钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法与流程

本发明涉及一种修复土壤六价铬污染物的生物材料的制备方法。

背景技术

铬盐生产、电镀、制革、金属加工中产生的铬，如管控差，可直接或通过大气、水体进入土壤，造成土壤cr⁶⁺(六价铬)的污染。cr⁶⁺的活性高，毒性大，是国际公认的47种最危险的废物之一。钝化固化修复土壤六价铬污染是将土壤中的cr⁶⁺部分或全部转化为cr^3+，，从而削减其毒性，减少或避免cr⁶⁺对动植物的毒害。目前，土壤六价铬污染的钝化固化修复技术主要有物理修复、化学修复和微生物修复。

微生物修复土壤cr⁶⁺污染，以其费用低、周期短、操作简单、处理效果较好，并且不易造成二次污染等特点受到关注。但现有的微生物修复土壤cr⁶⁺污染的处理效果还有待提高。

技术实现要素：

本发明的发明目的就是提供一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，该方法制得的生物纳米材料能对土壤六价铬污染进行钝化固化修复，其对土壤中的六价铬的钝化固化率高，修复效果好。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，其步骤是：a、复合功能菌的配制：

将脱硫脱硫弧菌(desulfovibriodesulfuricanssp.)、脱硫弧菌(desulforibriosp.)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)、脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)和脱硫球菌(desulfococcussp.)按5～10:35～55:10～15:30～60:7～10的质量比例，配制成复合功能菌；

b、复合功能菌的培养：

将a步配制的复合功能菌在厌氧培养器中，用硫酸还原菌培养物进行厌氧培养，得培养物；其具体的培养参数为：温度30～44℃，ph6.8～8.0，培养时间20～40小时；

c、后期加工：

将b步得到的培养物，在厌氧条件下，粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装，即得。

本发明利用的五种菌，其形态、大小、特性和生理特征及生长条件如下：

(1)脱硫脱硫弧菌(dsulfovibriodesulfuricanssp.)

大小：0.5—1.0×3.0—5.0μm，性状：弯曲型；特性：单鞭毛运动，无芽孢，革兰氏阴性菌。

生理特征：需要含硫酸盐的特殊培养基，利用硫酸盐，乳酸盐，丙酮酸盐，苹果酸盐，在含铁盐的培养基中变黑。细菌常与沉淀物有关。在含过量亚铁盐的乳酸盐硫酸盐培养基中产生全黑的圆菌落，在蛋白胨葡萄糖硫酸盐培养基中，菌落与此类似，但在生长的最初阶段显示金黄色光泽，对10—25mg双氯苯双胍己烷/升浓度抵抗，但对5—12.5mg/l浓度不抵抗。g+c范围55.3±1％克分子，在ph7.2时生长需要的en为-100mv，在有硫酸盐的乳酸盐和有硫酸盐的丙酮酸盐中生长较好。

生长条件：厌氧生长，最佳ph7.2，最适温度30℃。

(2)脱硫弧菌(dsulfovibriosp.)

大小：0.5—1×3—5μm，性状：弯曲杆状。特征：以极单丛生鞭毛运动，无芽孢和英膜，革兰氏阴性。

生理特征：有机化能异养菌，以厌氧呼吸还原硫或其他可还原的硫化合物为h2s得到能量，利用乳酸盐，丙酮酸盐，苹果酸盐，可氧化到乙酸盐，不产气。细胞含有c3的细胞色素和脱硫弧菌素。有氧化酶。不液化明胶，不还原硝酸盐，厌氧生长，生长温度5—44℃，最佳温度25—30℃，最佳ph7.2，g+c61.2±1％克分子，在ph7.2时，生长需要的en为-100mv.

(3)脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)

大小：0.3—1.5×3—6μm，形状：杆状端圆，有时呈葡萄链状。特征：周身鞭毛运动，孢子卵圆形，革兰氏阴性。在有亚铁盐的乳酸盐—硫酸盐培养基中，产生黑色的菌落。

生理特征：有机化能营养，呼吸代谢硫酸盐，亚硫酸盐和还原性硫化合物起电子受体的作用并被还原成h2s。不利用碳水化合物，不氧化醋酸盐，不完全氧化有机底物导致醋酸盐或同系物和co2的形成。细胞含有血红素类的细胞色素。厌氧生长，生长温度30-42℃，最适温度30-37℃，最适ph6—7，对人，豚鼠，大小白鼠和兔子不致病。dna的g+c含量为45.6±1％克分子。

(4)脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)

大小：0.5—1.0×3.0—5.0μm，形状：卵形或杆形，无孢子。特征：多生极毛，革兰氏阴性。

生理特征：有机化能异养菌，以厌氧呼吸还原硫或硫化物为h2s得到能量，有些含气泡，通过乙酰coa途径可营自养生长，碳源为乳酸盐，乙醇，乙酸盐。

生长条件：厌氧生长，生长温度10—35℃，最佳ph7.3。

(5)脱硫球菌(desulfococcussp.)

大小：0.25—1.2×2.0—4.0μm，形状：球形，葡萄形。特征：球形细胞，有时两球相叠，不运动，革兰阴性。

生理特性：存在硫绿胶霉素，无芽孢，利用c1和c14脂肪酸作电子供体，并完全氧化为co2，可通过乙酰coa途径营养生长、厌氧生长，生长温度15—33℃，最佳ph7.2。

以上五种菌种均为已有公知菌种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、材料中含纳米尺寸的fe²⁺、s^2-成份，比已有微生物修复材料对土壤cr⁶⁺的还原作用更强、更高效；其修复土壤cr⁶⁺污染的时间短，效率高。修复过程中，cr⁶⁺被还原为cr³⁺，cr³⁺是人体必需的微量元素，cr³⁺只有在较高浓度下才表现毒性，在ph6—11范围内cr³⁺能形成稳定的氢氧化物，并以沉淀形式色裹在土壤团粒上，在土壤中迁移能力很弱，其生物有效性很低，修复过程及修复后不存在二次污染；从而有效的实现了土壤六价铬污染的钝化固化修复；对土壤六价铬污染的钝化固化修复效果好。

测试表明，本发明制得的生物纳米材料对高浓度的土壤六价铬的钝化固化率为99.8％以上。

二、本发明制得的生物纳米材料，经毒理研究表明对人畜无害。本发明中复合功能菌的培养条件为30～44℃，ph6.8～8.0厌氧培养：再在厌氧条件下进行粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装即可；其制备条件温和可控、清洁、无毒，环境友好，生产成本低廉。

进一步，本发明更优的培养参数为：温度30～33℃，ph7.0～7.5，培养时间30～36小时。

进一步，本发明的的硫酸还原菌培养物中添加有质量含量为1％～5％的乳酸钠和质量含量为1％～5％的巯基乙酸钠。

乳酸钠溶解性好，能增加培养物中fe²⁺、s^2-等成份的分散性、流动性，有利于复合菌对营养物的吸收、代谢；巯基乙酸钠在于调节培养物的氧化还原电位，调控氧化还原电位在-100mv及以下，从而增强制得的生物纳米材料对对土壤cr⁶⁺的还原、钝化固化作用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1为本例1制得的生物纳米材料的x-射线衍射分析仪(xrd)能谱。

图2为本发明实施例1制得的生物纳米材料的高分辨透射电镜(hrtem)图。

图3为本发明实施例1制得的生物纳米材料的透射电镜(tem)图。

具体实施方式

实施例1

一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，其步骤是：

a、复合功能菌的配制：将脱硫脱硫弧菌(desulfovibriodesulfuricanssp.)、脱硫弧菌(desulforibriosp.)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)、脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)和脱硫球菌(desulfococcussp.)按7:50:13:45:8的质量比例，配制成复合功能菌；

b、复合功能菌的培养：将a步配制的复合功能菌在厌氧培养器中，用硫酸还原菌培养物进行厌氧培养，得培养物；其具体的培养参数为：温度33℃，ph7.3，培养时间36小时；所述的硫酸还原菌培养物中添加有质量含量为3％的乳酸钠和质量含量为2％的巯基乙酸钠。

c、后期加工：将b步得到的培养物，在厌氧条件下，粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装，即得。

土壤修复测试：将浓度为100mg/l的cr⁶⁺溶液1l倒入5l土壤中，形成测试土壤(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量为100mg)；再将本例制得的生物纳米材料100mg投加到测试土壤中进行修复，修复24小时后，测量测试土壤中cr⁶⁺的含量。进而得出生物纳米材料对土壤六价铬的去除率(固化率、钝化率)＝(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量-测试土壤修复后测出的cr⁶⁺量)÷测试土壤中cr⁶⁺的初始含量×％。

测试结果表明，本例的生物纳米材料对土壤六价铬的去除率为99.9％。

图1为本例制得的生物纳米材料的x-射线衍射分析仪(xrd)能谱。从图1可以看出样品中的生物纳米材料主要为无定形态和微晶为主，这与电镜照片吻合。

图2为本例制得的生物纳米材料的高分辨透射电镜(hrtem)图。从图2可以看出，复合菌细胞外裹了一层厚的材料，以针状或须状为主。

图3为本例制得的生物纳米材料的透射电镜(tem)图。从图3可以看出，细胞呈现杆状，细胞外黏附了少许从其他破裂的细胞释放出来的纳米粒子团。因里面包裹纳米粒子，整个细胞呈黑色。

由图1、2、3分析可知，本例制得的生物纳米材料长为45—80nm，长宽比10—16。

实施例2

一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，其步骤是：

a、复合功能菌的配制：将脱硫脱硫弧菌(desulfovibriodesulfuricanssp.)、脱硫弧菌(desulforibriosp.)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)、脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)和脱硫球菌(desulfococcussp.)按7:50:13:45:8的质量比例，配制成复合功能菌；

b、复合功能菌的培养：将a步配制的复合功能菌在厌氧培养器中，用硫酸还原菌培养物进行厌氧培养，得培养物；其具体的培养参数为：温度30℃，ph7.5，培养时间48小时；所述的硫酸还原菌培养物中添加有质量含量为1％的乳酸钠和质量含量为5％的巯基乙酸钠。

c、后期加工：将b步得到的培养物，在厌氧条件下，粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装，即得。

土壤修复测试：将浓度为90mg/l的cr⁶⁺溶液1l倒入5l土壤中，形成测试土壤(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量为90mg)；再将本例制得的生物纳米材料90mg投加到测试土壤中进行修复，修复24小时后，测量测试土壤中cr⁶⁺的含量。进而得出生物纳米材料对土壤六价铬的去除率(固化率、钝化率)＝(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量-测试土壤修复后测出的cr⁶⁺量)÷测试土壤中cr⁶⁺的初始含量×％。

测试结果表明，本例的生物纳米材料对土壤六价铬的去除率为99.9％。

实施例3

一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，其步骤是：

a、复合功能菌的配制：将脱硫脱硫弧菌(desulfovibriodesulfuricanssp.)、脱硫弧菌(desulforibriosp.)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)、脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)和脱硫球菌(desulfococcussp.)按5:35:10:30:7的质量比例，配制成复合功能菌；

b、复合功能菌的培养：将a步配制的复合功能菌在厌氧培养器中，用硫酸还原菌培养物进行厌氧培养，得培养物；其具体的培养参数为：温度32℃，ph7.0，培养时间30小时；所述的硫酸还原菌培养物中添加有质量含量为5％的乳酸钠和质量含量为1％的巯基乙酸钠。

c、后期加工：将b步得到的培养物，在厌氧条件下，粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装，即得。

土壤修复测试：将浓度为100mg/l的cr⁶⁺溶液1l倒入5l土壤中，形成测试土壤(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量为100mg)；再将本例制得的生物纳米材料100mg投加到测试土壤中进行修复，修复24小时后，测量测试土壤中cr⁶⁺的含量。进而得出生物纳米材料对土壤六价铬的去除率(固化率、钝化率)＝(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量-测试土壤修复后测出的cr⁶⁺量)÷测试土壤中cr⁶⁺的初始含量×％。

测试结果表明，本例的生物纳米材料对土壤六价铬的去除率为99.9％。

实施例4

一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，其步骤是：

a、复合功能菌的配制：将脱硫脱硫弧菌(desulfovibriodesulfuricanssp.)、脱硫弧菌(desulforibriosp.)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)、脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)和脱硫球菌(desulfococcussp.)按10:55:15:60:10的质量比例，配制成复合功能菌；

b、复合功能菌的培养：将a步配制的复合功能菌在厌氧培养器中，用硫酸还原菌培养物进行厌氧培养，得培养物；其具体的培养参数为：温度38℃，ph8.0，培养时间30小时。

c、后期加工：将b步得到的培养物，在厌氧条件下，粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装，即得。

土壤修复测试：将浓度为200mg/l的cr⁶⁺溶液1l倒入5l土壤中，形成测试土壤(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量为200mg)；再将本例制得的生物纳米材料200mg投加到测试土壤中进行修复，修复24小时后，测量测试土壤中cr⁶⁺的含量。进而得出生物纳米材料对土壤六价铬的去除率(固化率、钝化率)＝(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量-测试土壤修复后测出的cr⁶⁺量)÷测试土壤中cr⁶⁺的初始含量×％。

测试结果表明本例的生物纳米材料对土壤六价铬的去除率为99.8％。

实施例5

一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，其步骤是：

a、复合功能菌的配制：将脱硫脱硫弧菌(desulfovibriodesulfuricanssp.)、脱硫弧菌(desulforibriosp.)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)、脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)和脱硫球菌(desulfococcussp.)按7:35:10:45:8的质量比例，配制成复合功能菌；

b、复合功能菌的培养：将a步配制的复合功能菌在厌氧培养器中，用硫酸还原菌培养物进行厌氧培养，得培养物；其具体的培养参数为：温度44℃，ph6.8，培养时间33小时；所述的硫酸还原菌培养物中添加有质量含量为3％的乳酸钠和质量含量为3％的巯基乙酸钠。

c、后期加工：将b步得到的培养物，在厌氧条件下，粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装，即得。

土壤修复测试：将浓度为100mg/l的cr⁶⁺溶液1l倒入5l土壤中，形成测试土壤(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量为100mg)；再将本例制得的生物纳米材料100mg投加到测试土壤中进行修复，修复24小时后，测量测试土壤中cr⁶⁺的含量。进而得出生物纳米材料对土壤六价铬的去除率(固化率、钝化率)＝(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量-测试土壤修复后测出的cr⁶⁺量)÷测试土壤中cr⁶⁺的初始含量×％。

测试结果表明，本例的生物纳米材料对土壤六价铬的去除率为99.9％。

实施例6

一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，其步骤是：

a、复合功能菌的配制：将脱硫脱硫弧菌(desulfovibriodesulfuricanssp.)、脱硫弧菌(desulforibriosp.)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)、脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)和脱硫球菌(desulfococcussp.)按6:40:11:50:9的质量比例，配制成复合功能菌；

b、复合功能菌的培养：将a步配制的复合功能菌在厌氧培养器中，用硫酸还原菌培养物进行厌氧培养，得培养物；其具体的培养参数为：温度44℃，ph6.8，培养时间40小时；所述的硫酸还原菌培养物中添加有质量含量为3％的乳酸钠和质量含量为2％的巯基乙酸钠。

c、后期加工：将b步得到的培养物，在厌氧条件下，粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装，即得。

土壤修复测试：将浓度为300mg/l的cr⁶⁺溶液1l倒入5l土壤中，形成测试土壤(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量为300mg)；再将本例制得的生物纳米材料300mg投加到测试土壤中进行修复，修复24小时后，测量测试土壤中cr⁶⁺的含量。进而得出生物纳米材料对土壤六价铬的去除率(固化率、钝化率)＝(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量-测试土壤修复后测出的cr⁶⁺量)÷测试土壤中cr⁶⁺的初始含量×％。

测试结果表明，本例的生物纳米材料对土壤六价铬的去除率为99.9％。

实施例7

一种钝化固化修复土壤六价铬污染的生物纳米材料的制备方法，其步骤是：

a、复合功能菌的配制：将脱硫脱硫弧菌(desulfovibriodesulfuricanssp.)、脱硫弧菌(desulforibriosp.)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.)、脱硫杆菌(desulfobacteriumsp.)和脱硫球菌(desulfococcussp.)按9:45:13:38:7的质量比例，配制成复合功能菌；

b、复合功能菌的培养：将a步配制的复合功能菌在厌氧培养器中，用硫酸还原菌培养物进行厌氧培养，得培养物；其具体的培养参数为：温度33℃，ph7.3，培养时间20小时；所述的硫酸还原菌培养物中添加有质量含量为3％的乳酸钠和质量含量为2％的巯基乙酸钠。

c、后期加工：将b步得到的培养物，在厌氧条件下，粉碎、洗涤、离心、干燥、密封、包装，即得。

土壤修复测试：将浓度为100mg/l的cr⁶⁺溶液1l倒入5l土壤中，形成测试土壤(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量为100mg)；再将本例制得的生物纳米材料100mg投加到测试土壤中进行修复，修复24小时后，测量测试土壤中cr⁶⁺的含量。进而得出生物纳米材料对土壤六价铬的去除率(固化率、钝化率)＝(测试土壤中cr⁶⁺的初始含量-测试土壤修复后测出的cr⁶⁺量)÷测试土壤中cr⁶⁺的初始含量×％。

测试结果表明，本例的生物纳米材料对土壤六价铬的去除率为99.9％。