[发明专利]一种去除重金属吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除重金属吸附剂的制备方法，具体的说，是涉及一种利用锰氧化菌Pseudomonas sp.G7的氧化作用制备无定型锰氧化物和这种锰氧化物对重金属Cu、Pb吸附方面的应用。

技术背景

锰在地壳中的含量为0.085％，是丰度仅次于铁的最常见的重金属元素。锰氧化矿物广泛存在于大陆和大洋底中，大洋底的储量是陆地上面相应储量的几十到几千倍，开采难度大，陆地上的锰矿资源分布不均，大多规模较小。锰的矿物主要有软锰矿(MnO₂)、硬锰矿(mMnO·MnO₂·nH₂O)、水锰矿(Mn₂O₃·H₂O)、褐锰矿(Mn₂O₃)、黑锰矿(Mn₃O₄)、菱锰矿(MnCO₃)、蔷薇辉石(MnO·SiO₂)，等等。这些锰氧化物是具有高度反应活性的矿物形式，作为天然强氧化剂，锰氧化物广泛的参与无机物和有机物的地球化学循环。能够吸附、氧化还原多种重金属元素和其它微量元素，这些物理化学过程在很大程度上决定着那些重金属和其它微量元素在生态系统中的分布、循环以及生物有效性。

锰氧化物的形成包括生物氧化和非生物氧化，其中生物法主要是利用锰氧化微生物将价锰氧化为三价或者四价。在自然环境中，微生物直接或间接地成为锰循环的主要催化剂，由于生物氧化速率是非生物氧化的10⁵倍，环境中大多数的锰氧化物都是由微生物介导的，特别是结晶度差的矿物，如δ-MnO₂、水钠锰矿、布塞尔矿等，要么是微生物氧化过程的直接产物，要么是生物氧化锰初级产物在自然条件下老化形成的。因此，由微生物催化合成的锰氧化物与环境中自然形成的锰氧化物具有相似的特征；有许多不同的矿物结构，包括层状的或者是隧道状的结构，其主要成分为低结晶态的页状矿物如水和软锰矿、酸性水钠锰矿、似水锰矿等。化学合成锰氧化物都是在极端pH、Mn(II)浓度和温度等条件下形成的，而这些极端条件并不是在自然条件下普遍存在的，研究生物氧化锰的结构特点以及与重金属离子之间的相互作用机制，对于理解氧化锰以及环境中重金属元素的生物地球化学循环有着非常重要的意义。

锰氧化矿物品格结构中的Mn(III)或者Mn(II)，以及锰氧化物八面体层间和矿物中存在的晶格缺陷，会使锰氧化矿物带有大量的负电荷，需要其它阳离子如H⁺、Na⁺、K⁺等来补偿。这使得锰氧化物有很强的阳离子交换能力，能够大量吸附重金属离子。锰氧化矿物对重金属离子的吸附方式分为三种：(一)外表面吸附，是指吸附在层表面或者是MnO₆的八面体边缘；(二)内表面吸附，即吸附在层间锰氧化矿物八面体上方、下方或进入隧道锰氧化矿物的内部结构中；(三)金属阳离子取代锰氧化物结构中的Mn或者进入结构空穴中而被吸附。

目前国际上对于生物锰氧化物的合成与吸附研究限于从海洋或者是陆地铁锰结核的来源，我们通过表层土壤来源的锰氧化菌Pseudomonas sp.G7在不同pH条件下来合成锰氧化物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的能够吸附重金属Cu、Pb的吸附剂。为了实现上述目的，本发明利用锰氧化菌Pseudomonas sp.G7合成出无定型锰氧化物。接着采用批量实验考察了在不同实验条件下制备的锰氧化物对重金属Cu、Pb的吸附能力。结果表明本发明通过生物方法合成锰氧化物，其对重金属Cu和Pb的吸附能力高于化学法合成的锰氧化物和某些生物法合成的锰氧化物。

具体的说，本发明的制备方法为：