CN1559664A - 细菌矿化纳米针铁矿的制备及其应用 - Google Patents

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方玲
祝春水
龚文琪
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Abstract

本发明涉及一种细菌矿化纳米针铁矿的制备及其应用。细菌矿化纳米针铁矿的制备，其特征是由如下步骤实现：将两种密切共生的天然铁细菌嘉利翁氏菌和天然铁细菌纤发菌矿化而成的生物矿化物与蒸馏水配成1∶6的水溶液，通过搅拌、沉降、分离，反复洗涤4－6次除去悬浮物和有机杂质，将沉淀分离物在30℃－80℃下烘干，烘干样过160目筛后，取其细粒部分，然后用去离子水按固液比1∶10制成悬浮液，震荡平衡24－48小时后，再经过滤和30℃－80℃低温干燥制成细菌矿化纳米针铁矿。所述的细菌矿化纳米针铁矿应用于重金属污水处理。本发明具有吸附能力强、吸附容量大的特点。

Description

细菌矿化纳米针铁矿的制备及其应用
技术领域
本发明涉及一种细菌矿化纳米针铁矿的制备及其应用。
背景技术
目前对于重金属污染及其废水处理主要采用化学沉淀法和固体吸附材料。细菌矿化纳米针铁矿作为固体吸附材料用于重金属污水处理，在国内外还未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸附能力强、吸附容量大的细菌矿化纳米针铁矿的制备及其应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：细菌矿化纳米针铁矿的制备是由如下步骤实现：将两种密切共生的天然铁细菌嘉利翁氏菌(Gallionella ferruginea)和天然铁细菌纤发菌(Leptothrix ochracea)矿化而成的生物矿化物与蒸馏水配成1∶6的水溶液，通过搅拌、沉降、分离，反复洗涤4-6次除去悬浮物和有机杂质，将沉淀分离物在30-80℃下烘干，烘干样过160目筛后，取其细粒部分，然后用去离子水按固液比1∶10制成悬浮液，震荡平衡24-48小时后，再经过滤和低温(30-80℃)干燥制成细菌矿化纳米针铁矿。
所得到的细菌矿化纳米针铁矿用扫描电镜分析具有显微螺旋和管状构造的针铁矿应占85％以上，细菌矿化纳米针铁矿主要化学成分(质量百分数)：Fe2O3 63.60，SiO2 2.24，Al2O33.29、H2O 29.68，主要物相为由粒径约5--50nm针铁矿纳米晶和部分无定型水合氧化铁构成，其中粒径约5--50nm针铁矿纳米晶在物相中所占的比例为≥70％。
如上所述的细菌矿化纳米针铁矿应用于重金属污水处理，待处理废水pH应调至5-10，一般在5.5-7较佳，细菌矿化纳米针铁矿投放量2-5g/l，与废水混合保持吸附平衡时间2-4小时，对浓度范围在2.3---39.4mg/l的铅、锌、铜、铬(含三价和六价)、镉的最高去除率可达93.5-99.2％。通常污水中铅、锌、铜、铬、镉、银重金属的浓度范围小于5mg/l，处理后能满足我国污水综合排放标准(GB 8978-1996)。
本发明与一般的针铁矿材料不同，它是由天然铁细菌的生物矿化作用形成，并经过上述工艺步骤后得到细菌矿化纳米针铁矿，它具有独特的微结构，如含大量亚微米-纳米介孔结构等；生物矿化形成的针铁矿结晶度低、结晶粒度小，多在几到几十纳米，故其比表面积大，化学活性更高，对重金属吸附能力强，吸附容量大，而解吸率低；由于针铁矿是环境如土壤和水体中最常见的组分之一，该材料用于环境污染修复如地下水重金属污染，具有很好的环境相容性，是一种绿色材料。
细菌矿化纳米针铁矿作为固体吸附剂能有效除去污水中铅、锌、铜、铬、镉、汞、银等多种重金属离子以及铬酸根、砷酸根和硒酸根阴离子。较之粘土矿物吸附容量很大，专性吸附固定化作用更强。特别适合低COD重金属废水的深度处理和环境中地下水和土壤重金属污染的修复与固定。
具体实施方式
实施例：细菌矿化纳米针铁矿的制备，由如下步骤实现：将两种密切共生的天然铁细菌嘉利翁氏菌(Gallionella ferruginea)和天然铁细菌纤发菌(Leptothrix ochracea)矿化而成的生物矿化物与蒸馏水配成1∶6的水溶液，通过搅拌、沉降、分离，反复洗涤4-6次除去悬浮物和有机杂质，将沉淀分离物在30-80℃下烘干，烘干样过160目筛后，取其细粒部分，然后用去离子水按固液比1∶10制成悬浮液，震荡平衡24-48小时后，再经过滤和低温(30-80℃)干燥制成细菌矿化纳米针铁矿。
所得到的细菌矿化纳米针铁矿用扫描电镜分析具有显微螺旋和管状构造的针铁矿应占85％以上，细菌矿化纳米针铁矿主要化学成分(质量百分数)：Fe2O3 63.60，SiO2 2.24，Al2O33.29、H2O 29.68，主要物相为由粒径约5--50nm针铁矿纳米晶和部分无定型水合氧化铁构成，其中粒径约5--50nm针铁矿纳米晶在物相中所占的比例为≥70％。
如上所述的细菌矿化纳米针铁矿应用于重金属污水处理，待处理废水pH应调至5-10，一般在5.5-7较佳，细菌矿化纳米针铁矿投放量2-5g/l，与废水混合保持吸附平衡时间2-4小时，对浓度范围在2.3---39.4mg/l的铅、锌、铜、铬(含三价和六价)、镉的最高去除率可达93.5-99.2％。通常污水中铅、锌、铜、铬、镉、银重金属的浓度范围小于5mg/l，处理后能满足我国污水综合排放标准(GB 8978-1996)。
下面给出二个采用细菌矿化纳米针铁矿材料对某铜冶炼厂污水和模拟铬(VI)污水处理的示例。
1：处理含多种金属离子的冶金污水的pH为5.5，吸附材料用量5g/l，处理时间3小时。处理前重金属离子浓度Pb 2.48mg/l，Zn 35.2mg/l，Cu 3.57mg/l，Cd 6.30mg/l，总Cr0.045mg/l，Ag 0.036mg/l；处理后分别为：Pb 0.161mg/l，Zn 0.317mg/l，Cu 0.081mg/l，Cd1.32mg/l，总Cr 0.029mg/l，Ag 0.019mg/l；其去除率分别为Pb 93.5％，Zn 99.1％，Cu 99.2％，Cd 97.9％，Cr 57.8％，Ag 58.3％.
2：处理模拟铬(VI)污水。初始浓度CrO4 2-10mg/l，pH为7.1，吸附材料用量4.17g/l，处理时间3h，去除率为88.27％。
另外，对初始浓度CrO4 2-分别为20mg/l和80mg/l的高浓度废水，处理铬后的细菌矿化纳米针铁矿材料在中性条件下进行三次(每次三小时)连续解吸试验，其铬的解吸率分别为5.89％，2.19％，2.14％和4.87％，3.34％，2.87％。说明该材料对吸附之重金属具有良好的固定化作用。

Claims (3)

1.细菌矿化纳米针铁矿的制备，其特征是由如下步骤实现：将两种密切共生的天然铁细菌嘉利翁氏菌和天然铁细菌纤发菌矿化而成的生物矿化物与蒸馏水配成1∶6的水溶液，通过搅拌、沉降、分离，反复洗涤4-6次除去悬浮物和有机杂质，将沉淀分离物在30-80℃下烘干，烘干样过160目筛后，取其细粒部分，然后用去离子水按固液比1∶10制成悬浮液，震荡平衡24-48小时后，再经过滤和30-80℃低温干燥制成细菌矿化纳米针铁矿。
2.根据权利要求1所述的细菌矿化纳米针铁矿的制备，其特征是：所得到的细菌矿化纳米针铁矿用扫描电镜分析具有显微螺旋和管状构造的针铁矿应占85％以上；细菌矿化纳米针铁矿主要化学成分质量百分数：Fe2O3 63.60，SiO2 2.24，Al2O3 3.29、H2O 29.68；主要物相为由粒径约5--50nm针铁矿纳米晶和无定型水合氧化铁构成，其中粒径约5--50nm针铁矿纳米晶在物相中所占的比例为≥70％。
3.如权利要求1所述制备得到的细菌矿化纳米针铁矿的应用，其特征是：所述的细菌矿化纳米针铁矿应用于重金属污水处理，待处理废水pH应调至5-10，细菌矿化纳米针铁矿投放量2-5g/l，与废水混合保持吸附平衡时间2-4小时。
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