一种富铁微生物转化制备磁性生物碳材料的方法与流程

本发明属于碳材料领域，具体涉及一种利用富铁微生物转化制备磁性生物碳材料的方法。

背景技术：

碳材料由于具有高比表面积、优良的导热导电性和良好的机械稳定性等优点而被广泛应用于吸附分离、催化以及电化学等领域。近年来，以生物质为原料制备的碳材料成为研究热点。生物质不仅具有丰富的碳元素，而且是价廉易得的可再生资源。常见的生物质主要有：果皮、秸秆、木屑和微生物等。目前利用真菌制备生物质碳材料已有报道。真菌菌丝是一种天然的生物质，含有丰富的多糖、蛋白质和脂类等物质。以真菌菌丝作为原料制备生物质碳材料具有来源广泛、成本低及环境友好等优势。在吸附分离领域，生物质碳材料难以分离回收，易造成资源浪费，因此引入磁性介质制备磁性生物碳可便于回收利用。目前磁性生物碳材料的制备方法主要是将生物质或碳材料浸渍在铁盐溶液中，然后再经过碳化处理得到。这些制备方法均需要添加浸渍铁盐的步骤，增加了成本。

本发明使用的黄孢原毛平革菌是一种典型的白腐真菌，在自然界中广泛存在。目前黄孢原毛平革菌不仅被广泛用于降解木质素和有机污染物，还被用于去除重金属离子，表明其具有较强的生长耐受性。柠檬酸铁铵作为铁源用于微生物培养，在生长过程中，黄孢原毛平革菌富集培养基中的铁离子于菌丝上，然后直接将菌丝球碳化和活化，得到具有高比表面积的磁性生物碳材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磁性生物碳材料的制备方法，特别涉及一种利用微生物原位富集铁离子制备磁性生物碳材料的方法。采用本发明技术所制备的磁性生物碳材料，可用于吸附去除水体中的有机污染物，并且容易回收以便循环使用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种微生物转化制备磁性生物碳材料的方法，具体操作如下：

（1）使用蒸馏水配制液体培养基，分装100ml于锥形瓶中，在115℃在维持30min进行灭菌。配制柠檬酸铁铵母液100gl^-1，同样条件下灭菌。在洁净操作台中将黄孢原毛平革菌孢子接入液体培养基中，再加入0-5ml柠檬酸铁铵母液。将培养基置于恒温摇床中，在180rpm，30℃的条件下培养72h后，收集菌丝球，冷冻干燥24h得到干燥菌丝球；

（2）将步骤（1）所得的干燥菌丝球置于马弗炉中，设置温度400-500℃，在保护气氛下高温碳化1-2h。待冷却到室温取出，研磨成粉得到碳化中间品；

（3）将步骤（2）所得的碳化中间品按碱碳质量比3:1加入koh，再加入一定量的水将混合物淹没，浸渍一定时间烘干。然后转移至管式炉中，设置温度700-800℃，在保护气氛下煅烧1-2h。待冷却到室温取出，先后使用0.1mhcl和蒸馏水将其洗涤至洗涤液ph值6-8。最后将其置于真空干燥箱于60℃过夜干燥，得到磁性生物碳材料；

（4）配制100mgl^-1的双氯芬酸钠溶液，在25℃，震荡转速140rpm的条件下，将步骤（3）所得的磁性生物碳材料作为吸附剂，加入到双氯芬酸钠溶液中。

产品经x射线晶体衍射分析（xrd）显示为fe(0)，再经振动样品磁强计(vsm)分析，显示饱和磁化强度为21.65emug^-1。

可选地，在步骤（1）中，所使用的液体培养基成分为：蛋白胨0.5gl^-1，葡萄糖1gl^-1，酵母浸出粉0.5gl^-1，无水氯化钙0.222gl^-1，无水硫酸镁0.396gl^-1。

可选地，在步骤步骤（2）与（3）中，煅烧所用的保护气氛为氮气或氩气。

可选地，在步骤（4）中，进行吸附实验之前，将所得的磁性生物碳材料于60℃干燥4h。在吸附实验中，磁性生物碳材料的用量为0.2gl^-1。

本发明的创新之处和有益效果是：

（1）本发明首次利用了真菌原位富集培养基中的铁元素并用于制备磁性生物碳材料。采用的黄孢原毛平革菌在自然界中广泛存在，易于培养，生产工艺简单，易于工业化生产。

（2）本发明制备的磁性生物碳材料具有较高的比表面积和良好的吸附性能，同时具有磁性易于回收和重复利用等优点。

附图说明：

图1是本发明实施实例3制备的磁性生物碳材料的x射线晶体衍射分析图；

图2是本发明实施实例3制备的磁性生物碳材料的磁化曲线；

具体实施方式：

为了更好的理解本发明，下面结合实施实例和附图对本发明作进一步地详细说明。但需要特别说明的是，实施实例仅用于对本发明进行进一步说明，本发明要求保护的范围并不局限于此。

实施例1：

使用蒸馏水配制液体培养基，主要成分为蛋白胨0.5gl^-1，葡萄糖1gl^-1，酵母浸出粉0.5gl^-1，无水氯化钙0.222gl^-1，无水硫酸镁0.396gl^-1，分装100ml于锥形瓶中，在115℃在维持30min进行灭菌。配制柠檬酸铁铵母液100gl^-1，同样条件下灭菌。在洁净操作台中将黄孢原毛平革菌孢子接入液体培养基中，再加入0.2ml柠檬酸铁铵母液。将培养基置于恒温摇床中，在180rpm，30℃的条件下培养72h后，收集并冷冻干燥去除水分，得到菌丝球。将1g干燥的菌丝球加入坩埚中，设置温度400℃，在保护气氛下高温碳化2h。待冷却到室温取出，研磨成粉得到碳化中间品。称取0.5g所得的碳化中间品与1.5gkoh混合加入镍坩埚中，加入一定量的蒸馏水超声使其混合均匀。浸渍12h烘干，然后将镍坩埚置于管式炉中设置温度700℃高温煅烧2h，冷却到室温取出。先后使用0.1mhcl和蒸馏水将其洗涤至洗涤液ph值6-8。最后将其置于真空干燥箱于60℃过夜干燥，得到磁性生物碳材料。

实施例2：

使用蒸馏水配制液体培养基，主要成分为蛋白胨0.5gl^-1，葡萄糖1gl^-1，酵母浸出粉0.5gl^-1，无水氯化钙0.222gl^-1，无水硫酸镁0.396gl^-1，分装100ml于锥形瓶中，在115℃在维持30min进行灭菌。配制柠檬酸铁铵母液100gl^-1，同样条件下灭菌。在洁净操作台中将黄孢原毛平革菌孢子接入液体培养基中，再加入3ml柠檬酸铁铵母液。将培养基置于恒温摇床中，在180rpm，30℃的条件下培养72h后，收集并冷冻干燥去除水分，得到菌丝球。将1g干燥的菌丝球加入坩埚中，设置温度400℃，在保护气氛下高温碳化2h。待冷却到室温取出，研磨成粉得到碳化中间品。称取0.5g所得的碳化中间品与1.5gkoh混合加入镍坩埚中，加入一定量的蒸馏水超声使其混合均匀。浸渍12h烘干，然后将镍坩埚置于管式炉中设置温度700℃高温煅烧2h，冷却到室温取出。先后使用0.1mhcl和蒸馏水将其洗涤至洗涤液ph值6-8。最后将其置于真空干燥箱于60℃过夜干燥，得到磁性生物碳材料。

实施例3：

使用蒸馏水配制液体培养基，主要成分为蛋白胨0.5gl^-1，葡萄糖1gl^-1，酵母浸出粉0.5gl^-1，无水氯化钙0.222gl^-1，无水硫酸镁0.396gl^-1，分装100ml于锥形瓶中，在115℃在维持30min进行灭菌。配制柠檬酸铁铵母液100gl^-1，同样条件下灭菌。在洁净操作台中将黄孢原毛平革菌孢子接入液体培养基中，再加入1ml柠檬酸铁铵母液。将培养基置于恒温摇床中，在180rpm，30℃的条件下培养72h后，收集并冷冻干燥去除水分，得到菌丝球。将1g干燥的菌丝球加入坩埚中，设置温度400℃，在保护气氛下高温碳化2h。待冷却到室温取出，研磨成粉得到碳化中间品。称取0.5g所得的碳化中间品与1.5gkoh混合加入镍坩埚中，加入一定量的蒸馏水超声使其混合均匀。浸渍12h烘干，然后将镍坩埚置于管式炉中设置温度700℃高温煅烧2h，冷却到室温取出。先后使用0.1mhcl和蒸馏水将其洗涤至洗涤液ph值6-8。最后将其置于真空干燥箱于60℃过夜干燥，得到磁性生物碳材料，命名为fe/bc。

为考察本发明所提出的磁性生物碳材料的吸附性能，实验如下：配制50ml0-150mg/l的双氯芬酸钠溶液，分别加入10mgfe/bc样品，在温度25℃、转速140rpm的条件下振荡12h，达到吸附平衡后取样测定体系中剩余的双氯芬酸钠浓度。根据测定结果，fe/bc样品对双氯芬酸钠的吸附容量可达318mgg^-1。