[发明专利]一种混合铁氧化物纳米材料及其仿生矿化方法和应用

说明书

本发明提供一种混合铁氧化物纳米材料及其仿生矿化方法和应用，该仿生矿化方法，包括以下步骤：1)培养枯草芽孢杆菌，然后，收集枯草芽孢杆菌菌体，并洗涤干净，得到枯草芽孢杆菌湿菌体；2)将所述枯草芽孢杆菌湿菌体悬浮于Fe³⁺溶液中，进行仿生矿化合成反应，然后，在不同时间取样离心，洗涤干燥，即得混合铁氧化物纳米材料。本发明可形成一种新颖的针状或带状形貌的混合铁氧化物纳米材料，该材料为纳米级，尺寸在50‑300nm，比表面积大，且该材料具有较好的分散性和稳定性，从而使其具有较高的和优异的稳定性，可用于有机污染物快速降解速率和电催化析氢效率，进而使其能够良好应用于光催化降解有机污染物以及电催化析氢领域。

技术领域

本发明涉及生物矿化材料技术领域，特别涉及一种混合铁氧化物纳米材料及其仿生矿化方法和应用。

背景技术

自上世纪八十年代，生物矿化作用的研究已在国外陆续展开，随着对生物矿化的碳酸钙、磷酸钙、草酸钙、硫铁矿、针铁矿、铁锰结核和胞内磁铁矿等生物矿物的形态、组成和纳米结构及有机质模板作用的研究，微生物的矿化作用及其与环境矿物的交互作用越来越受到重视。

细菌可以生活在自然界任何具有液态水的地方，在一些极为苛刻的条件下，细菌往往是唯一的生命形式。细菌可以说是无所不在，数量众多，并且体形小，具有相对最大的表面积和体积比，能够在它们的表面和体内聚集各种金属。细菌能够控制环境中许多生物地球化学循环过程。

在生物矿化中的无机矿物往往是在有机基质的参与下形成的，其在有机基质上成核，并且在整个结晶过程中受到了有机基质及其它生命活动的调控因而在晶体的形态、尺寸、以及取向上都具有高度的统一和有序性，而这些特性又使这些无机材料具有一些特殊的功能。受到这一自然现象的启发，人们开始研究生物矿化的基本原理并利用这些原理去模拟生物矿化过程，从而探索理想的无机材料及其制备途径。

研究者们通过模拟自然界中矿物形成过程，来探究其形成机制，他们发现细菌介导的在其表面形成的矿物，通常是由于细菌表面的一些特殊集团的影响，比如羟基、羧基、胺和卤化物等参与吸附重金属离子或螯合某些离子的特定基团，从而引起矿物在其表面的沉积和矿化，并且这些基团还在矿化过程调控矿物的形貌。研究者们从中得到启发，利用细菌矿化合成性能优良的材料，进行生态修复，污水处理以及药物载体等。

铁的氧化物在催化和磁力系统中具有重要意义，这些专一性的应用需要对大小和形态有明确的要求，而在实验室中靠化学合成是很不容易做到的，不仅需要精确控制合成条件，而且合成之后形态不容易保持。同时，现有的铁氧化物的生物矿化大多借助于铁氧还蛋白或其他有机基质的作用才能实现特定晶型或形貌的铁氧化物的形成，但其矿化需要得到较纯的有机介质才能实现，因此耗时耗财，且矿化得到的材料稳定性也较差。通过检索发现枯草芽孢杆菌耐受水体中的许多重金属离子，并且吸附Ag⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Gd³⁺等，有去除污水中重金属离子的功效，但在枯草芽孢杆菌表面诱导矿物形成至今还未被发现。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种混合铁氧化物纳米材料的制备方法，以解决现有铁氧化物生物矿化材料稳定性较差，且矿化成本较高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种混合铁氧化物纳米材料的仿生矿化方法，包括以下步骤：

1)培养枯草芽孢杆菌，然后，收集枯草芽孢杆菌菌体，并洗涤干净，得到枯草芽孢杆菌湿菌体；

2)将所述枯草芽孢杆菌湿菌体悬浮于Fe³⁺溶液中，进行仿生矿化合成反应，然后，在不同时间取样离心，洗涤干燥，即得混合铁氧化物纳米材料。