |
-
2014
- 2014-04-14 CN CN201410145921.7A patent/CN103877927B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1475559A (zh) * | 2002-08-15 | 2004-02-18 | 北京有色金属研究总院 | 耐酸诱变浸矿菌种的选育方法 |
| CN101215579A (zh) * | 2007-12-29 | 2008-07-09 | 东北电力大学 | 一种生物聚合硫酸铁的制备方法 |
| CN103074273A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-05-01 | 陕西宣和通科技发展有限责任公司 | 氧化亚铁硫杆菌的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 纳米Fe3O4 负载啤酒酵母菌对铀的吸附性能与机理;彭国文 等;《中国有色金属学报》;20120229;第22卷(第2期);第604-610页 * |
| 纳米Fe3O4的制备及其强化生物聚合铁絮凝性能的研究;牛艳 等;《工业水处理》;20100731;第30卷(第7期);第18-21页 * |
| 贾继云 等.Fe3O4磁流体对铀( VI) 的吸附研究.《南华大学学报(自然科学版)》.2011,第25卷(第2期), * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103877927A (zh) | 2014-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103877927B (zh) | 磁性纳米Fe3O4生物催化制备法及其在含铀废水处理中的应用 | |
| WO2022089419A1 (en) | Core-shell magnetic sludge-based biochar, preparation method therefor and utilization method thereof | |
| CN102989420B (zh) | 一种磺基化氧化石墨烯磁性吸附剂及其制备方法与用途 | |
| CN103861568B (zh) | 一种磁性壳聚糖纳米材料的制备方法及应用 | |
| CN106807325A (zh) | Fe/C复合材料及其应用 | |
| CN103191699A (zh) | 一种铁氧体/石墨烯复合吸附剂及其制备、使用方法 | |
| CN104651347A (zh) | 一种硫酸盐还原菌固定化颗粒及其制备和使用方法 | |
| Li et al. | Synthesis of magnesium-modified ceramsite from iron tailings as efficient adsorbent for phosphorus removal | |
| CN103950987A (zh) | 一种酸洗污泥的回收利用方法 | |
| CN103170488A (zh) | 垃圾焚烧飞灰固化剂及垃圾焚烧飞灰的处理方法 | |
| CN101565304A (zh) | 电镀污泥与酸洗废液协同水热铁氧体化的处理方法 | |
| CN106119545A (zh) | 一种铬渣的清洁脱毒处理及铬的提取方法 | |
| CN106048239A (zh) | 一种含六价铬废渣的资源循环再利用的处理方法 | |
| CN104815620A (zh) | 一种磁性沸石的制备方法 | |
| CN105907991A (zh) | 一种含六价铬废渣提取回收铬的脱毒处理方法 | |
| CN102489253B (zh) | 一种铁酸铋-碳纳米管及其制备方法和用于处理有机染料废水的方法 | |
| Huang et al. | High-efficiency harvesting of microalgae enabled by chitosan-coated magnetic biochar | |
| Han et al. | Stabilization and strengthening of chromium (VI)-contaminated soil via magnesium ascorbyl phosphate (MAP) and phytase addition | |
| CN104707560A (zh) | 一种可高效去除废水中磷的改性介孔TiO2的制备方法 | |
| Zhang et al. | Integration of resource recycling with de-alkalization for bauxite residue treatment | |
| CN105314727A (zh) | 一种高铁酸盐的制备方法 | |
| CN107119188B (zh) | 一种基于亚硝化菌还原-稀酸溶释浸提氧化锰矿中锰的方法 | |
| CN105617980B (zh) | 一种生物表面活性剂改性磁性膨润土的方法及其应用 | |
| CN104525103A (zh) | 磁性氧化铁/海泡石纳米复合材料及其制备方法和用途 | |
| CN104496140B (zh) | 一种市政污泥生物沥浸的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150819 Termination date: 20200414 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |