RU2767952C1 - Способ получения наночастиц ферригидрита - Google Patents
Способ получения наночастиц ферригидрита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2767952C1 RU2767952C1 RU2021119875A RU2021119875A RU2767952C1 RU 2767952 C1 RU2767952 C1 RU 2767952C1 RU 2021119875 A RU2021119875 A RU 2021119875A RU 2021119875 A RU2021119875 A RU 2021119875A RU 2767952 C1 RU2767952 C1 RU 2767952C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- precipitate
- ferrihydrite
- water
- bacteria
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0095—Manufacture or treatments or nanostructures not provided for in groups B82B3/0009 - B82B3/009
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/009—Compounds containing, besides iron, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P3/00—Preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности, биологии, медицине, растениеводству и сельскому хозяйству, и может быть использовано при биологических исследованиях, а также для получения катализаторов и сорбентов, стимуляторов роста, средств для повышения урожайности, усилителей фунгицидных и бактериологических препаратов. Аэробные бактерии культивируют в минеральной среде, содержащей 2,5-10,0 г/л FeSO4*7H2O и добавку лимонной кислоты в количестве 1,5-8,0 г/л. В состав минеральной среды можно включить также 0,1-0,5 г/л Co3(C6H6O7)2, 0,5-2,5 г/л Al2(SO4)3*18Н2О или 1,5-6,0 г/л Na2SiO3*9Н2О. Очистку и выделение полученных наночастиц в виде золя ведут отмывкой осадка водой, очисткой от липидов и белков путем диспергирования осадка в ацетоне с помощью ультразвука. После выдержки и центрифугирования осадок отмывают от ацетона, диспергируют в дистиллированной воде и подвергают щелочному гидролизу в 0,5-1%-ном растворе NaOH. Дисперсную фазу промывают водой до pH 7,7-8,3. Осадок диспергируют ультразвуком, центрифугируют и удаляют. Изобретение позволяет получить наночастицы ферригидрита в виде устойчивого коллоидного раствора простым и экологичным способом. 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к способу получения наночастиц оксигидроксидов железа в культуре аэробных гетеротрофных бактерий при выращивании на среде, содержащей раствор минеральных солей, включая сернокислое железо, и органической кислоты.
Синтезируемые наночастицы ферригидрита предлагаются для использования в биологических исследованиях, для развития новых методов в растениеводстве, повышения урожайности сельcкохозяйственных культур, для использования в качестве стимуляторов роста, усилителей действия фунгицидных и бактерицидных препаратов, при биоремедиации загрязненных почв, в качестве перспективного материала для создания новых типов катализаторов и сорбентов, а также биомедицинских приложений.
Известен способ получения наночастиц ферригидрита [US20170274371 A1, МПК B01J47/018, опубл. 2017.09.28], основанный на осаждении двухлинейчатого ферригидрита щелочью из водного раствора, содержащего катионы трехвалентного железа, галогенид-анионы и промотор образования двухлинейчатого ферригидрита. В качестве промоторов используются различные органические соединения (спиртов, полиолов, полисахаридов и др.). Недостаток способа в том, что ферригидрит получается в виде суспензии, т.е. наночастицы имеют низкую седиментационную устойчивость. Суспензия содержит не израсходованные в процессе синтеза ионы щелочных металлов, анионы галогенидов и соединения-промоторы. Суспензия наночастиц в таком состоянии применима, согласно патенту, для очистки вод, загрязненных соединениями серы. Все эти признаки получаемой суспензии ограничивают область их применения.
Известен способ получения гидроксида и оксида трехвалентного железа с помощью окисления железа бактериями [WO 2004/033732, МПК C22B3/18, опубл. 2004.04.22]. Способ включает последовательное окисление и растворение элементарного железа или железосодержащего сырья слабым раствором серной кислоты, содержащим бактерии, способные окислять Fe(II) до Fe(III), осаждение образовавшейся суспензии гидроксида и оксида железа, отделение осадка, его промывку и последующую обработку (сушка, отжиг) и выделение в виде пригодном для практического использования. Отличительный признак этого способа, представляющий прямой интерес для заявленного изобретения состоит в использовании для окисления ионов двухвалентного железа в кислой среде бактерий Thiobacillus ferrooxidans или Thiobacillus termoferrooxidans. Недостаток способа для получения гидроксида железа в том, что целевой продукт синтезируется в кислой среде (pH ниже 2 ед.). Это не позволяет выделить его (в частности, ферригидрит) в виде наночастиц и водного золя.
Известен способ получения наночастиц ферригидрита [RU 2457074 C1, МПК В22А9/24, опубл. 27.07.2012 Бюл. № 21], по которому наночастицы ферригидрита синтезируются в культуре бактерий Klebsiella oxytoca, выделенных из сапропеля озера Боровое Красноярского края. Культивирование ведут в течение 7-10 дней до образования осадка. Осадок, включающий наночастицы ферригидрита, отделяют от культуральной жидкости центрифугированием, дезинтегрируют ультразвуком и отмывают дистиллированной водой. Далее очистку наночастиц ведут при определенных условиях (инкубирование в 20%-ном растворе NaOH в течение 1 часа, промывка в дистиллированной воде до нейтрального значения рН).
Недостатки этого способа получения наночастиц ферригидрита:
По этому способу наночастицы ферригидрита синтезируются в культуре факультативной анаэробной бактерии Klebsiella oxytoca, выделенной из сапропеля озера Боровое Красноярского края. Недостатки этого способа в том, что он видоспецифичен в отношении вида бактерий, в культуре которых синтезируются наночастицы ферригидрита. Культивирование бактерий Klebsiella oxytoca, известных представителей условно-патогенной микрофлоры человека, в микроаэрофильных/анаэробных условиях при соблюдении стерильности на питательной среде, содержащей дрожжевой экстракт, требует соблюдения жестких технологических и конструктивных требований. Продолжительность процесса синтеза наночастиц в микроаэрофильных условиях составляет 7-10 дней. В целом это усложняет технологию получения, удорожает целевой продукт и препятствует масштабированию процесса.
Известен способ получения наночастиц ферригидрита и лепидокрокита в культурах бактерий рода Leptothrix [US 2012/0315437 A1 Int.Cl. C12N 1/21, US Cl. 428/141, опубл. 2012.12.13 (W02011074586 A1, МПК C12P3/00) (прототип)]. Способ включает культивирование аэробных бактерий в минеральной среде, содержащей источники железа в виде сульфата и крупных частиц чистого железа, источники органического углерода и азота, а также неорганические соединения фосфора, кремния, магния и кальция, и их выделение в виде агрегатов.
Недостатки получения наночастиц ферригидрита по этому способу.
Основным источником ионов железа для синтезируемых в культуре бактерий Leptothrix оксидов железа служат кусочки чистого железа. Скорость роста бактерий и образования оксидов железа при использовании нерастворимого источника железа низкая. В результате процесс получения оксидов железа (в частности, ферригидрита) составляет от 4 до 35 дней. Длительный процесс получения наночастиц ферригидрита и лепидокрокита в культурах бактерий Leptothrix снижает его технологичность. Включение в состав питательной среды ионной формы железа (FeSO4), концентрация которой составляет всего 0,58 - 2,8 мг/л, не имеет существенного значения для образования оксидов железа.
Получаемые в культурах бактерий Leptothrix оксиды железа находятся в виде агрегатов (микро- и нанотрубок, стержней, капсул и др.) от субмикронных (0,3 мкм) до микронных (3 - 200 мкм) размеров. Агрегаты образованы наночастицами ферригирита с размерами 3-5 нм и лепидокрокита с размерами 30-50 нм. Однако перевести первичные наночастицы из агрегатов в коллоидное состояние сложно, во многих случаях это практически не решенная задача, что ограничивает возможности этого способа для получения наночастиц ферригидрита.
Оксиды железа, получаемые по способу, предложенному в прототипе, представлены ферригидритом и лепидокрокитом. При этом сведения об условиях культивирования бактерий, которые необходимо поддерживать в культуре бактерий Leptothrix для получения либо ферригидрита, либо лепидокрокита не описаны.
К недостаткам прототипа относится также необходимость культивирования бактерий рода Leptothrix, продуцирующих оксиды металлов, на богатой питательной среде. Среда включает источник углерода в форме глюкозы или фруктозы, мелассы и др., а источник азота в форме кукурузного, дрожжевого или мясного экстрактов, пептона, соевой муки и т.д. Необходимость культивирования бактерий на богатой среде выдвигает повышенные требования к технологии процесса, в части приготовления и соблюдения стерильности.
Техническим результатом заявленного изобретения является разработка способа получения наночастиц ферригидрита, в виде устойчивого коллоидного раствора.
Технический результат достигается тем, что в способе получения наночастиц ферригидрита, включающем культивирование аэробных бактерий в минеральной среде, содержащей сульфат железа, очистку и выделение полученного ферригидрита, новым является то, что в состав минеральной среды вводят FeSO4*7H2O - 2,5-10,0 г/л и добавку лимонной кислоты - 1,5-8,0 г/л, а очистку и выделение наночастиц в виде золя ведут отмывкой осадка водой, очисткой от липидов и белков путем диспергирования отмытого водой осадка в ацетоне с помощью ультразвука, выдержки, центрифугирования, отмывки осадка от ацетона, его последующего диспергирования в дистиллированной воде, щелочного гидролиза в 0,5-1%-ном растворе NaOH, отмывки дисперсной фазы водой до pH 7,7-8,3, диспергирования осадка ультразвуком, центрифугирования и удаления осадка.
А также тем, что в состав минеральной среды включают соль Co3(C6H6O7)2 (0,1 - 0,5 г/л).
А также тем, что в состав минеральной среды включают соль Al2(SO4)3*18Н2О (0,5 - 2,5 г/л).
А также тем, что в состав минеральной среды включают соль Na2SiO3*9Н2О (1,5 - 6,0 г/л).
Таким образом, заявляемый способ получения наночастиц ферригидрита отличается от прототипа тем, что в состав минеральной среды вводят FeSO4*7H2O - 2,5-10,0 г/л и добавку лимонной кислоты - 1,5-8,0 г/л, а очистку и выделение наночастиц в виде золя ведут отмывкой осадка водой, очисткой от липидов и белков путем диспергирования отмытого водой осадка в ацетоне с помощью ультразвука, выдержки, центрифугирования, отмывки осадка от ацетона, его последующего диспергирования в дистиллированной воде, щелочного гидролиза в 0,5-1 %-ном растворе NaOH, отмывки дисперсной фазы водой до pH 7,7-8,3, диспергирования осадка ультразвуком, центрифугирования и удаления осадка.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данных и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами:
На фиг.1 представлено концентрирование частиц ферригидрита на экзополимерной матрице в культуральной жидкости и клетки бактерий Pseudomonas moorei RW10(T)AM293566.
На фиг.2 представлен вид биореактора с культурой Delftia tsuruhatensis T7 в стационарной фазе роста (нижний слой - осадок, содержащий наночастицы ферригидрита, верхний слой - культуральная жидкость с бактериями).
На фиг.3 представлена дифрактограмма ферригидрита, синтезируемого в культурах Pseudomonas moorei RW10(T) и Delftia tsuruhatensis T7 на среде с сернокислым железом (II) и лимонной кислотой.
На фиг.4 дано распределение по размерам наночастиц ферригидрита, синтезированного в культуре аэробных бактерий Delftia tsuruhatensis T7 (определено методом динамического рассеяния света).
На фиг.5 представлена дифрактограмма ферригидрита, синтезированного в культурах Pseudomonas moorei RW10(T) и Delftia tsuruhatensis T7 на среде с сернокислым железом (II), лимонной кислотой и допантом (алюминий).
На фиг.6 представлены дисперсные структуры золей наночастиц ферригидрита допированного кобальтом (1), кремнием (2), алюминием (3) и ферригидритом без допантов (4), определенные методом динамического рассеяния света.
На фиг.7 представлено изображение агрегатов наночастиц ферригидрита, допированного кобальтом (атомно-силовая микроскопия в полуконтактной моде золя на пирографите).
Синтез наночастиц ферригидрита проводится в культуре аэробных гетеротрофных бактерий рода Pseudomonas, Delftia, Acinetobacter или Bacillus, предпочтительно родов Delftia и Pseudomonas, использующих в качестве источника углерода и энергии лимонную кислоту.
Используемые для получения наночастиц ферригидрита бактерии не относятся к патогенным или условно-патогенным видами и растут на простой минеральной среде. В связи с этим жесткие требования к соблюдению стерильности процесса отпадают, что повышает технологичность заявленного способа.
Скорость роста аэробных бактерий выше, чем анаэробных, поэтому длительность процесса культивирования и сопряженного образования наночастиц ферригидрита уменьшается до 24-72 часов.
Аэробные бактерии рода Pseudomonas, Delfti, Acinetobacter и Bacillus не образуют массивные капсулы, а выделяют в культуральную жидкость экзополисахариды, на которые осаждаются синтезируемые наночастицы (фиг. 1). Благодаря этому сокращается число стадий очистки, и, соответственно, длительность процесса выделения наночастиц в золи.
Прекурсором для синтеза ферригидрита служит соль двухвалентного сернокислого железа в растворе лимонной кислоты. Эта форма прекурсора ферригидрита технологичнее, чем используемая по прототипу трудно растворимая соль цитрата железа. Для получения наночастиц ферригидрита допированного кобальтом, алюминием или кремнием в питательную среду включаются прекурсоры - растворимые соли кобальта, алюминия или кремния.
Лимонная кислота, включенная в состав питательной среды как источник углерода и энергии, служит одновременно стабилизатором для образующихся на начальном этапе наночастиц и способствует высокой устойчивости золей, которая сохраняется на протяжении 4-12 месяцев.
Заявляемый способ опробован с культурами бактерий родов Pseudomonas, Delftia, Acinetobacter и Bacillus.
Бактерии, кроме Acinetobacter, были выделены из образцов почв на селективной среде, содержащей лимонную кислоту, в качестве источника углерода. Все штаммы были получены в монокультуре и определены до вида в Институте экологии и генетики микроорганизмов (ИГЭМ УРО РАН, г. Пермь). Видовая принадлежность была определена по результатам секвенирования как Pseudomonas moorei RW10(T) AM293566, по уровню сходства 98,9% и как Delftia tsuruhatensis T7, Delftia lacustris DSM 21246 с уровнями сходства 99,344% и 99,345%, соответственно, и как Bacillus aryabhattai B8W22(T) EF114313 с уровнем сходства 100%.
Штамм Pseudomonas moorei RW10(T) AM293566. Аэробные гетеротрофные, грамм-отрицательные, не образующие споры клетки, подвижные, имеют форму прямых или изогнутых палочек, не продуцируют флюоресцирующий пигмент, растут на минеральных средах при оптимальной температуре 30°С в строго аэробных условиях, утилизируют органические соединения широкого спектра.
Delftia tsuruhatensis T7 и Delftia lacustris DSM 21246 филогенетически близкородственные штаммы. Аэробные, грамм-отрицательные бактерии, короткие подвижные палочки, 0,7-12×2,4-4,0 μm, клетки не продуцируют водорастворимые или флюоресцирующие пигменты, оптимум роста 35°С, растут в широком диапазоне рН от 5 до 9. Микроорганизмы рода Delftia могут использовать широкий ряд соединений в качестве источников углерода.
Bacillus aryabhattai B8W22(T) EF114313. Аэробные граммположительные палочки, подвижные, образуют не более одной эндоспоры, спорообразование не подавляется наличием кислорода, растут на цитратно-солевой среде с образованием щелочной реакции.
Штамм Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ В-4833, выделенный из бурого угля, получен из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (БРЦ ВКПМ). Аэробы, используют кислород как конечный акцептор электронов, грамм-отрицательные, неподвижные палочки обычно парные, в стационарной фазе роста образуют коккообразные формы, спор не образуют, растут на простых средах, не нуждаются в факторах роста.
Для получения наночастиц бактерии культивировали в периодическом режиме на питательной среде следующего состава (в г/л): NH2SO4 - 0,28; K2SO4 - 0,05; MgSO4 *7H2O - 0,05; H3PO4 - 0,32; FeSO4*7H2O - 2,5-10,0 г/л; лимонная кислота - 1,5-8,0 г/л. Соли растворяли в дистиллированной воде, рН среды доводили до 6,0 - 6,7 ед.
Пример 1.
Для получения наночастиц ферригидрита, аэробные бактерии культивировали в периодическом режиме на питательной среде следующего состава (в г/л): NH2SO4 - 0,28; K2SO4 - 0,05; MgSO4 *7H2O - 0,05; H3PO4 - 0,32; FeSO4*7H2O - 2,5 г/л; лимонной кислоты - 1,5 г/л. Соли растворяли в дистиллированной воде, рН среды доводили до 6,0 - 6,7 ед.
В результате концентрация наночастиц ферригидрита в полученном коллоидном растворе составила 0,4 г/л.
Пример 2
Во втором примере, для получения наночастиц ферригидрита, аэробные бактерии культивировали в периодическом режиме на питательной среде следующего состава (в г/л): NH2SO4 - 0,28; K2SO4 - 0,05; MgSO4 *7H2O - 0,05; H3PO4 - 0,32; FeSO4*7H2O - 6,0 г/л; лимонной кислоты - 5,0 г/л. Соли растворяли в дистиллированной воде, рН среды доводили до 6,0 - 6,7 ед.
В результате концентрация наночастиц ферригидрита в полученном коллоидном растворе составила 2,8 г/л.
Пример 3
В третьем примере, для получения наночастиц ферригидрита, аэробные бактерии культивировали в периодическом режиме на питательной среде следующего состава (в г/л): NH2SO4 - 0,28; K2SO4 - 0,05; MgSO4 *7H2O - 0,05; H3PO4 - 0,32; FeSO4*7H2O - 10,0 г/л; лимонной кислоты - 8,0 г/л. Соли растворяли в дистиллированной воде, рН среды доводили до 6,0 - 6,7 ед.
В результате концентрация наночастиц ферригидрита в полученном коллоидном растворе составила 5,0 г/л.
Из приведенных выше примеров видно, что концентрация синтезированных в культурах бактерий наночастиц составляла от 0,4 до 5 г/л, в зависимости от заданной концентрации сульфата железа и лимонной кислоты.
Во всех приведенных выше примерах осуществления заявляемого способа получения наночастиц ферригидрита, золи наночастиц ферригидрита имеют достаточно высокую седиментационную устойчивость, которая сохранялась в течение 4-12 месяцев. Однако, введение допантов оказывает существенное влияние на устойчивость золей и их дисперсную структуру.
Синтез наночастиц допированного ферригидрита испытан на трех вариантах модификации питательной среды. В среду указанного выше состава вносили с водорастворимыми солями: 1) ионы кобальта в виде Co3(C6H6O7)2 (0,1-0,5 г/л), 2) ионы алюминия в виде Al2(SO4)3*18Н2О (0,5-2,5 г/л) и 3) ионы кремния в виде Na2SiO3*9Н2О (1,5-6,0 г/л).
Микроорганизмы культивировали в периодическом режиме в биореакторах объемом 0,25-5,0 л с аэрацией и механическим перемешиванием, стабилизацией температуры 30±2,0°С. В процессе роста бактерий рН культуры повышается до 9,2-9,5 ед. Продолжительность процессов составляла 24-72 часа в зависимости от концентрации инокулята и питательной среды. В стационарной фазе роста культуры в реакторах образуется темнокоричневый осадок (Фиг. 2), содержащий наночастицы ферригидрита. Наличие наночастиц ферригидрита подтверждает рентгенофазовый анализ наночастиц, выделенных из культур и очищенных от бактерий и внеклеточных продуктов метаболизма (фиг. 3). Приведенная дифрактограмма показывает рефлексы характерные для 6-линейчатого ферригидрита (межплоскостные расстояния 2,516; 2,27; 1,993; 1,69; 1,51 и 1,48), а также гетита (4,3). Размер (гидродинамический диаметр) образующихся в культурах аэробных бактерий названных выше штаммов составляет 2-10 нм (Фиг. 4). Это также подтверждает, что золи образуются наночастицами ферригидрита, размер которых составляет 2-7 нм [Jambor J.L., Dutrizac J.E. Chem. Rev.,1998, v. 98, No. 7, p. 2549-2586]. Методика культивирования бактерий всех тестированных видов на указанных питательных средах была неизменной.
Независимо от вида бактерий и состава питательной среды образованный в культуре гель осаждали на центрифуге в течение 2-х минут при 1000 об/мин, заливали дистиллированной водой в отношении 1:10, перемешивали и снова осаждали на центрифуге, супернатант сливали. Отмывку водой проводили до получения прозрачного супернатанта. При этом удаляются бактерии, соли и часть водорастворимых метаболитов.
На следующем этапе для выделения наночастиц ферригидрита в виде золей проводили очистку от липидов и белков. Для удаления липидов, отмытый водой осадок диспергировали в ацетоне с помощью ультразвука, выдерживали в течение 30 мин, центрифугировали и удаляли супернатант, содержащий ацетон, осадок отмывали от ацетона. Очищенный от липидов осадок диспергировали в дистиллированной воде.
Для удаления белков и других органических соединений в золь вносили NaOH до получения 0,5-1% раствора. Через 1-12 часов дисперсную фазу, осажденную щелочным гидролизом, отмывали дистиллированной водой до установления рН 7,7 - 8,3 ед. После удаления органических соединений осадок наночастиц диспергировали ультразвуком и центрифугировали при 12000 об/мин в течение 30 мин, осадок удаляли. Полученный таким образом золь наночастиц ферригидрита сохранял седиментационную устойчивость в течение 4-12 месяцев. Изменение вида бактерий, указанных вариаций состава среды не оказывало влияние на методику выделения золей и их состояния.
Качественно рост бактерий испытанных видов на основной и модифицированных средах был идентичен относительно длительности процесса, накопления наночастиц и их фазового состояния. Наблюдаемые различия не имеют принципиального значения и состоят в следующем. Концентрация синтезированных в культурах бактерий наночастиц не зависела от введения в среду солей, которые служили источниками допирующих элементов.
Продолжительность процесса с бактериями Bacillus aryabhattai B8W22(T) и Acinetobacter calcoaceticus выше в среднем на 15-20%. Введение в питательную среду допантов (Co, Al и Si) стабилизировало синтез 2-линейчатого ферригидрита, препятствуя росту кристаллизации, образованию гетита и других минералогических фаз. Для примера приведена дифрактограмма наночастиц ферригидрита допированного кобальтом, которую характеризуют только два рефлекса с межплоскостными расстояниями 2,516 и 1,48 (Фиг. 5). Это подтверждает синтез и выделение из культур бактерий 2-линейчатого ферригидрита.
Во всех вариантах испытания заявляемого способа золи наночастиц ферригидрита имели достаточно высокую седиментационную устойчивость, которая сохранялась в течение 4-12 месяцев. Однако, введение допантов оказывало влияние на устойчивость золей и их дисперсную структуру. Золи чистого ферригидрита были устойчивы в течение 4-6 месяцев. Золи наночастиц ферригидрита, допированного кремнием, сохраняли седиментационную устойчивостью в течение более длительного времени (до 12 месяцев).
Влияние допирующих элементов на дисперсную структуру образующихся золей демонстрирует Фиг.6. Наиболее узкое распределение имели наночастицы ферригидрита допированные кобальтом (модальное значение диметра - 8,72 нм), более широкое распределение, с такой же модой, получено при допировании кремнием. Допирование алюминием привело к сдвигу к более крупным агрегатам (мода 18,17-21,04 нм с долей более 53%). Наиболее крупные агрегаты получены с наночастицами чистого ферригидрита (мода 28,2-32,7 нм с долей 46,5%). При этом все распределения лежат в нанометровом диапазоне (до 80 нм).
Одновременно со стабилизацией ферригидрита допирование кобальтом приводит к анизотропии нанокристаллов, в связи с этим их агрегаты в коллоидном растворе принимают характерную форму с отношением длина/ширина ~1/4 (Фиг.7). Размеры индивидуальных и агрегированных наночастиц ферригидрита, их форма, образование линейных и других структур и наличие различных допирующих элементов представляет практический интерес для различных приложений - сорбенты ионов тяжелых металлов, озона и др., катализаторы деградации токсичных соединений и др.
Claims (4)
1. Способ получения наночастиц ферригидрита, включающий культивирование аэробных бактерий в минеральной среде, содержащей сульфат железа, очистку и выделение полученного ферригидрита, отличающийся тем, в состав минеральной среды вводят FeSO4*7H2O - 2,5-10,0 г/л и добавку лимонной кислоты - 1,5-8,0 г/л, а очистку и выделение наночастиц в виде золя ведут отмывкой осадка водой, очисткой от липидов и белков путем диспергирования отмытого водой осадка в ацетоне с помощью ультразвука, выдержки, центрифугирования, отмывки осадка от ацетона, его последующего диспергирования в дистиллированной воде, щелочного гидролиза в 0,5-1%-ном растворе NaOH, отмывки дисперсной фазы водой до pH 7,7-8,3, диспергирования осадка ультразвуком, центрифугирования и удаления осадка.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав минеральной среды включают соль Co3(C6H6O7)2 (0,1-0,5 г/л).
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав минеральной среды включают соль Al2(SO4)3*18Н2О (0,5-2,5 г/л).
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав минеральной среды включают соль Na2SiO3*9Н2О (1,5-6,0 г/л).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021119875A RU2767952C1 (ru) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Способ получения наночастиц ферригидрита |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021119875A RU2767952C1 (ru) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Способ получения наночастиц ферригидрита |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2767952C1 true RU2767952C1 (ru) | 2022-03-22 |
Family
ID=80819552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021119875A RU2767952C1 (ru) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Способ получения наночастиц ферригидрита |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2767952C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023207005A1 (zh) * | 2022-04-25 | 2023-11-02 | 华南理工大学 | 一种添加外源晶种介导施氏矿物的生物合成方法及其产物与应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004033732A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-22 | Galina Arkadyevna Babadjanova | Method of iron (iii) hydroxide and oxide recovery by bacterial oxidation |
RU2457074C1 (ru) * | 2011-03-24 | 2012-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Способ получения наночастиц ферригидрита |
US20120315437A1 (en) * | 2009-12-15 | 2012-12-13 | Jun Takada | Novel microorganism capable of producing oxide |
US20170274371A1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-09-28 | New Sky Energy Intellectual Property Holding Company, Llc | Methods of producing ferrihydrite nanoparticle slurries, and systems and products employing the same |
-
2021
- 2021-07-07 RU RU2021119875A patent/RU2767952C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004033732A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-22 | Galina Arkadyevna Babadjanova | Method of iron (iii) hydroxide and oxide recovery by bacterial oxidation |
US20120315437A1 (en) * | 2009-12-15 | 2012-12-13 | Jun Takada | Novel microorganism capable of producing oxide |
RU2457074C1 (ru) * | 2011-03-24 | 2012-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Способ получения наночастиц ферригидрита |
US20170274371A1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-09-28 | New Sky Energy Intellectual Property Holding Company, Llc | Methods of producing ferrihydrite nanoparticle slurries, and systems and products employing the same |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
D.A. BALAEV et al, Mechanism of the Formation of an Uncompensated Magnetic Moment in Bacterial Ferrihydrite Nanoparticles, JETP Letters, 2013, v. 98, no. 3, p.p. 139-142. * |
D.A. BALAEV et al, Mechanism of the Formation of an Uncompensated Magnetic Moment in Bacterial Ferrihydrite Nanoparticles, JETP Letters, 2013, v. 98, no. 3, p.p. 139-142. D.A. BALAEV et al, The Effect of Low-Temperature Heat Treatment on the Magnetic Properties of Biogenic Ferrihydrite Nanoparticles, Tech. Phys. Letters, 2015, v. 41, no. 7, p.p. 705-709. S.V. STOLYAR et al., Production and magnetic properties of biogenic ferrihydrite nanoparticles, J. of Optoelectronics and Adv. Mater., 2015, v. 17, no. 7-8, p.p. 968-972. * |
D.A. BALAEV et al, The Effect of Low-Temperature Heat Treatment on the Magnetic Properties of Biogenic Ferrihydrite Nanoparticles, Tech. Phys. Letters, 2015, v. 41, no. 7, p.p. 705-709. * |
S.V. STOLYAR et al., Production and magnetic properties of biogenic ferrihydrite nanoparticles, J. of Optoelectronics and Adv. Mater., 2015, v. 17, no. 7-8, p.p. 968-972. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023207005A1 (zh) * | 2022-04-25 | 2023-11-02 | 华南理工大学 | 一种添加外源晶种介导施氏矿物的生物合成方法及其产物与应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8003071B2 (en) | Process for producing elemental selenium nanospheres | |
Hankinson et al. | An acidophilic and a neutrophilic Nitrobacter strain isolated from the numerically predominant nitrite-oxidizing population of an acid forest soil | |
JP5818690B2 (ja) | 酸化物の生成能を有する新規微生物 | |
Aqeel et al. | Microbial dynamics and properties of aerobic granules developed in a laboratory-scale sequencing batch reactor with an intermediate filamentous bulking stage | |
CN107881127B (zh) | 一种解淀粉芽孢杆菌Lxz-41及利用该菌株可控制备纳米硒的方法 | |
Kedia et al. | Production of poly-γ-glutamic acid by Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis with different growth media | |
RU2767952C1 (ru) | Способ получения наночастиц ферригидрита | |
Jajan et al. | Effects of environmental conditions on high-yield magnetosome production by Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 | |
EP0082814B1 (de) | Mikroorganismen des Genus Pseudomonas und Verfahren zum Abbau von Methylgruppen-haltigen Verbindungen in wässrigen Lösungen | |
US8012727B2 (en) | Biological production method of photoconductive arsenic-sulfide (As-S) nanotube and strain used for the same | |
CN110550744A (zh) | 一种具有溶藻活性假单胞菌的应用 | |
CN114058535B (zh) | 一种脱氮副球菌及其制备纳米硒的方法 | |
CN111378592A (zh) | 地衣芽孢杆菌及该菌处理恶臭有机废水净化水体的方法 | |
Rybczyńska-Tkaczyk et al. | Biodecolorization of anthraquinone dyes using immobilised mycelium of Bjerkandera adusta CCBAS930 | |
CN1166771C (zh) | 一种铁矿趋磁细菌及其分离纯化和制备磁小体的方法 | |
El-deeb et al. | Biosynthesis and optimization of selenium nanoparticles using streptomyces Sp | |
JP4573187B1 (ja) | 汚泥削減方法 | |
Cariño et al. | Phenotypic characterization and identification of Lysinibacillus sp. NBL1a capable of extracellular biogenic synthesis of gold nanoparticles | |
Emtiazi et al. | Novel filamentous spore‐forming iron bacteria causes bulking in activated sludge | |
CN110241042B (zh) | 一种硫氧化功能的细菌及其应用 | |
Ballesteros et al. | Growth of Azotobacter vinelandii in dialysed soil medium: studies upon the life cycle | |
CN116426440B (zh) | 一株海洋硫氧化细菌新种菌株及其应用 | |
Saha et al. | Comparative study on antimicrobial property of silver nanoparticles synthesized by Fusarium equiseti and Fusarium solani | |
JP3321592B2 (ja) | 新規微生物の培養方法及びこれを用いた水処理方法 | |
Issa et al. | The biofabrication of ZnO nanoparticles using the green soft technique reduction of Zincum Gluconicum (ZNG) by extracellular mycofiltrate of Penicillium italicum Pit-L6 |