[发明专利]一种细菌氧化法制备氧化铁红的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铁红的制备方法，特别涉及一种利用细菌氧化亚铁离子制备氧化铁红的方法，属于生物化工技术领域。

背景技术

氧化铁红是世界第一大无机彩色颜料，具有无毒、耐光、耐高温、耐酸碱以及高遮盖力和着色力等诸多优良特性，被广泛应用于涂料、建材、油墨、橡胶、电子电讯等领域，市场需求量大，前景广阔。

目前，氧化铁红主要有两类生产方法，分别为干法和湿法。干法主要以纯净的绿矾、铁泥和硫铁矿渣等为原料，直接进行高温煅烧得到铁红，再利用蒸馏水洗涤去除水溶盐，经干燥粉碎后得到成品。干法的优点是氧化铁红产品颗粒呈球形、分散性好，但杂质较多、着色力差，最主要的缺点是生产过程能耗大、对环境污染严重。湿法制备的氧化铁红品质要明显优于干法制备，具体表现为着色力好、色泽鲜艳、吸油量高，且生产成本低、能耗小、对环境污染小，因此目前工业上大部分都采用湿法制备氧化铁红。湿法制备氧化铁红的一般过程为：首先利用硫酸、硝酸或者混酸制备铁红晶种，然后将晶种投入盛有亚铁离子溶液的氧化反应釜，并加入一定量的铁屑，最后在70~100 ?C的温度条件下，持续通入氧气（或空气），形成的氧化铁红将不断沉积在晶种上，经过滤、洗涤、干燥后既得氧化铁红产品。但湿法制备氧化铁红也存在晶种制备成本高和生产周期长等缺点。马娴贤等人（涂料工业, 1990(6):8-11）采用亚硝酸钠为催化剂，在弱酸性介质中，常温通入空气氧化亚铁离子为铁黄，再经过过滤、洗涤、干燥、煅烧得到氧化铁红。该方法的优点是不需要制备和加入晶种、生产周期大大缩短，但缺点是在生产过程中会产生氮氧化物等有毒气体，对人体和环境造成危害。公开号为CN102583575A的中国专利公开了一种利用钛白废渣硫酸亚铁生产颜料级铁红的方法，通过利用氨水将亚铁离子沉淀得到氧化铁黑，再通过煅烧得到氧化铁红。该方法的优点在于不用制备晶种、简化了工艺过程，但缺点是在生产过程需使用工业氨作为氧化中和剂，工业氨是有毒有害、高压易爆的危险化学品，运输、储存和使用成本较高，并且会产生氨氮废水，对环境造成污染。因此，改进工艺路线，缩短生产周期，降低生产成本，减少环境污染是目前氧化铁红生产工艺的发展方向。

嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans，简称A.f菌）是一种化能自养型细菌，能够通过将Fe²⁺氧化为Fe³⁺获得能量进行生长代谢，除了添加水和少量的无机盐，不需要添加其他的营养成分，培养成本低。A.f菌广泛存在于土壤、海水、淡水、硫磺泉和矿山内，尤以金属硫化矿和煤矿等矿上的酸性矿坑水中最为常见，菌种廉价易得。A.f菌拥有一个高效的铁氧化系统，主要由外膜蛋白、铁质兰素、a和c型细胞色素以及Fe²⁺氧化酶等构成。李茹等人（西安工程大学学报, 2008(6):733-736）研究发现，在优化条件下，A.f菌能够在30个小时左右将Fe²⁺全部氧化为Fe³⁺。此外，由于A.f菌是化能自养型细菌，在培养过程中不需要添加有机营养成分，并且培养过程中培养基一直保持高酸度，因此不会面临一般发酵生产过程中的杂菌污染问题，从而不必进行灭菌和密封操作，生产成本能够得到很大程度的降低。

基于嗜酸氧化亚铁硫杆菌的诸多优点，本发明设计了一种利用A.f菌氧化硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，为氧化铁红的生产提供新的工艺路线。

发明内容

本发明针对目前湿法制备氧化铁红工艺存在生产周期长、需制备晶种、成本较高等缺点，提供一种利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌氧化硫酸亚铁制备氧化铁红的方法。利用该方法生产氧化铁红，能够有效缩短生产周期，降低生产成本。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种细菌氧化法制备氧化铁红的方法，具体包括如下步骤：

（1）菌种活化：将保藏的嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌种接入培养基，调整初始pH值至1.5~4.0，放入摇床后在温度为20~40 ?C、转速为150~200 rpm/min的条件下，培养20~30小时后得到一级种子液；将一级种子液按总体积10~20%的接种量接种到新的培养基，在相同条件下培养20~30小时后得到二级种子液待用；