一种微生物制备碳酸锶的方法
【专利摘要】本发明公开了一种微生物制备碳酸锶的方法，在常温下用NaOH水溶液滴定FeCl3溶液的pH值至10～12，使之发生沉淀反应，将混合液离心，弃去上清液，沉淀加去离子水洗涤、离心，得到水合氧化铁；以水为溶剂配置含有硝酸锶、碳酸氢钠、乳酸钠和水合氧化铁的反应液，然后将经扩大培养后含有铁还原菌的培养液，接入到上述反应液中，然后在20～50℃下，厌氧反应2～5d，获得含有碳酸锶沉淀的溶液；静置1h，然后过滤，弃去上清液，白色沉淀用蒸馏水和无水乙醇依次轮流洗涤，干燥制得高纯度的碳酸锶粉末。采用本发明，通过湿法一步合成，可制备出不同颗粒大小、形貌，以满足不同用途的碳酸锶粉末。
【专利说明】一种微生物制备碳酸锶的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属锶的化学制备方法，涉及一种微生物制备碳酸锶的方法，适合于 利用微生物制备不同形貌、大小的碳酸锶。
【背景技术】
[0002] 碳酸锶是一种重要的工业原料，广泛用于生产显像管、显示器、工业监视器、电子 元器件等，碳酸锶还是制备金属锶及多种锶盐的主要原材料。近几年，大屏幕彩电、计算机 用彩色显示器、高性能磁性材料等对高纯碳酸锶的需求量不断增加。日本、美国、德国等发 达国家锶产品生产由于矿脉枯竭、能源费用上涨、环境污染等，产量逐年下降。我国有丰富 的锶资源，储量占世界总储量的30%左右。我国已成为世界锶产品主要生产国，年产量约占 世界锶产品产量的50?60%。然而，我国高品质锶产品研究、开发起步晚、碳酸锶深加工技 术匮乏、生产成本高、环境污染严重、出口价格低。为了防止环境污染，充分利用我国锶矿资 源优势和庞大的碳酸锶加工基础，尽早攻克以碳酸锶为主要原材料的高纯碳酸锶和高纯度 金属锶产业化关键技术，将我国的锶资源优势转化为锶经济优势。传统的碳酸锶纳米制备 方法包括液相反应法、超重力反应沉淀法、微波反应法、微乳液法、低温固相反应法等制备 方法，各种方法各有其优缺点。但存在能耗较高、锶的转化率较低、产品纯度欠佳、会带来 -次污染等缺点。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中的不足，提供一种微生物制备 碳酸锶的方法。通过对微生物接种量、反应条件的控制，来制备不同形貌和大小的碳酸锶。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0005] -种微生物制备碳酸锶的方法，它包括以下步骤：
[0006] (1)水合氧化铁制备：用去离子水配制FeCl3溶液，在常温下用NaOH水溶液滴定 FeCl3溶液的pH值至10?12,使之发生沉淀反应，将混合液离心，弃去上清液，沉淀加去离 子水洗涤、离心，重复洗涤、离心直到洗涤水的pH接近中性，得到水合氧化铁；
[0007] ⑵吸附、矿化反应：以水为溶剂配置含有硝酸锶、碳酸氢钠、乳酸钠和步骤（1) 制得的水合氧化铁的反应液，然后将经扩大培养后含有铁还原菌的培养液，按体积百分比 2?10 %接入到上述反应液中，然后在20?50°C下，厌氧反应2?5d，获得含有碳酸锶沉 淀的溶液；
[0008] (3)样品分离处理：将步骤（2)得到的含有碳酸锶沉淀的溶液静置，然后过滤，弃 去上清液，白色沉淀用蒸馏水和无水乙醇依次轮流洗涤3?5次，然后在60?KKTC下干燥 2?6h，制得高纯度的碳酸锶粉末。
[0009] 步骤（1)中，所述的FeCl3溶液，溶质FeCl3的浓度为0· 1?0· 5mol/L，优选 0.2mol/L〇
[0010] 步骤（1)中，所述的NaOH水溶液，溶质NaOH浓度为60?100g/L，优选80g/L。
[0011] 步骤⑵中，硝酸银、碳酸氢钠、乳酸钠和水合氧化铁的摩尔比为1?10 :25 :25 : 25,优选 6:25:25:25。
[0012] 步骤⑵中，以水为溶剂配置含有硝酸锶、碳酸氢钠、乳酸钠和步骤⑴制得的水 合氧化铁的反应液，其中，硝酸锶的浓度为0. 1?6mmol/L。
[0013] 步骤⑵中，所述的铁还原菌为希瓦氏菌（Shewanella)或地杆菌（Geobacter)，优 选希瓦氏菌。
[0014] 步骤（2)中，所述经扩大培养后含有铁还原菌的培养液按如下方法制备得到：
[0015] a)配制培养基：取牛肉膏1?5g，蛋白胨5?10g，NaCll?5g，蒸馈水lL，pH7. 0， 混合均匀后，经高压灭菌锅灭菌，得到培养基；
[0016] b)铁还原菌种子培养：取100-250ml步骤a)制备得到的培养基，将铁还原菌接种 到该培养基中，在温度为20-50°C、转速为100_250r/min的条件下培养24-48h ;
[0017] c)扩大培养：向步骤b)得到的铁还原菌中加入步骤a)制备得到的培养基，在温 度为20-50°C、转速为100_250r/min的条件下扩大培养24-48h，即得。
[0018] 步骤（2)中，优选的方式是，将经扩大培养后含有铁还原菌的培养液，按体积百分 比5%接入到上述反应液中，然后在37°C下，厌氧反应3d，获得含有碳酸锶沉淀的溶液。
[0019] 步骤⑶中，优选的方式是，在80°C下干燥3h。
[0020] 本发明的化学反应机理：为吸附、矿化原理。具体为铁还原菌先吸附溶液中的硝酸 锶，然后铁还原菌在还原水合氧化铁中的三价铁变成二价铁的过程中，会产生质子，质子会 进一步和溶液中的碳酸根反应生成二氧化碳，并溶于水中和硝酸锶发生矿化反应，从而生 成碳酸锶。
[0021] 本发明的有益效果在于：
[0022] (1)本发明所有微生物铁还原菌易于培养，并可连续扩大培养，适合大批量的工业 化应用。
[0023] (2)采用本发明制备的碳酸锶结晶较好，并可通过调节硝酸锶浓度、温度、水合氧 化氧化铁浓度、搅拌速度、微生物接种量等条件来控制晶体的生长方式、以及颗粒大小，以 满足不同用途的需求。
[0024] (3)本发明采用的湿法一步合成，大大简化了合成工艺，而且不产生二次污染，实 用性强。
【具体实施方式】
[0025] 根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实 施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本 发明。
[0026] 实施例1 :
[0027] 用去离子水配制0· lmol/L的FeCl3溶液，在常温下用60g/L的NaOH溶液滴定至 pH为11左右，使之发生沉淀反应，将混合液离心，弃去上清液，加入去离子水洗涤，再次离 心，反复3次，直到洗涤水的pH接近中性，分装储备，得到水合氧化铁。
[0028] Shewanella MR-1(ATCC700550)，其培养液的制备：取牛肉膏5g，蛋白胨IOg, NaCllg，蒸馏水1L，pH = 7. 0,混合均匀后，经高压灭菌锅灭菌，得到培养基。然后取IOOml 培养基，将铁还原菌接种到该培养基中。在温度为37°C、转速为250r/min的条件下培养 24h，得培养后的铁还原菌。培养后的铁还原菌种再次加入到培养基中，在温度为37°C、转速 为250r/min的条件下扩大培养24h，得到经扩大培养后含有铁还原菌的培养液。
[0029] 制备碳酸锶粉体：反应液中含有ImM硝酸锶，25mM水合氧化铁，25mM乳酸钠，25mM 碳酸氢钠，同时加入经扩大培养后含有铁还原菌的培养液，按5%体积比接入到反应液中， 然后在37°C下，厌氧反应3d，获得含有碳酸锶的白色粉末。接着将含有碳酸锶沉淀的溶液 静置lh，过滤，用蒸馏水和无水乙醇洗涤白色粉末3次，然后在80°C下干燥2h，获得碳酸锶 粉末，该碳酸锶呈球状，粒径20微米，其纯度并符合国家标准值（表1)。
[0030] 表1实验室制备的碳酸锶质量同国内外质量标准对比
[0031]
【权利要求】
1. 一种微生物制备碳酸锶的方法，其特征在于，它包括以下步骤： (1) 水合氧化铁制备：用去离子水配制FeCl3溶液，在常温下用NaOH水溶液滴定FeCl3 溶液的PH值至10?12,使之发生沉淀反应，将混合液离心，弃去上清液，沉淀加去离子水洗 涤、离心，重复洗涤、离心直到洗涤水的pH接近中性，得到水合氧化铁； (2) 吸附、矿化反应：以水为溶剂配置含有硝酸锶、碳酸氢钠、乳酸钠和步骤（1)制得 的水合氧化铁的反应液，然后将经扩大培养后含有铁还原菌的培养液，按体积百分比2? 10 %接入到上述反应液中，然后在20?50°C下，厌氧反应2?5d，获得含有碳酸锶沉淀的 溶液； (3) 样品分离处理：将步骤（2)得到的含有碳酸锶沉淀的溶液静置，然后过滤，弃去上 清液，白色沉淀用蒸馏水和无水乙醇依次轮流洗涤3?5次，然后在60?KKTC下干燥2? 6h，制得高纯度的碳酸锶粉末。
2. 根据权利要求1所述的微生物制备碳酸锶的方法，其特征在于，步骤（1)中，所述的 FeCl3溶液，溶质FeCl 3的浓度为0? 1?0? 5mol/L。
3. 根据权利要求1所述的微生物制备碳酸锶的方法，其特征在于，步骤（1)中，所述的 NaOH水溶液，溶质NaOH浓度为60?100g/L。
4. 根据权利要求1所述的微生物制备碳酸锶的方法，其特征在于，步骤（2)中，硝酸锶、 碳酸氢钠、乳酸钠和水合氧化铁的摩尔比为1?10 :25 :25 :25。
5. 根据权利要求1所述的微生物制备碳酸锶的方法，其特征在于，步骤⑵中，以水为 溶剂配置含有硝酸锶、碳酸氢钠、乳酸钠和步骤（1)制得的水合氧化铁的反应液，其中，硝 酸银的浓度为0. 1?6mmol/L。
6. 根据权利要求1所述的微生物制备碳酸锶的方法，其特征在于，步骤（2)中，所述的 铁还原菌为希瓦氏菌（Shewanella)或地杆菌（Geobacter)。
7. 根据权利要求1所述的微生物制备碳酸锶的方法，其特征在于，步骤（2)中，所述经 扩大培养后含有铁还原菌的培养液按如下方法制备得到： a) 配制培养基：取牛肉膏1?5g，蛋白胨5?lOg，NaCll?5g，蒸馈水1L，pH7. 0,混 合均匀后，经高压灭菌锅灭菌，得到培养基； b) 铁还原菌种子培养：取100-250ml步骤a)制备得到的培养基，将铁还原菌接种到该 培养基中，在温度为20-50°C、转速为100_250r/min的条件下培养24-48h ; c) 扩大培养：向步骤b)得到的铁还原菌中加入步骤a)制备得到的培养基，在温度为 20-50°C、转速为100_250r/min的条件下扩大培养24-48h，即得。
【文档编号】C12R1/01GK104313055SQ201410500259
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】谢婧婧, 宋天顺, 徐超, 王桂兰, 张鸿鹍, 金月娟 申请人:南京工业大学