[发明专利]一种基于ZVI还原耦合微生物的施氏矿物制备方法

说明书

本发明公开一种基于ZVI还原耦合微生物的施氏矿物制备方法，包括如下步骤：(1)菌株培养得到的菌液和FeSO₄·7H₂0进行混合，搅拌溶解得混合液；(2)将步骤(1)所得混合液在容器1中曝气充氧至Fe²⁺氧化完全为Fe³⁺时，将部分混合液转移至另一容器2中，并投加ZVI混合搅拌，进行Fe³⁺还原；(3)步骤(2)中Fe³⁺还原一定时间后，固液分离ZVI和还原后的混合液；将分离后的混合液转移回容器1中曝气充氧氧化；(4)按步骤(2)、(3)进行循环，至整个体系中总铁TFe沉淀完全，将容器1中合成的矿物过滤收集，水洗烘干得施氏矿物。此方法不仅提高铁利用率与总铁沉淀率，还能持续不断地生产施氏矿物。

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体涉及一种基于零价铁(ZVI)还原耦合生物法高效制备施威特曼石矿物的方法。

背景技术

施威特曼石矿物(简称施氏矿物)是一种表面基团活性强且形貌特殊的次生羟基硫酸高铁矿物，广泛存在于以酸性矿山废水与酸性硫酸盐土壤为主的富含硫酸盐的酸性环境中。施氏矿物对环境中重金属、多环芳烃等有毒有害物质具有较强的吸附能力。生物合成施氏矿物对As(III)的吸附量高达113.9mg/g，对Cr(VI)的最大吸附量高达55mg/g，且竞争阴离子与离子强度对其吸附效率影响不大。相比于化学沉降法、反渗透法、离子交换法，施氏矿物用于吸附废水中Cr(VI)具有去除率高、操作方便、运行成本等优点。另外，施氏矿物可替代Fe²⁺作为类芬顿催化剂高效催化H₂O₂降解苯酚、多环芳烃等有机物污染物，且催化活性相对较强。生物合成的施氏矿物具有较好的稳定性与重复利用性，经过多次循环使用，其催化性能几乎未发生明显下降，对苯酚的降解率皆能保持在98％左右。除此外，生物合成施氏矿物可应用于高盐度(含Cl^-、NO^3-或SO₂^4-)废水中甲基橙等有机污染物的氧化降解，降解效果几乎不受废水中其他阴离子的竞争干扰。

目前最常用的施氏矿物合成方法为化学法和生物法，且都在摇瓶中进行。两种合成的施氏矿物都为无定形沉淀。单一的化学法是利用H₂O₂与FeSO₄·7H₂0在容器(如摇瓶)中振荡合成，合成的施氏矿物呈细小球状，颗粒轮廓圆滑，颜色呈黄棕色。而生物法是采用A.ferrooxidans LX5休止细胞与FeSO₄·7H₂0在容器(如摇瓶)中先振荡培养，制得的施氏矿物也呈小球状，为红棕色均匀分散颗粒，与施氏矿物标准品颜色一致，且表面明显具有施氏矿物毛刺针状结构的特征。化学法合成过程相对于生物法虽较快速，但在收集矿物时可发现矿物极易结块，不便磨成均匀的粉末(以增大吸附降解能力)；而生物法合成施氏矿物较化学合成矿物相比，具有较高的比表面积、规则的微孔-介孔结构、颗粒均匀等特点，因此后者吸附效果显著地强于前者。另外，生物法合成的施氏矿物能在较宽的pH范围(3～7.5)保持较高的催化效率，而化学法合成矿物在pH＝6.0条件下催化性能就会大幅下降，这说明生物合成施氏矿物在实际应用中相对于法学合成矿物能够大大降低成本。然而，无论化学法还是生物法，利用目前在实验室内采用摇瓶法的合成过程中最终达到稳定时的铁沉淀率与合成矿物量都较低，分别只能达到43.1％、36.7％和4g/L、3.2g/L，有大量Fe³⁺未被利用生成矿物，存在总铁沉淀率低、摇瓶批次合成矿物量少的缺陷。

如上所述，施氏矿物的环境学意义十分明显，但是目前尚无与提高Fe³⁺利用率和施氏矿物合成效率有关的连续生产方法。

发明内容