[发明专利]一种酵母菌负载纳米铁金复合材料及其用途

说明书

本发明提供一种酵母菌负载纳米铁金复合材料及其用途。该复合材料包括酵母菌载体或经过化学处理的改性酵母菌载体及纳米铁金复合颗粒，是在常温常压下，以硼氢化钠或硼氢化钾为还原剂将酵母菌吸附的Fe²⁺或Fe³⁺原位还原为Fe⁰，再通过置换反应在改Fe⁰上进行纳米金修饰所得。通过调节酵母菌载体与铁盐的质量比、金盐与酵母菌载体的质量比、还原剂浓度、反应温度、反应时间和搅拌或振荡速度来控制纳米零价铁粒径和纳米金的覆盖率。该酵母菌负载的纳米铁金复合材料的制备工艺简单、成本低廉、环境友好，制得的产品反应活性高，寿命长，可广泛用于有机氯污染物和染料的降解以及重金属离子的去除。

技术领域

本发明提供一种酵母菌负载纳米铁金复合材料，涉及到酵母菌的培养、处理和纳米铁金复合材料的制备方法，更进一步涉及该酵母菌负载纳米铁金复合材料在重金属离子去除、有机氯化合物以及染料等有机污染物降解中的应用。属于环境功能材料和环境修复技术领域。

背景技术

纳米零价铁(nZVI)具有强的还原性、较高的催化活性和优良的吸附性能，被广泛用于含卤有机物的还原脱卤、染料的还原脱色以及重金属离子的去除，是一种颇具应用潜力的环境修复控制材料。但纳米零价铁在制备和老化过程中易发生团聚、氧化而导致反应活性降低，在污染物去除过程中，易在nZVI表面形成铁(氢)氧化物钝化层从而导致纳米零价铁的反应活性降低甚至完全丧失。为此，开发出制备工艺简单、成本低廉、环境友好、反应活性高、寿命长的纳米零价铁的合成方法，对抑制甚至消除纳米零价铁颗粒的团聚，提高其抗氧化性和增强纳米零价铁对环境污染物的去除效果具有十分重要的意义。

申请号为CN201510084875.9的中国专利(一种选择性降解高毒性多氯联苯及类二噁英物质的方法)公开了一种以蒙脱土为模板，在蒙脱土层间原位合成Fe⁰-Ni⁰双金属材料以及选择性降解高毒性多氯联苯及类二噁英物质的方法。该法需要在厌氧条件下，且在40％甲醇溶液中降解多氯联苯；申请号为CN201410375381.1(一种以蒙脱土为载体氢气还原法大批量制备纳米镍铁双金属的方法)的中国专利，将镍铁负载在经过KCl处理过的蒙脱土上，在氢气气氛中400℃加热6h还原，得到纳米Fe/Ni-蒙脱土，1g该Fe/Ni-蒙脱土与40mL20mg/L的4-氯苯酚溶液反应120min后，4-氯苯酚降解率为11.6％～91％；申请号为CN201410308813.7的中国专利(磁性碳材料负载金属催化剂及其催化氯代苯酚脱氯的方法)公开了一种在碳材料(活性炭、碳纳米管或石墨烯)上负载Fe₃O₄和活性金属元素(铂、钯和铑中一种或两种)复合物，用于催化4-氯酚加氢脱氯的方法；中国专利(CN101565356A)采用介孔碳-二氧化硅复合材料负载Pd催化加氢脱氯含氯有机物，在低温下即可实现高效脱氯，然而该体系需要加入大量的三乙胺作为助剂；申请号为CN201310687919.8的中国专利(纳米Pd/Fe催化剂及其应用)公开了一种纳米Pd/Fe负载在PVDF·Al₂O₃薄膜上用于氯乙酸脱氯的方法，氯乙酸的催化脱除率提高了30％以上；中国专利(CN201310035065.5)公开了一种蛭石负载纳米钯铁修复材料及其制备方法与应用。目前还未见以酵母菌为载体制备纳米铁金复合材料的文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对纳米零价铁存在易氧化、团聚和钝化的不足，提供一种制备工艺简单、成本低廉、环境友好、反应活性高、寿命长的纳米铁金复合材料及其制备方法。

本发明的技术原理是以酵母菌为载体、分散剂和稳定剂，利用酵母菌表面的氨基、羟基、羧基和磷酸等基团吸附Fe²⁺或Fe³⁺后，原位还原为Fe⁰，再通过置换反应在nZVI表面进行纳米金修饰以提高nZVI的稳定性和反应活性。通过调节酵母菌载体与铁盐的质量比、酵母菌载体与金盐的质量比、还原剂浓度、反应温度、反应时间和搅拌或振荡速度达到控制nZVI粒径和纳米金覆盖率的目的。