CN109809423A - 一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高岭土矿物加工方法，具体涉及一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法；通过选用特定的废弃中药渣蒸煮后的滤液的作为培养特定组合菌的原料，和组合菌培养基的其他原料结合，与混合菌、高岭土矿浆共混震荡反应，利用细菌将高岭土中不溶的Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺，再通过固液分离得到增白的高岭土；实验表明，本发明采用的培养基培养的细菌与高岭土反应去除高岭土中Fe₂O₃，Fe₂O₃含量降低明显，可以提高细菌还原高岭土Fe₂O₃的量，从而进一步提高制得高岭土的白度。

Description

一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法

技术领域

本发明涉及高岭土矿物加工方法，具体涉及一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法。

背景技术

高岭土是一种具有优良工艺性能和重要应用价值的非金属矿产,主要由高岭石、云母和石英等组成。高岭土用途十分广泛,用于造纸、陶瓷和耐火材料,涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料等。近年来，市场对高岭土的需求量在不断增加，特别造纸和陶瓷行业中对高岭土的白度有较高要求。铁杂质是高岭土着色的一个主要成因,限制了高岭土的应用。因此，降低高岭土染色物质的含量，可以达到提高高岭土白度的目的。

目前高岭土的漂白通常采用物理方法和化学方法。物理法如：(1)水选法：在去除石英云母等杂质的同时也除去部分铁矿物，使白度有所提高；(2)磁选法：主要除去具有一定磁性铁的氧化物，去除效果与杂质磁性铁强弱有关。化学法主要有：(1)酸浸法；(2)还原法，如将高岭土中不溶的Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺，再通过固液分离去除；(3)氧化法；(4)氧化-还原法。物理法和化学法除铁增白普遍存在着处理过程能量消耗大、操作成本高、给环境带来污染等缺点。

矿物生物(主要是细菌)加工技术是一门新兴的矿物加工技术，其显著特点是投资少、成本低、能耗小、环境友好，可克服物理法和化学法在矿物加工除铁技术的不足。细菌除铁是基于细菌将将高岭土中不溶的Fe₂O₃还原转化成可溶的Fe²⁺，再通过固液分离去除，降低高岭土中Fe₂O₃含量，提高高岭土的白度。本专利采用中药渣提取物作为微生物培养剂的部分营养物质，促进高岭土微生物除铁，变废为宝，节约成本，实现废物资源化利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何低成本且高效地对高岭土进行除铁增白。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明公开一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，包括以下步骤：

S1：将20-40g粒径为100-300目的高岭土中加入200-400mL自来水，配制成高岭土矿浆。

S2：在高岭土矿浆中加入1-5g豆渣、10-50g鱼糜废水、1-3g蛋白胨、4-10g葡萄糖、0.2g/L的NTA 100-200mL，0.05-0.1g表面活性剂、0.05-0.1g无机盐，混合均匀，得到高岭土培养基A；所述无机盐为磷酸钠、磷酸二氢钠、偏磷酸钠、硫酸镁、氯化钙或氯化锌中的一种或一种以上的任意组合；所述表面活性剂为吐温80、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种或一种以上的任意组合；

S3：将10-15g龙胆草渣、10-15g苍术渣、10-15g山药渣和300-400mL自来水混合、粉碎，于80-100℃水煮40-60min，过滤，得到滤液，作为高岭土除铁微生物的营养组成成分；

S4：将滤液与高岭土培养基A混合得到高岭土培养基B。将高岭土培养基B于121℃灭菌20-30min，冷却至20-25℃，加入由产酸克雷伯菌，产乙醇热厌氧杆菌、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶5∶7∶5∶6混合得到的混合菌液，搅拌均匀，震荡反应30-40h，将高岭土不溶的中Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺；

所述混合菌液的浓度为10⁷-10⁹CFU/mL；

S5：将反应产物进行固液分离，分离得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的高岭土。

本发明的有益效果在于：本发明提供的复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法中，通过选用特定的废弃中药渣水煮后的滤液的作为培养特定组合菌的原料，并和组合菌培养基的其他原料结合，与混合菌、高岭土矿浆共混震荡反应，利用细菌将高岭土中不溶的Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺，再通过固液分离得到增白的高岭土；实验表明，本发明采用的培养基培养的细菌与高岭土反应去除高岭土中Fe₂O₃，Fe₂O₃含量降低明显，从而明显提高了高岭土白度，本发明中，中药渣不仅仅为培养基提供了碳源和氮源，中药渣中含有或通过反应产生促进铁还原菌还原铁反应的物质；本发明在铁还原菌和高岭土混合反应体系中加入0.2g/L NTA，NTA作为络合物，可以提高细菌还原高岭土Fe₂O₃的量，从而进一步提高制得高岭土的白度。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过选用特定的废弃中药水蒸煮后的滤液的作为培养特定组合菌的原料，并和组合菌培养基的其他原料结合，与混合菌、高岭土矿浆共混震荡反应，利用细菌将高岭土中不溶的Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺。

本发明公开一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，包括以下步骤：

S1：将20-40g粒径为100-300目的高岭土中加入200-400mL自来水，配制成高岭土矿浆。

S2：在高岭土矿浆中加入1-5g豆渣、10-50g鱼糜废水、1-3g蛋白胨、4-10g葡萄糖、0.2g/L的NTA 100-200mL，0.05-0.1g表面活性剂、0.05-0.1g无机盐，混合均匀，得到高岭土培养基A；所述无机盐为磷酸钠、磷酸二氢钠、偏磷酸钠、硫酸镁、氯化钙或氯化锌中的一种或一种以上的任意组合；所述表面活性剂为吐温80、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种或一种以上的任意组合；

S3：将10-15g龙胆草渣、10-15g苍术渣、10-15g山药渣和300-400mL水混合、粉碎，于80-100℃水煮40-60min，过滤，得到滤液，作为高岭土除铁微生物的营养组成成分；

S4：将滤液与高岭土培养基A混合得到高岭土培养基B。将高岭土培养基B于121℃灭菌20-30min，冷却至20-25℃，加入由产酸克雷伯菌，产乙醇热厌氧杆菌、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶5∶7∶5∶6混合得到的混合菌液，搅拌均匀，震荡反应30-40h，将高岭土不溶的中Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺；

所述混合菌液的浓度为10⁷-10⁹CFU/mL；

S5：将反应产物进行固液分离，分离得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的高岭土。

上述复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法中，通过选用特定的废弃中药渣水煮后的滤液的作为培养特定组合菌的原料，并和组合菌培养基的其他原料结合，与混合菌、高岭土矿浆共混震荡反应，利用细菌将高岭土中不溶的Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺，再通过固液分离得到增白的高岭土；实验表明，本发明采用的培养基培养的细菌与高岭土反应去除高岭土中Fe₂O₃，Fe₂O₃含量降低明显，从而明显提高了高岭土白度，本发明中，中药渣水提物不仅仅为培养基提供了碳源和氮源，中药渣中含有或通过反应产生促进铁还原菌还原铁反应的物质；本发明在铁还原菌和高岭土混合反应体系中加入0.2g/L NTA，NTA作为络合物，可以提高细菌还原高岭土Fe₂O₃的量，从而进一步提高制得高岭土的白度。

进一步的，上述复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法中，所述表面活性剂为0.025-0.05g聚乙二醇和0.025-0.05g十二烷基磺酸钠。

进一步的，上述复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法中，所述无机盐为0.025-0.05g偏磷酸钠和0.025-0.05g硫酸镁。

进一步的，上述复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法中，所述S2具体为：在高岭土矿浆中加入1-5g豆渣、10-50g鱼糜废水、1-3g蛋白胨、4-10g葡萄糖、0.2g/L的NTA 100-200mL，0.025-0.05g聚乙二醇、0.025-0.05g十二烷基磺酸钠、0.025-0.05g偏磷酸钠和0.025-0.05g硫酸镁，混合均匀，得到高岭土培养基A。

进一步的，上述复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法中，所述S5具体为：

将反应产物进行固液分离，分离得到的固体经过105℃干燥15min后，即得到除铁增白后的高岭土。

上述利用混合菌还原铁的高岭土增白方法中的菌种补充说明：

产酸克雷伯菌，可以是IMFRCUG-1，公开于授权公告号为CN104974964B的中国发明专利文献，已于2015年5月27日保藏于中国典型培养物保藏中心，其简称为CCTCC，保藏编号为M2015332；

产乙醇热厌氧杆菌可以是Thermoanaerobacter，公开于授权公告号为CN101490242B的中国发明专利文献，已保藏于中国农业微生物菌种保藏中心，其简称为ACCC，保藏号为00386；

铁还原菌FeRB-FL1401，选自林玉满，陈小岚，魏招娣，许旭萍。一株铁还原菌FeRBFL1404的分离和鉴定及其去除高岭土中Fe(Ⅲ)研究。中国非金属矿工业导刊，2015，(1)(总第114期)：11-15；

铁还原菌RBEL3：选自魏招娣，许旭萍，陈文瑞，林玉满。铁还原菌RBEL3胞外聚合物还原高岭土中铁的研究。非金属矿，2015,38(1)：59-62；

铁还原菌FL-H1：选自林玉满，陈文瑞，陈祖亮。铁还原菌FL-H1去除高岭土中铁的研究。非金属矿，2010,33，(6)：11-14。

实施例1

一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，包括以下步骤：

S1：将20g粒径为100目的高岭土中加入200mL自来水，配制成高岭土矿浆。

S2：在高岭土矿浆中加入1g豆渣、10g鱼糜废水、1g蛋白胨、4g葡萄糖、0.2g/L的NTA100mL，0.025g聚乙二醇、0.025g十二烷基磺酸钠、0.025g偏磷酸钠和0.025g硫酸镁，混合均匀，得到高岭土培养基A；

S3：将10g龙胆草渣、10g苍术渣、10g山药渣和300mL水混合、粉碎，于80℃水煮40min，过滤，得到滤液，作为高岭土除铁微生物的营养组成成分；

S4：将滤液与高岭土培养基A混合得到高岭土培养基B。将高岭土培养基B于121℃灭菌20min，冷却至20℃，加入由产酸克雷伯菌IMFRCUG-1(CCTCC M2015332)，产乙醇热厌氧杆菌(ACCC 00386)、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶5∶7∶5∶6混合得到的混合菌液，搅拌均匀，震荡反应30h，将高岭土不溶的中Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺；

所述混合菌液的浓度为10⁷CFU/mL；

S5：将反应产物进行固液分离，分离得到的固体经过105℃干燥15min后，即得到除铁增白后的高岭土。

实施例2

一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，包括以下步骤：

S1：将40g粒径为300目的高岭土中加入400mL自来水，配制成高岭土矿浆。

S2：在高岭土矿浆中加入5g豆渣、50g鱼糜废水、3g蛋白胨、10g葡萄糖、0.2g/L的NTA 200mL，0.05g聚乙二醇、0.05g十二烷基磺酸钠、0.05g偏磷酸钠和0.05g硫酸镁，混合均匀，得到高岭土培养基A；

S3：将15g龙胆草渣、15g苍术渣、15g山药渣和400mL水混合、粉碎，于100℃水煮60min，过滤，得到滤液，作为高岭土除铁微生物的营养组成成分；

S4：将滤液与高岭土培养基A混合得到高岭土培养基B。将高岭土培养基B于121℃灭菌30min，冷却至25℃，加入由产酸克雷伯菌IMFRCUG-1(CCTCC M2015332)，产乙醇热厌氧杆菌(ACCC 00386)、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶5∶7∶5∶6混合得到的混合菌液，搅拌均匀，震荡反应30-40h，将高岭土不溶的中Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺；

所述混合菌液的浓度为10⁹CFU/mL；

S5：将反应产物进行固液分离，分离得到的固体经过105℃干燥15min后，即得到除铁增白后的高岭土。

实施例3

一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，包括以下步骤：

S1：将30g粒径为200目的高岭土中加入300mL自来水，配制成高岭土矿浆。

S2：在高岭土矿浆中加入3g豆渣、30g鱼糜废水、2g蛋白胨、7g葡萄糖、0.2g/L的NTA150mL，0.04g聚乙二醇、0.04g十二烷基磺酸钠、0.04g偏磷酸钠和0.04g硫酸镁，混合均匀，得到高岭土培养基A；

S3：将12g龙胆草渣、12g苍术渣、12g山药渣和350mL水混合、粉碎，于90℃水煮50min，过滤，得到滤液，作为高岭土除铁微生物的营养组成成分；

S4：将滤液与高岭土培养基A混合得到高岭土培养基B。将高岭土培养基B于121℃灭菌25min，冷却至22℃，加入由产酸克雷伯菌IMFRCUG-1(CCTCC M2015332)，产乙醇热厌氧杆菌(ACCC 00386)、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶5∶7∶5∶6混合得到的混合菌液，搅拌均匀，震荡反应35h，将高岭土不溶的中Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺；

所述混合菌液的浓度为10⁸CFU/mL；

S5：将反应产物进行固液分离，分离得到的固体经过105℃干燥15min后，即得到除铁增白后的高岭土。

上述3个实施例涉及的中药渣培养微生物对高岭土除铁增白的方法处理前后的高岭土的白度进行检测，结果如下表所示：

由上表可知，本发明涉及的复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法制得的高岭土相比未经处理的高岭土，Fe₂O₃含量均有明显降低，自然白度和1280℃烧结成的高岭土的白度均有明显地提升。

综上所述，本发明提供的复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法中，通过选用特定的废弃中药渣水煮后的滤液的作为培养特定组合菌的原料，和组合菌培养基的其他原料结合，与混合菌、高岭土矿浆共混震荡反应，利用细菌将高岭土中不溶的Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺，再通过固液分离得到增白的高岭土；实验表明，本发明采用的培养基培养的细菌与高岭土反应去除高岭土中Fe₂O₃，Fe₂O₃含量降低明显，从而明显提高了高岭土白度，本发明中，中药渣不仅仅为培养基提供了碳源和氮源，中药渣中含有或通过反应产生促进铁还原菌还原铁反应的物质；本发明在铁还原菌和高岭土混合反应体系中加入0.2g/L NTA，NTA作为络合物，可以提高细菌还原高岭土Fe₂O₃的量，从而进一步提高制得高岭土的白度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将20-40g粒径为100-300目的高岭土中加入200-400mL自来水，配制成高岭土矿浆；

S2：在高岭土矿浆中加入1-5g豆渣、10-50g鱼糜废水、1-3g蛋白胨、4-10g葡萄糖、0.2g/L的NTA 100-200mL，0.05-0.1g表面活性剂、0.05-0.1g无机盐，混合均匀，得到高岭土培养基A；所述无机盐为磷酸钠、磷酸二氢钠、偏磷酸钠、硫酸镁、氯化钙或氯化锌中的一种或一种以上的任意组合；所述表面活性剂为吐温80、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种或一种以上的任意组合；

S3：将10-15g龙胆草渣、10-15g苍术渣、10-15g山药渣和300-400mL水混合、粉碎，于80-100℃蒸煮40-60min，过滤，得到滤液，作为高岭土除铁微生物的营养组成成分；

S4：将滤液与高岭土培养基A混合得到高岭土培养基B，将高岭土培养基B于121℃灭菌20-30min，冷却至20-25℃，加入由产酸克雷伯菌，产乙醇热厌氧杆菌、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶5∶7∶5∶6混合得到的混合菌液，搅拌均匀，震荡反应30-40h，将高岭土不溶的中Fe₂O₃还原成可溶的Fe²⁺；

所述混合菌液的浓度为10⁷-10⁹CFU/mL；

S5：将反应产物进行固液分离，分离得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的高岭土。

2.根据权利要求1所述的复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，其特征在于，所述表面活性剂为0.025-0.05g聚乙二醇和0.025-0.05g十二烷基磺酸钠。

3.根据权利要求1所述的复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，其特征在于，所述无机盐为0.025-0.05g偏磷酸钠和0.025-0.05g硫酸镁。

4.根据权利要求1所述的复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，其特征在于，所述S2具体为：在高岭土矿浆中加入1-5g豆渣、10-50g鱼糜废水、1-3g蛋白胨、4-10g葡萄糖、0.2g/L的NTA 100-200mL，0.025-0.05g聚乙二醇、0.025-0.05g十二烷基磺酸钠、0.025-0.05g偏磷酸钠和0.025-0.05g硫酸镁，混合均匀，得到高岭土培养基A。

5.根据权利要求1所述的复合营养物用于高岭土微生物除铁的方法，其特征在于，所述S5具体为：

将反应产物进行固液分离，分离得到的固体经过105℃干燥15min后，即得到除铁增白后的高岭土。