CN108793377B - 一种酵母菌负载纳米铁金复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种酵母菌负载纳米铁金复合材料的制备方法。在常温常压下，以硼氢化钠或硼氢化钾为还原剂将酵母菌吸附的Fe²⁺或Fe³⁺位还原为Fe⁰，再通过置换反应在纳米零价铁表面进行纳米金修饰以提高纳米零价铁的稳定性和反应活性。通过调节酵母菌载体与铁盐的质量比、金盐与酵母菌载体的质量比、还原剂浓度、反应温度、反应时间和搅拌或振荡速度来控制纳米零价铁粒径和纳米金的覆盖率。该酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备工艺简单、成本低廉、环境友好，制得的产品反应活性高，寿命长，可广泛用于有机氯污染物和染料的降解以及重金属离子的去除。

Description

一种酵母菌负载纳米铁金复合材料的制备方法

技术领域

本发明提供一种酵母菌负载纳米铁金复合材料的制备方法，涉及到酵母菌的培养、处理和纳米铁金复合材料的制备方法，更进一步涉及通过该方法制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料及其在重金属离子去除、有机氯化合物以及染料等有机污染物降解中的应用。属于环境功能材料制备和环境修复技术领域。

背景技术

纳米零价铁(nZVI)具有强的还原性、较高的催化活性和优良的吸附性能，被广泛用于含卤有机物的还原脱卤、染料的还原脱色以及重金属离子的去除，是一种颇具应用潜力的环境修复控制材料。但纳米零价铁在制备和老化过程中易发生团聚、氧化而导致反应活性降低，在污染物去除过程中，易在nZVI表面形成铁(氢)氧化物钝化层从而导致纳米零价铁的反应活性降低甚至完全丧失。为此，开发出制备工艺简单、成本低廉、环境友好、反应活性高、寿命长的纳米零价铁的合成方法，对抑制甚至消除纳米零价铁颗粒的团聚，提高其抗氧化性和增强纳米零价铁对环境污染物的去除效果具有十分重要的意义。

申请号为CN201510084875.9的中国专利(一种选择性降解高毒性多氯联苯及类二噁英物质的方法)公开了一种以蒙脱土为模板，在蒙脱土层间原位合成Fe⁰-Ni⁰双金属材料以及选择性降解高毒性多氯联苯及类二噁英物质的方法。该法需要在厌氧条件下，且在40％甲醇溶液中降解多氯联苯；申请号为CN201410375381.1(一种以蒙脱土为载体氢气还原法大批量制备纳米镍铁双金属的方法)的中国专利，将镍铁负载在经过KCl处理过的蒙脱土上，在氢气气氛中400℃加热6h还原，得到纳米Fe/Ni-蒙脱土，1g该Fe/Ni-蒙脱土与40mL20mg/L的4-氯苯酚溶液反应120min后，4-氯苯酚降解率为11.6％～91％；申请号为CN201410308813.7的中国专利(磁性碳材料负载金属催化剂及其催化氯代苯酚脱氯的方法)公开了一种在碳材料(活性炭、碳纳米管或石墨烯)上负载Fe₃O₄和活性金属元素(铂、钯和铑中一种或两种)复合物，用于催化4-氯酚加氢脱氯的方法；中国专利(CN101565356A)采用介孔碳-二氧化硅复合材料负载Pd催化加氢脱氯含氯有机物，在低温下即可实现高效脱氯，然而该体系需要加入大量的三乙胺作为助剂；申请号为CN201310687919.8的中国专利(纳米Pd/Fe催化剂及其应用)公开了一种纳米Pd/Fe负载在PVDF·Al₂O₃薄膜上用于氯乙酸脱氯的方法，氯乙酸的催化脱除率提高了30％以上；中国专利(CN201310035065.5)公开了一种蛭石负载纳米钯铁修复材料及其制备方法与应用。目前还未见以酵母菌为载体制备纳米铁金复合材料的文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对纳米零价铁存在易氧化、团聚和钝化的不足，提供一种制备工艺简单、成本低廉、环境友好、反应活性高、寿命长的纳米铁金复合材料的制备方法。

本发明的技术原理是以酵母菌为载体、分散剂和稳定剂，利用酵母菌表面的氨基、羟基、羧基和磷酸等基团吸附Fe²⁺或Fe³⁺后，原位还原为Fe⁰，再通过置换反应在nZVI表面进行纳米金修饰以提高nZVI的稳定性和反应活性。通过调节酵母菌载体与铁盐的质量比、酵母菌载体与金盐的质量比、还原剂浓度、反应温度、反应时间和搅拌或振荡速度达到控制nZVI粒径和纳米金覆盖率的目的。

因此，本发明的第一个目的是提供一种酵母菌负载纳米铁金复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按常规方法培养酵母菌，将所得的酵母菌离心，洗涤后，冷冻干燥得酵母菌载体。或将所得的酵母菌离心，洗涤后，重新悬浮在具有促进酵母菌自溶的化学试剂中，在40～60℃的温度下搅拌或振荡处理24～48小时进行化学处理。离心、洗涤后，冷冻干燥，得到经过化学处理的改性酵母菌载体；

(2)将铁盐或亚铁盐水溶液加入到步骤(1)得到的酵母菌载体或改性酵母菌载体中，在50～200r·min^-1下搅拌或振荡0.5～2h，离心、洗涤后，得到吸附有Fe²⁺或Fe³⁺的酵母菌或改性酵母菌；

(3)在持续搅拌或振荡的条件下，往步骤(2)得到的吸附有Fe²⁺或Fe³⁺的酵母菌或改性酵母菌中加入还原剂溶液，继续搅拌或振荡反应0.5h～2h，固液分离后，固体用二次蒸馏水洗涤3次，即得酵母菌负载纳米零价铁(Fe/SC)或改性酵母菌负载的纳米零价铁(Fe/SC_M)；

(4)将步骤(3)所得酵母菌或改性酵母菌负载的纳米零价铁悬浮在水中，加入氯金酸溶液，持续搅拌或振荡反应0.5h～2h后，在8000r·min^-1条件下离心10min，固体用二次蒸馏水洗涤3次，冷冻干燥研磨后即得酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)或改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC_M)。

优选地，步骤(1)中，所述的酵母菌为面包酵母或酿酒酵母，所述的化学试剂为质量百分比浓度为0.1～5％的吐温-80溶液、质量百分比浓度为0.1～5％TritonX-100溶液、质量百分比浓度为0.5～10％的盐酸溶液、质量百分比浓度为0.5～10％的氢氧化钠溶液、质量百分比浓度为1～20％的乙醇溶液、质量百分比浓度为1～20％的氯化钾溶液和质量百分比浓度为1～20％的氯化钠溶液的一种或一种以上。

优选地，步骤(2)中所述的酵母菌载体或改性酵母菌载体质量为0.2～8.0g，所述的铁盐或亚铁盐浓度为0.02～1.43mol·L^-1。

优选地，步骤(3)中所述的还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾，所述还原剂溶液浓度为0.04～2.80mol·L^-1，还原剂溶液加入的速率为0.20～1.00mL·min^-1，硼氢化钠或硼氢化钾与Fe²⁺或Fe³⁺的物质的量比为2～10:1。

优选地，步骤(3)在搅拌或振荡的同时以0.5～0.8mL·min^-1的供气速度往所述溶液中通N₂，所述的固液分离为在8000r·min^-1条件下离心10min或采用磁选法进行分离。

优选地，步骤(4)所述的氯金酸中Au³⁺与酵母菌载体的质量比为0.05～4.0：100。

本发明的第二个目的是提供一种酵母菌负载纳米铁金复合材料。该复合材料包括酵母菌载体或经过化学处理的改性酵母菌载体及纳米铁金复合颗粒。其中所述纳米铁金复合颗粒是以硼氢化钠或硼氢化钾为还原剂将酵母菌吸附的Fe²⁺或Fe³⁺原位还原为Fe⁰，再通过置换反应在改Fe⁰上进行纳米金修饰所得。

本发明的第三个目的是提供利用所制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料降解有机污染物的方法，其中

在一个具体实施方案中，所降解的有机污染物为染料，所涉及的染料为甲基橙和亚甲基蓝，优选的染料浓度为0.005～1mmol·L^-1。

染料的降解反应在一标准石英比色皿(光程1cm、容量3.5mL)中进行，依次往比色皿中加入3.00mL浓度为0.005～1mmol·L^-1的染料溶液和10mg酵母菌负载纳米铁金复合材料，用移液枪迅速吹吸混匀，并用紫外分光光度计扫描溶液的紫外吸收曲线。

还在另一个具体实施方案中，所降解的有机污染物为有机氯污染物，所涉及到的有机氯污染物包括氯代酚、氯代苯、氯代酸和有机氯类农药等。优选的有机氯污染物浓度为0.01～0.5mmol·L^-1。

将一定量的有机氯污染物溶液和10mg酵母菌负载纳米铁金复合材料混合均匀后，定时取出0.20mL采用高效液相色谱法测定有机氯污染物的降解率。

在一个具体实施方案中，所降解的有机氯污染物为五氯苯酚，优选的浓度为0.01～0.5mmol·L^-1。

在另一个具体实施方案中，所降解的有机氯污染物为2,4,6-三氯苯酚，优选的浓度为0.01～0.5mmol·L^-1。

还在另一个具体实施方案中，所降解的有机氯污染物为2,4-二氯苯酚，优选的浓度为0.01～0.5mmol·L^-1。

还在另一个具体实施方案中，所降解的有机氯污染物为2,6-二氯苯酚，优选的浓度为0.01～0.5mmol·L^-1。

还在另一个具体实施方案中，所降解的有机氯污染物为2-氯苯酚，优选的浓度为0.01～0.5mmol·L^-1。

还在另一个具体实施方案中，所降解的有机氯污染物为4-氯苯酚，优选的浓度为0.01～0.5mmol·L^-1。

还在另一个具体实施方案中，所降解的有机氯污染物为3-氯苯酚，优选的浓度为0.01～0.5mmol·L^-1。

本发明的第四个目的是提供利用所制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料去除重金属离子的方法。优选的重金属离子为Cr⁶⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Zn²⁺，优选的重金属离子浓度为10～100mg·L^-1。

重金属离子的去除在一10mL离心管中进行。在10mg酵母菌负载纳米铁金复合材料中加入5.00mL浓度为10～100mg·L^-1的重金属离子，摇匀后置于25℃水浴中并开始计时，定时取样，采用紫外光谱法或原子吸收光谱法测定上清液中重金属离子浓度，并计算重金属离子的去除率。

技术效果

(1)利用酵母菌的氨基、羟基、羧基和磷酸等基团吸附Fe²⁺或Fe³⁺后，原位还原为Fe⁰，再在nZVI表面进行纳米金修饰，制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料不仅反应活性高，而且非常稳定。

(2)通过调节铁盐与酵母菌载体的质量比在0.05～0.40：1之间，和/或调节氯金酸中金与酵母菌载体的质量比在0.05～4.0：100之间，和/或调节硼氢化钠或硼氢化钾浓度为0.04～2.80mol·L^-1之间，和/或调节搅拌或振荡速度为50～200r·min^-1之间，在20～50℃之间反应0.5h～2h，可控制nZVI粒径和纳米金覆盖率，以满足去除不同污染物的需要。

(3)制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料Au/Fe/SC能将反应物牢牢限定在酵母菌内，使反应物达到极高的浓度条件，从而加快反应速度。以化学处理后所得改性酵母菌制备的改性酵母菌负载纳米铁金复合材料Au/Fe/SC_M的稳定性更好，去除污染物的反应活性更高。

①纳米金修饰提高了酵母菌负载纳米零价铁去除污染物的反应活性：2h内，8mg酵母菌(SC)、对比实施例4制备的酵母菌负载纳米零价铁(Fe/SC)和实施例15制备的含金量为0.28％(金与酵母菌载体的质量比为0.28:100)的酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)对5mL 100mg·L^-1Cr(VI)的去除率分别为3.1％、51.2％和67.0％(见附图3)，0.28％纳米金修饰使Cr(VI)的去除率提高了30.9％；而0.49％纳米金修饰使2,4,6-TCP的降解率提高了1.95倍，8h内，4mg对比实施例3制备的Fe/SC和实施例8制备的Au/Fe/SC对8mL0.05mmol·L^-1 2,4,6-TCP的降解率由Au修饰前的28.8％增加到了85.0％(见附图4)。

②对酵母菌载体进行化学处理能进一步提高酵母菌负载纳米铁金复合材料的反应活性。在5mL pH为6的50mg·L^-1Cr(VI)溶液中加入10mg实施例4制备的含金量为0.30％的酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)，反应15min和30min时，Cr(VI)的去除率分别为65.5％和96.8％，1h内，Cr(VI)去除完全，而10mg实施例5制备的含金量为0.30％的改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC_M)能在5min内将5mL 50mg·L^-1的Cr(VI)完全去除；酵母菌载体经过化学处理改性后，10mg改性酵母菌制备的纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC_M)对4mL 0.10mmol·L^-1 2,4,6-TCP的降解率比未改性酵母菌制备的纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)提高了31.0％。

③该Au/Fe/SC对2,4,6-TCP的去除性能优于zhou等(Zhou T,Li Y,Lim TT.Catalytic hydrodechlorination of chlorophenols by Pd/Fe nanoparticles:Comparisons with other bimetallic systems,kinetics and mechanism[J].Separation&Purification Technology,2010,76(2):206-214)制备的纳米Pd-Fe复合材料。2.5g·L^-1实施例16制备的含Au量为0.14％的Au/Fe/SC对4mL 0.10mmol·L^-1 2,4,6-TCP的降解率可达90.1％，而5g·L^-1Pd化率为0.50％的纳米Pd-Fe复合材料对20mg·L^-1 2,4,6-TCP的降解率为90.0％，说明本文制备的Au/Fe/SC的用量更省。

④该Au/Fe/SC对4-氯苯酚的去除性能优于中国专利CN201410375381.1公开的采用氢气还原法制备的K改性蒙脱土负载的纳米镍铁双金属材料(纳米Fe/Ni-蒙脱土)。反应120min后，1g纳米Fe/Ni-蒙脱土对40mL 20mg·L^-14-氯苯酚的降解率为91.0％，即1g纳米Fe/Ni-蒙脱土能去除0.73mg 4-氯苯酚，而4.0mg实施例8制备的Au/Fe/SC对8mL 0.05mol·L^-1 4-氯苯酚的降解率为52.0％，1g Au/Fe/SC能去除6.7mg 4-氯苯酚。

⑤该Au/Fe/SC对Cr(VI)的去除性能优于zhang等(Zhang YY,Jiang H,Zhang Y,Xie JF.The dispersity-dependent interaction between montmorillonite supportednZVI and Cr(VI)in aqueous solution[J].Chemical Engineering Journal,2013,229(4):412-419)采用改性蒙脱石制备的负载型纳米零价铁(nZVI/K-MMT)。在pH为6的条件下，2.0g·L^-1实施例4制备的Au/Fe/SC(nZVI浓度为0.08g·L^-1)能在10min内将50mg·L^-1的Cr(VI)完全去除，而含有0.11g·L^-1nZVI的nZVI/K-MMT对20mg·L^-1Cr(VI)的去除率接近100％，说明本文制备的Au/Fe/SC能以更少的用量去除更多的Cr(VI)。

⑥以酵母菌为载体制备的Au/Fe/SC在常温、常压下于空气中贮存100天后，10.0mg实施例4制备的Au/Fe/SC仍能在30min内将5mL 50mg·L^-1Cr(VI)完全去除，但106天后，30min时，其对5mL 50mg·L^-1Cr(VI)的去除率降为74.0％；改性酵母菌负载的纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC_M)贮存280天后，10.0mg实施例5制备的Au/Fe/SC_M仍能在5min内，将5.0mL50mg·L^-1Cr(VI)的完全去除，说明Au/Fe/SC能在空气中稳定100天，而以改性酵母菌为载体制备的Au/Fe/SC_M能稳定280天以上。

(4)该酵母菌负载纳米铁金复合材料制备方法简单，反应条件温和，耗时短，能耗低。酵母菌负载纳米铁金复合材料在合成或使用完毕后会自动沉降，便于复合材料的分离和回收利用。

附图说明

图1为制备的Au/Fe/SC的XRD图。

图2为酵母菌载体、对比实施例1制备的酵母菌负载纳米零价铁(Fe/SC)及实施例1制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)的扫描电镜图(a,b,c)和EDS图(b,d,f)。

图3 8mg酵母菌载体(▼)、对比实施例4制备的酵母菌负载纳米零价铁Fe/SC(○)与实施例15制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料Au/Fe/SC(●)对5.0mL 100mg·L^-1Cr(VI)的去除动态比较图。图中，横坐标为时间t(h)，纵坐标为Cr(VI)残留率(c_t/c₀)，c_t和c₀分别为反应t h后和起始时Cr(VI)的浓度。

图4为实施例8中以改性酵母菌为载体制备的改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(a)和对比实施例3中以改性酵母菌为载体制备的改性酵母菌负载纳米零价铁(b)对8.0mL0.05mmol·L^-1 2,4,6-三氯苯酚的降解性能比较图。纳米材料加入量均为4mg。图中，横坐标为时间t(h)，纵坐标为2,4,6-三氯苯酚的残留率(c_t/c₀)，c_t和c₀分别为反应t h后和起始时2,4,6-三氯苯酚的浓度。

图5为10mg实施例1(○)、2(▼)、3(△)、4(■)中制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料以及对比实施例1中制备的酵母菌负载纳米零价铁(●)对5.0mL50mg·L^-1Cr(VI)的去除性能比较图。图中，横坐标为时间t(h)，纵坐标为Cr(VI)残留率(c_t/c₀)，c_t和c₀分别为反应t h后和起始时Cr(VI)的浓度。

图6为实施例7中制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料降解甲基橙的性能图。图中，横坐标为波长λ(nm)，纵坐标为吸光度A。

图7为实施例6中制备的改性酵母菌负载纳米铁金复合材料降解亚甲基蓝的性能图。图中，横坐标为波长λ(nm)，纵坐标为吸光度A。

图8为实施例8中以改性酵母菌为载体制备的改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(a)和对比实施例3中以改性酵母菌为载体制备的改性酵母菌负载纳米零价铁(b)对8.0mL0.05mmol·L^-1 2,4-二氯苯酚的降解性能比较图。纳米材料加入量均为4mg。图中，横坐标为时间t(h)，纵坐标为2,4-二氯苯酚的残留率(c_t/c₀)，c_t和c₀分别为反应t h后和起始时2,4-二氯苯酚的浓度。

图9为实施例8中以改性酵母菌为载体制备的改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(a)和对比实施例3中以改性酵母菌为载体制备的改性酵母菌负载纳米零价铁(b)对8.0mL0.05mmol·L^-1 4-氯苯酚的降解性能比较图。纳米材料加入量均为4mg。图中，横坐标为时间t(h)，纵坐标为4-氯苯酚的残留率(c_t/c₀)，c_t和c₀分别为反应t h后和起始时4-氯苯酚的浓度。

图10为实施例8中以改性酵母菌为载体制备的改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(a)和对比实施例3中以改性酵母菌为载体制备的改性酵母菌负载纳米零价铁(b)对8.0mL0.05mmol·L^-1 2-氯苯酚的降解性能比较图。纳米材料加入量均为4mg。图中，横坐标为时间t(h)，纵坐标为2-氯苯酚的残留率(c_t/c₀)，c_t和c₀分别为反应t h后和起始时2-氯苯酚的浓度。

具体实施方式

下面，本发明将用实施例进行进一步的说明，但是它并不限于这些实施例的任一个或类似实例。

实施例1：

(1)酵母菌培养及处理：如前所述，进行摇瓶培养酵母菌，然后收集并洗涤酵母，冷冻干燥。

(2)准确称取1.0g酵母菌于100mL烧杯中，加入5.0mL 0.90mol·L^-1的FeSO₄·7H₂O溶液，置于30℃水浴中以200r·min^-1的转速搅拌30min，在3000rmin^-1转速下离心10min，得到吸附有Fe²⁺的酵母菌载体。

(3)将步骤(2)得到的吸附有Fe²⁺的酵母菌转入250mL三口瓶中，加入5.0mL水，置于30℃水浴中以200r·min^-1的转速搅拌30min，同时以0.5mL·min^-1的速度通入N₂。在持续搅拌和在通N₂的条件下，通过恒压漏斗以0.80mL·min^-1的速度滴入25.0mL 0.54mol·L^-1的NaBH₄溶液。继续反应1h后取出。在8000r·min^-1条件下离心10min，固体用二次蒸馏水洗涤3次，即得酵母菌负载的纳米零价铁(Fe/SC)。

(4)将步骤(3)所得Fe/SC悬浮在3.0mL水中，加入0.32mL 23.7mmol·L^-1氯金酸溶液，持续搅拌或振荡反应0.5h～2h后，在8000r·min^-1条件下离心5min，固体用二次蒸馏水洗涤3次，冷冻干燥研磨后即得酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)。

实施例2：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例1，除了加入的氯金酸溶液为0.42mL。

实施例3：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例1，除了加入的氯金酸溶液为0.53mL。

实施例4：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例1，除了加入的氯金酸溶液为0.64mL。

实施例5：

酵母菌的培养及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例4，除了所用的载体为改性酵母菌载体，即将常规方法培养酵母菌，离心，洗涤后，重新悬浮在质量百分比浓度为0.5～10％的氢氧化钠溶液中，在40～60℃的温度下以100r·min^-1进行振荡处理24～48小时后，离心、洗涤后，冷冻干燥所得。

实施例6：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例1，除了加入的FeSO₄·7H₂O溶液浓度为0.05mol·L^-1，NaBH₄溶液浓度为0.1mol·L^-1，氯金酸体积为1.0mL。

实施例7：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例6，除了用的是改性酵母菌载体。

实施例8：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例5，除了加入的改性酵母菌载体为0.3g,FeSO₄·7H₂O溶液浓度为0.129mol·L^-1，NaBH₄溶液浓度为0.0512mol·L^-1。

实施例9：

酵母菌的培养、处理及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例5，除了用质量百分比浓度为0.1～5％的吐温-80溶液代替质量百分比浓度为0.5～10％的氢氧化钠溶液。

实施例10：

酵母菌的培养、处理及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例5，除了用质量百分比浓度为0.5～10％的盐酸溶液代替质量百分比浓度0.5～10％的氢氧化钠溶液。

实施例11：

酵母菌的培养及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例5，除了用质量百分比浓度为1～20％的氯化钠溶液代替质量百分比浓度为0.5～10％的氢氧化钠溶液。

实施例12：

酵母菌的培养及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例5，除了用质量百分比浓度为1～20％的氯化钾溶液代替质量百分比浓度为0.5～10％的氢氧化钠溶液。

实施例13：

酵母菌的培养及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例5，除了用质量百分比浓度为1～20％的乙醇溶液代替质量百分比浓度为0.5～10％的氢氧化钠溶液。

实施例14：

酵母菌的培养及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例5，除了用质量百分比浓度为0.1～5％的TritonX-100溶液代替质量百分比浓度为0.5～10％的氢氧化钠溶液。

实施例15：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例1，除了加入的FeSO₄·7H₂O溶液浓度为1.289mol·L^-1，NaBH₄溶液浓度为2.50mol·L^-1。

实施例16：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例1，除了加入的FeSO₄·7H₂O溶液浓度为0.52mol·L^-1，NaBH₄溶液浓度为0.12mol·L^-1，加入的氯金酸溶液为0.30mL。

实施例17：

培养、处理酵母及酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备步骤同实施例1，除了加入的FeSO₄·7H₂O溶液浓度为1.43mol·L^-1，NaBH₄溶液浓度为2.40mol·L^-1，加入的氯金酸溶液为0.53mL。

对比实施例1：

培养、处理酵母及酵母菌负载纳米零价铁的制备步骤同实施例1，将所得酵母菌负载纳米零价铁冷冻干燥。

对比实施例2：

培养、处理酵母及酵母菌负载纳米零价铁的制备步骤同实施例5，将所得酵母菌负载纳米零价铁冷冻干燥。

对比实施例3：

培养、处理酵母及酵母菌负载纳米零价铁的制备步骤同实施例8，将所得酵母菌负载纳米零价铁冷冻干燥。

对比实施例4：

培养、处理酵母及酵母菌负载纳米零价铁的制备步骤同实施例15，将所得酵母菌负载纳米零价铁冷冻干燥。

应用实施例1：

酵母菌负载的纳米铁金复合材料去除水体中的Cr(VI)

水体中Cr(VI)的去除在10mL离心管中进行。依次往10mL比色管中加入4.50mL0.10mol·L^-1磷酸盐缓冲溶液(pH＝6)、0.50mL 500mg·L^-1Cr(VI)溶液和10.0mg酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)或酵母菌负载纳米零价铁(Fe/SC)，摇匀后置于25℃水浴中并开始计时，定时取出0.10mL采用1,5-二苯基碳酰二肼法测定Cr(VI)的去除率。

当加入的是10.0mg实施例1中制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)时，2h后，Cr(VI)的去除率为86.3％(见附图5中标记为○的曲线)。

当加入的是10.0mg实施例2中制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)时，2h后，Cr(VI)的去除率为92.0％(见附图5中标记为▼的曲线)。

当加入的是10.0mg实施例3中制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)时，反应15min、30min时，Cr(VI)的去除率为分别为47.9％、87.8％，1h后，Cr(VI)的去除率为100％(见附图5中标记为△的曲线)。

当加入的是10.0mg实施例4中制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)时，反应15min、30min时，Cr(VI)的去除率为分别为65.5％、96.8％，1h后，Cr(VI)的去除率为100％(见附图5中标记为■的曲线)。

当加入的是10.0mg对比实施例1中制备的酵母菌负载纳米零价铁(Fe/SC)时，1h后，Cr(VI)的去除率为52.1％(见附图5中标记为●的曲线)。

当加入的是10.0mg实施例5中制备的改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC_M)时，5min后，Cr(VI)被完全去除，而当加入的是10.0mg对比实施例2中制备的改性酵母菌负载纳米零价铁(Fe/SC_M)时，15min后，Cr(VI)被完全去除。

通过对比表明，Au/Fe/SC去除Cr(VI)的反应活性明显高于未经纳米金修饰的Fe/SC，Au/Fe/SC_M去除Cr(VI)的反应活性明显高于未经纳米金修饰的Fe/SC_M，而Au/Fe/SC_M去除Cr(VI)的反应活性又高于Au/Fe/SC。说明纳米金修饰显著提高了酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)和改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC_M)对Cr(VI)的去除反应活性，酵母菌载体的化学改性能进一步增强酵母菌负载纳米铁金复合材料对重金属Cr(VI)的去除活性。

应用实施例2：

酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解2,4,6-三氯苯酚

酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解2,4,6-三氯苯酚的反应在10mL玻璃离心管中进行。称取10.0mg酵母菌负载的纳米铁金复合材料于10mL离心管中，加入4.00mL0.10mmol·L^-1的2,4,6-三氯苯酚溶液。充分摇匀后置于30℃空气浴振荡器中进行反应。定时取0.20mL上清液进行HPLC检测，采用外标法计算2,4,6-三氯苯酚的降解率。

当加入的是10.0mg实施例4中制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料时，2h后，2,4,6-三氯苯酚的降解率为35.5％，而加入10.0mg对比实施例1中制备的酵母菌负载纳米零价铁时，2h后，2,4,6-三氯苯酚的降解率为11.2％。

当加入的是10.0mg实施例5中制备的酵母菌负载纳米铁金复合材料时，2h后，2,4,6-三氯苯酚的降解率为46.5％，而加入10.0mg对比实施例2中制备的酵母菌负载纳米零价铁时，2h后，2,4,6-三氯苯酚的降解率为21.5％。

通过对比表明，Au/Fe/SC降解2,4,6-三氯苯酚的反应活性明显高于未经纳米金修饰的Fe/SC，Au/Fe/SC_M降解2,4,6-三氯苯酚的反应活性明显高于未经纳米金修饰的Fe/SC_M，酵母菌载体经过化学处理后，制备的Au/Fe/SC_M降解2,4,6-三氯苯酚的反应活性增加了31.0％。说明纳米金修饰显著提高了酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)和改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC_M)对2,4,6-三氯苯酚的降解反应活性，酵母菌载体的化学改性能进一步增强酵母菌负载纳米铁金复合材料对2,4,6-三氯苯酚的降解性能。

应用实施例3：

酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解甲基橙

取0.023mmol·L^-1甲基橙溶液3.00mL和16.0mg实施例6制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)于比色皿中，用移液枪迅速吹吸混匀，在200～600nm范围内扫描紫外光谱图(见附图6)。而用等量的酵母菌负载的纳米零价铁(Fe/SC)代替Au/Fe/SC的对照溶液中，反应24h仍未见500nm处的最大吸收峰有明显降低。通过对比表明，所制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料能用于降解甲基橙，纳米金修饰能催化酵母菌负载纳米零价铁对甲基橙的降解反应。在16.0mg实施例6制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料存在下，6min内，初始浓度为0.023mmol·L^-1的甲基橙降解率为92.8％，40min后全部降完。

应用实施例4：

酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解亚甲基蓝

取0.006mmol·L^-1的亚甲基蓝溶液3.00mL和60.0mg实施例7制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料于比色皿中，用移液枪迅速吹吸混匀，在400～800nm范围内扫描紫外光谱图(见附图7)。而用等量的酵母菌负载的纳米零价铁(Fe/SC)代替Au/Fe/SC的对照溶液中，反应48h仍未见663nm处的最大吸收峰有明显降低。通过对比表明，所制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料能用于降解亚甲基蓝，纳米金修饰能催化酵母菌负载纳米零价铁对亚甲基蓝的降解反应。在60.0mg实施例7制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料存在下，反应5min时，初始浓度为0.006mmol·L^-1的亚甲基蓝的降解率为82.1％，2h后降解率达到94.1％。

应用实施例5：

酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解2,4-二氯苯酚

称取4.0mg酵母菌负载的纳米铁基复合材料于10mL离心管中，依次加入7.60mL水和0.40mL 1.00mmol·L^-1的2,4-二氯苯酚溶液。充分摇匀后置于30℃空气浴振荡器中进行反应。定时取0.20mL上清液进行HPLC检测，采用外标法计算2,4-二氯苯酚的降解率。

当加入的是4.0mg实施例8中制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料时，10h后，2,4-二氯苯酚的降解率为78.0％(见附图8a)。

当加入的是10.0mg对比实施例3中制备的酵母菌负载的纳米零价铁时，10h后，2,4-二氯苯酚的降解率为18.0％(见附图8b)。

通过对比表明，纳米金修饰显著提高了酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解2,4-二氯苯酚的反应活性。

应用实施例6：

酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解4-氯苯酚

称取4.0mg酵母菌负载的纳米铁基复合材料于10mL离心管中，依次加入7.60mL水和0.40mL 1.00mmol·L^-1的4-氯苯酚溶液。充分摇匀后置于30℃空气浴振荡器中进行反应。定时取0.20mL上清液进行HPLC检测，采用外标法计算4-氯苯酚的降解率。

当加入的是4.0mg实施例8中制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料时，10h后，4-氯苯酚的降解率为52.0％(见附图9a)。

当加入的是10.0mg对比实施例3中制备的酵母菌负载的纳米零价铁时，16h后，4-氯苯酚的降解率为7.0％(见附图9b)。

通过对比表明，纳米金修饰显著提高了酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解4-氯苯酚的反应活性。

应用实施例7：

酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解2-氯苯酚

称取4.0mg酵母菌负载的纳米铁基复合材料于10mL离心管中，依次加入7.60mL水和0.40mL 1.00mmol·L^-1的2-氯苯酚溶液。充分摇匀后置于30℃空气浴振荡器中进行反应。定时取0.20mL上清液进行HPLC检测，采用外标法计算2-氯苯酚的降解率。

当加入的是4.0mg实施例8中制备的酵母菌负载的纳米铁金复合材料时，8h后，2-氯苯酚的降解率为72.0％(见附图10a)。

当加入的是10.0mg对比实施例3中制备的酵母菌负载的纳米零价铁时，12h后，2-氯苯酚的降解率为11.0％(见附图10b)。

通过对比表明，纳米金修饰显著提高了酵母菌负载的纳米铁金复合材料降解2-氯苯酚的反应活性。

Claims (7)

1.一种酵母菌负载纳米铁金复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按常规方法培养酵母菌，将所得的酵母菌离心，洗涤后，冷冻干燥得酵母菌载体；或将所得的酵母菌离心，洗涤后，重新悬浮在具有促进酵母菌自溶的化学试剂中，在40～60℃的温度下搅拌或振荡处理24～48小时进行化学处理； 离心、洗涤后，冷冻干燥，得到经过化学处理的改性酵母菌载体；

(2)将铁盐或亚铁盐水溶液加入到步骤(1)得到的酵母菌载体或改性酵母菌载体中，在50～200r·min^-1下搅拌或振荡0.5～2h，离心、洗涤后，得到吸附有Fe²⁺或Fe³⁺的酵母菌或改性酵母菌；

(3)在持续搅拌或振荡的条件下，往步骤(2)得到的吸附有Fe²⁺或Fe³⁺的酵母菌或改性酵母菌中加入还原剂溶液，继续搅拌或振荡反应0.5h～2h，在8000r·min^-1转速下离心10min后，固体用二次蒸馏水洗涤3次，得到酵母菌负载的纳米零价铁(Fe/SC)或改性酵母菌负载的纳米零价铁(Fe/SC_M)；

(4)将步骤(3)所得酵母菌负载纳米零价铁或改性酵母菌负载纳米零价铁悬浮在水中，加入氯金酸溶液，持续搅拌或振荡反应0.5h～2h后，在8000r·min^-1条件下离心10min，固体用二次蒸馏水洗涤3次，冷冻干燥研磨后即得酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC)或改性酵母菌负载纳米铁金复合材料(Au/Fe/SC_M)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中，所述的酵母菌为面包酵母或酿酒酵母。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述的化学试剂为下述试剂中的一种或一种以上：

质量百分比浓度为0.1～5％的吐温-80溶液；或

质量百分比浓度为0.1～5％的TritonX-100溶液；或

质量百分比浓度为0.5～10％的盐酸溶液；或

质量百分比浓度为0.5～10％的氢氧化钠溶液；或

质量百分比浓度为1～20％的乙醇溶液；或

质量百分比浓度为1～20％的氯化钾溶液；或

质量百分比浓度为1～20％的氯化钠溶液。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中，所述的酵母菌载体或改性酵母菌载体质量为0.2～8.0g，所述的铁盐或亚铁盐浓度为0.02～1.43mol·L^-1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中，所述的还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾，浓度为0.04～2.80mol·L^-1，加入的速率为0.20～1.00mL·min^-1，硼氢化钠或硼氢化钾与Fe²⁺或Fe³⁺的物质的量比为2～10:1，在搅拌或振荡的同时以0.5～0.8mL·min^-1的供气速度往溶液中通N₂。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中，所述的氯金酸中金与酵母菌载体的质量比为0.05～4.0：100。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，通过调节酵母菌载体与铁盐的质量比，和/或通过调节金盐与酵母菌的质量比，和/或通过调节还原剂浓度，和/或通过调节反应温度，和/或通过调节反应时间，和/或通过调节搅拌或振荡速度来控制nZVI粒径和纳米金的覆盖率。

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