RU2767952C1 - Способ получения наночастиц ферригидрита - Google Patents

Способ получения наночастиц ферригидрита Download PDF

Info

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
Application number
RU2021119875A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Леонидович Гуревич
Маргарита Ивановна Теремова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Priority to RU2021119875A priority Critical patent/RU2767952C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2767952C1 publication Critical patent/RU2767952C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0095Manufacture or treatments or nanostructures not provided for in groups B82B3/0009 - B82B3/009
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/009Compounds containing, besides iron, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P3/00Preparation 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*2О. 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*2О (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*2О (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*2О (1,5-6,0 г/л).
RU2021119875A 2021-07-07 2021-07-07 Способ получения наночастиц ферригидрита RU2767952C1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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