FeOOH的生物化學(xué)合成及其對(duì)重金屬的去除.pdf

1、氧化亞鐵硫桿菌(Acidicthiobacillus ferrooxidans,簡稱A.ferrooxidans)為嗜酸性化能自養(yǎng)菌，能夠利用亞鐵、還原性硫和金屬硫化物作為能源物質(zhì)。含硫鐵礦礦石的生物瀝浸過程中，細(xì)菌對(duì)硫鐵礦的催化氧化導(dǎo)致了大量富含F(xiàn)e和SO42-的酸性礦山廢水的產(chǎn)生，這些廢水與其它類型的水混合，易使大量鐵的氫氧化合物在自然環(huán)境中沉積。這些鐵的氫氧化合物通過吸附、共沉淀、結(jié)構(gòu)元素的結(jié)合或取代等機(jī)制，能夠有效地衰減環(huán)境中的

2、重金屬。
　　鐵的氫氧化合物的這種能力與它們的顆粒形貌、大小和礦相（如施威特曼石、針鐵礦、四方纖鐵礦和纖鐵礦等）密切相關(guān)。由于礦物的環(huán)境功能與顆粒物的形貌結(jié)構(gòu)、界面性質(zhì)、合成條件和方法密切相關(guān)。很有必要對(duì)羥基氧化鐵的結(jié)構(gòu)界面特性進(jìn)行表征，為礦物與污染物間發(fā)生的相互作用機(jī)理提供理論依據(jù)。
　　為此，本論文采用改進(jìn)型9K選擇性培養(yǎng)基，以FeSO4·7H2O為能源物，于城市生活污泥樣品中分離純化利于施威特曼石形成的氧化亞鐵硫桿菌及

3、其生長過程對(duì)As(Ⅲ)的去除效果;另利用不同途徑（生物氧化、水解中和和化學(xué)氧化）合成羥基氧化鐵，對(duì)其結(jié)構(gòu)特征和界面性質(zhì)進(jìn)行了表征，進(jìn)一步研究了不同礦相羥基氧化鐵對(duì)水中重金屬Cr(Ⅵ)的吸附去除效果。上述預(yù)期研究結(jié)果為環(huán)境材料的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。
　　主要研究結(jié)果如下:菌株XH3在改進(jìn)型9K液體培養(yǎng)基中最適生長溫度為28-35℃(初始pH2.8)，最佳初始pH值為2.0-3.3（孵化溫度為28℃），在上述條件下48 h內(nèi)培養(yǎng)液中的所

4、有Fe2+均可被完全氧化。在菌株的生長體系中加入低濃度的As(Ⅲ)(0.1-0.8g/L)細(xì)菌仍然氧化Fe2+，但0.5和0.8g/L對(duì)Fe2+氧化有明顯的延緩期，高濃度1.2g/L，細(xì)菌的Fe2+氧化能力明顯受到抑制，可見，0.8g/L為細(xì)菌可適應(yīng)的最高As(Ⅲ)濃度。隨著細(xì)菌對(duì)Fe2+的氧化，形成的鐵沉淀產(chǎn)物對(duì)As(Ⅲ)的去除效果也以0.8g/L相對(duì)較好。
　　由于該細(xì)菌生長最佳的較高pH值為3.3，通常Fe2+在反應(yīng)pH值低

5、于4.2，被化學(xué)氧化的速率較慢，故當(dāng)pH約為4.2時(shí)，考察了A.ferrooxidans對(duì)亞鐵氧化的促進(jìn)效果和沉淀產(chǎn)物的影響。發(fā)現(xiàn)在Fe2+(FeSO4)的氧化過程中加入A.ferrooxidans細(xì)胞只會(huì)加速Fe2+的氧化速率，不會(huì)對(duì)針鐵礦的形成產(chǎn)生影響，對(duì)礦物礦相、結(jié)晶度和產(chǎn)物顆粒形貌也無任何影響。
　　在相應(yīng)條件下化學(xué)合成的鐵沉淀產(chǎn)物經(jīng)XRD和FTIR鑒定為α，β，γ-FeOOH礦相，鐵沉淀產(chǎn)物顆粒形貌呈現(xiàn)細(xì)長針狀或短棒狀，

6、其中β，γ-FeOOH鐵礦物產(chǎn)物具有納米級(jí)顆粒形貌。由于α，β，γ-FeOOH表面的結(jié)構(gòu)基團(tuán)如羥基和鐵氧基團(tuán)的差異會(huì)對(duì)環(huán)境功能產(chǎn)生明顯影響，進(jìn)一步研究了FeOOH對(duì)水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，α，β，γ-FeOOH分別在pH值范圍為2-6，6-9和3-7時(shí)吸附Cr(Ⅵ)的效果較好。因此，結(jié)合含鉻實(shí)踐污染廢水的pH值范圍，綜合選擇pH5-7范圍內(nèi)開展FeOOH對(duì)Cr(Ⅵ)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示FeOOH對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附速

7、度較快，即5分鐘內(nèi)可達(dá)到吸附平衡量的50％，1小時(shí)內(nèi)可達(dá)到吸附平衡量的95％以上。FeOOH對(duì)Cr(Ⅵ)的等溫吸附可通過Langmiur和Freundlich方程進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果具有較好的相關(guān)性。溶液離子強(qiáng)度以及溶液中共存的Cl-和NO3-對(duì)FeOOH吸附Cr(Ⅵ)的去除效果基本沒有影響。然而溶液中共存的SO42-和PO43-對(duì)FeOOH吸附Cr(Ⅵ)的去除效果有較大影響，且濃度越高影響越大。
　　可見，吸附材料的物理、化學(xué)性質(zhì)