專利名稱：細菌礦化納米針鐵礦的制備及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種細菌礦化納米針鐵礦的制備及其應用。
背景技術：
目前對于重金屬污染及其廢水處理主要采用化學沉淀法和固體吸附材料。細菌礦化納米針鐵礦作為固體吸附材料用于重金屬污水處理，在國內外還未見相關報道。

發明內容
本發明的目的在于提供一種吸附能力強、吸附容量大的細菌礦化納米針鐵礦的制備及其應用。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是細菌礦化納米針鐵礦的制備是由如下步驟實現將兩種密切共生的天然鐵細菌嘉利翁氏菌(Gallionella ferruginea)和天然鐵細菌纖發菌(Leptothrix ochracea)礦化而成的生物礦化物與蒸餾水配成1∶6的水溶液，通過攪拌、沉降、分離，反復洗滌4-6次除去懸浮物和有機雜質，將沉淀分離物在30-80℃下烘干，烘干樣過160目篩后，取其細粒部分，然后用去離子水按固液比1∶10制成懸浮液，震蕩平衡24-48小時后，再經過濾和低溫(30-80℃)干燥制成細菌礦化納米針鐵礦。
所得到的細菌礦化納米針鐵礦用掃描電鏡分析具有顯微螺旋和管狀構造的針鐵礦應占85％以上，細菌礦化納米針鐵礦主要化學成分(質量百分數)Fe2O363.60，SiO22.24，Al2O33.29、H2O 29.68，主要物相為由粒徑約5--50nm針鐵礦納米晶和部分無定型水合氧化鐵構成，其中粒徑約5--50nm針鐵礦納米晶在物相中所占的比例為≥70％。
如上所述的細菌礦化納米針鐵礦應用于重金屬污水處理，待處理廢水pH應調至5-10，一般在5.5-7較佳，細菌礦化納米針鐵礦投放量2-5g/l，與廢水混合保持吸附平衡時間2-4小時，對濃度范圍在2.3---39.4mg/l的鉛、鋅、銅、鉻(含三價和六價)、鎘的最高去除率可達93.5-99.2％。通常污水中鉛、鋅、銅、鉻、鎘、銀重金屬的濃度范圍小于5mg/l，處理后能滿足我國污水綜合排放標準(GB 8978-1996)。
本發明與一般的針鐵礦材料不同，它是由天然鐵細菌的生物礦化作用形成，并經過上述工藝步驟后得到細菌礦化納米針鐵礦，它具有獨特的微結構，如含大量亞微米-納米介孔結構等；生物礦化形成的針鐵礦結晶度低、結晶粒度小，多在幾到幾十納米，故其比表面積大，化學活性更高，對重金屬吸附能力強，吸附容量大，而解吸率低；由于針鐵礦是環境如土壤和水體中最常見的組分之一，該材料用于環境污染修復如地下水重金屬污染，具有很好的環境相容性，是一種綠色材料。
細菌礦化納米針鐵礦作為固體吸附劑能有效除去污水中鉛、鋅、銅、鉻、鎘、汞、銀等多種重金屬離子以及鉻酸根、砷酸根和硒酸根陰離子。較之粘土礦物吸附容量很大，專性吸附固定化作用更強。特別適合低COD重金屬廢水的深度處理和環境中地下水和土壤重金屬污染的修復與固定。
具體實施例方式
實施例細菌礦化納米針鐵礦的制備，由如下步驟實現將兩種密切共生的天然鐵細菌嘉利翁氏菌(Gallionella ferruginea)和天然鐵細菌纖發菌(Leptothrix ochracea)礦化而成的生物礦化物與蒸餾水配成1∶6的水溶液，通過攪拌、沉降、分離，反復洗滌4-6次除去懸浮物和有機雜質，將沉淀分離物在30-80℃下烘干，烘干樣過160目篩后，取其細粒部分，然后用去離子水按固液比1∶10制成懸浮液，震蕩平衡24-48小時后，再經過濾和低溫(30-80℃)干燥制成細菌礦化納米針鐵礦。
所得到的細菌礦化納米針鐵礦用掃描電鏡分析具有顯微螺旋和管狀構造的針鐵礦應占85％以上，細菌礦化納米針鐵礦主要化學成分(質量百分數)Fe2O363.60，SiO22.24，Al2O33.29、H2O 29.68，主要物相為由粒徑約5--50nm針鐵礦納米晶和部分無定型水合氧化鐵構成，其中粒徑約5--50nm針鐵礦納米晶在物相中所占的比例為≥70％。
如上所述的細菌礦化納米針鐵礦應用于重金屬污水處理，待處理廢水pH應調至5-10，一般在5.5-7較佳，細菌礦化納米針鐵礦投放量2-5g/l，與廢水混合保持吸附平衡時間2-4小時，對濃度范圍在2.3---39.4mg/l的鉛、鋅、銅、鉻(含三價和六價)、鎘的最高去除率可達93.5-99.2％。通常污水中鉛、鋅、銅、鉻、鎘、銀重金屬的濃度范圍小于5mg/l，處理后能滿足我國污水綜合排放標準(GB 8978-1996)。
下面給出二個采用細菌礦化納米針鐵礦材料對某銅冶煉廠污水和模擬鉻(VI)污水處理的示例。
1處理含多種金屬離子的冶金污水的pH為5.5，吸附材料用量5g/l，處理時間3小時。處理前重金屬離子濃度Pb 2.48mg/l，Zn 35.2mg/l，Cu 3.57mg/l，Cd 6.30mg/l，總Cr0.045mg/l，Ag 0.036mg/l；處理后分別為Pb 0.161mg/l，Zn 0.317mg/l，Cu 0.081mg/l，Cd1.32mg/l，總Cr 0.029mg/l，Ag 0.019mg/l；其去除率分別為Pb 93.5％，Zn 99.1％，Cu 99.2％，Cd 97.9％，Cr 57.8％，Ag 58.3％.
2處理模擬鉻(VI)污水。初始濃度CrO42-10mg/l，pH為7.1，吸附材料用量4.17g/l，處理時間3h，去除率為88.27％。
另外，對初始濃度CrO42-分別為20mg/l和80mg/l的高濃度廢水，處理鉻后的細菌礦化納米針鐵礦材料在中性條件下進行三次(每次三小時)連續解吸試驗，其鉻的解吸率分別為5.89％，2.19％，2.14％和4.87％，3.34％，2.87％。說明該材料對吸附之重金屬具有良好的固定化作用。
權利要求
1.細菌礦化納米針鐵礦的制備，其特征是由如下步驟實現將兩種密切共生的天然鐵細菌嘉利翁氏菌和天然鐵細菌纖發菌礦化而成的生物礦化物與蒸餾水配成1∶6的水溶液，通過攪拌、沉降、分離，反復洗滌4-6次除去懸浮物和有機雜質，將沉淀分離物在30-80℃下烘干，烘干樣過160目篩后，取其細粒部分，然后用去離子水按固液比1∶10制成懸浮液，震蕩平衡24-48小時后，再經過濾和30-80℃低溫干燥制成細菌礦化納米針鐵礦。
2.根據權利要求1所述的細菌礦化納米針鐵礦的制備，其特征是所得到的細菌礦化納米針鐵礦用掃描電鏡分析具有顯微螺旋和管狀構造的針鐵礦應占85％以上；細菌礦化納米針鐵礦主要化學成分質量百分數Fe2O363.60，SiO22.24，Al2O33.29、H2O 29.68；主要物相為由粒徑約5--50nm針鐵礦納米晶和無定型水合氧化鐵構成，其中粒徑約5--50nm針鐵礦納米晶在物相中所占的比例為≥70％。
3.如權利要求1所述制備得到的細菌礦化納米針鐵礦的應用，其特征是所述的細菌礦化納米針鐵礦應用于重金屬污水處理，待處理廢水pH應調至5-10，細菌礦化納米針鐵礦投放量2-5g/l，與廢水混合保持吸附平衡時間2-4小時。
全文摘要
本發明涉及一種細菌礦化納米針鐵礦的制備及其應用。細菌礦化納米針鐵礦的制備，其特征是由如下步驟實現將兩種密切共生的天然鐵細菌嘉利翁氏菌和天然鐵細菌纖發菌礦化而成的生物礦化物與蒸餾水配成1∶6的水溶液，通過攪拌、沉降、分離，反復洗滌4－6次除去懸浮物和有機雜質，將沉淀分離物在30℃－80℃下烘干，烘干樣過160目篩后，取其細粒部分，然后用去離子水按固液比1∶10制成懸浮液，震蕩平衡24－48小時后，再經過濾和30℃－80℃低溫干燥制成細菌礦化納米針鐵礦。所述的細菌礦化納米針鐵礦應用于重金屬污水處理。本發明具有吸附能力強、吸附容量大的特點。
文檔編號C22B3/18GK1559664SQ200410012798
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月2日 優先權日2004年3月2日
發明者孫振亞, 方玲, 祝春水, 龔文琪 申請人:武漢理工大學