[发明专利]改性椰糠负载纳米零价铁联合铁还原菌复合填料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种改性椰糠负载纳米零价铁联合铁还原菌复合填料，以膨化改性后的椰糠作为负载基材，纳米零价铁和铁还原菌包裹在所述椰糠中，通过如下步骤：1)选取椰子外壳，破碎成椰糠；2)将椰糠进行干燥；3)放入微波膨胀炉进行膨化；4)将椰糠加入到FeSO₄溶液中，再加入有机溶剂、分散剂，搅拌均匀；5)加入NaBH₄，快速搅拌后过滤；6)对所得材料进行灭菌；7)加入磷酸缓冲溶液和葡萄糖溶液；8)接种含铁还原菌的发酵菌液，密封；9)放入恒温摇床，暗光培养，过滤后即得复合填料。本发明所述复合填料采用椰糠作为铁还原菌的有机碳源，纳米零价铁制备过程中无需氮气保护，制备操作简便，能有效处理低浓度含铀废水，适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种微生物水处理领域，具体涉及一种改性椰糠负载纳米零价铁联合铁还原菌复合填料及其制备方法和应用。

背景技术

随着核能技术的飞速发展，产生的含铀废水体量正变得越来越多。铀具有极强的放射性，当铀污染水体和土壤后，会对环境和人类造成严重的威胁。因此世界各国都在投入大量的人力和物力研究含铀废水的治理。

椰子是一种热带水果，广泛存在热带农村地区，在我国海南较为常见。在椰子生产过程中，椰子外壳是一种副产物，较常见于椰子种植农场和椰子加工市场。椰糠是从椰子外壳纤维加工过程中脱落下的一种纯天然的有机质介质，孔隙度大，容重小，透气性好，常用于花卉种植和园林栽培。

纳米零价铁是一种环境友好新型材料，具有粒径小、表面积大、还原能力强、反应速度快等优点，常用于水体修复领域。但纳米零价铁存在空气中稳定性差、保存难度大，易与周围介质中的水或氧气反应，形成的氧化层会抑制与污染物的进一步反应。

铁还原菌是对以Fe(III)作为唯一电子受体、Fe(III)被还原、同时氧化有机碳源，并从中获取能量供自身生长的一类微生物的统称。由于Fe在地球上丰度较高，铁的氧化物在地球上也分布广泛，一般只要存在无氧环境，几乎都会发生Fe(III)的异化还原，而这种Fe(III)的还原主要是异化Fe(III)还原微生物介导的。并且有研究表明，这种以外源铁氧化物为最终电子受体的异化Fe(III)还原可能是微生物最早利用的代谢方式并且广泛存在于自然环境中。

植物材料经过改性处理后，是供铁还原菌生存的优良有机碳源。有研究表明，零价铁可有效的处理含铀废水，零价铁可将废水中的U(VI)离子还原成U(Ⅳ)，U(Ⅳ)沉淀下来被回收利用，零价铁被氧化成Fe(III)化合物，如CN 201711232395公开了一种利用两种活泼性金属的还原吸附性能处理含铀废水的方法。该方法是以铁和铝为材料，利用铁的还原性、铝提供电子的能力以及铁氧化物的吸附性处理含铀废水。但是所产生的氢氧化铁不溶物包裹在纳米零价铁表面，阻滞了纳米零价铁在后续废水处理的化学反应，降低了纳米零价铁的废水处理效率。因此，研究利用植物材料作为有机碳源，利用零价铁对U(VI)的还原作用和铁还原菌对Fe(III)异化还原作用处理含铀废水，是废水处理领域的一大新方向。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明旨在提供改性椰糠负载纳米零价铁联合铁还原菌复合填料及其制备方法，并将所制得的复合填料应用于放射性核素U(VI)低含量废水的处理，以解决纳米零价铁因与U(VI)离子反应生成氢氧化铁不溶物而导致纳米零价铁表面钝化、填料使用寿命短、废水处理量少等技术问题。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一方面，本发明提供的一种改性椰糠负载纳米零价铁联合铁还原菌复合填料，是以膨化改性后的椰糠作为负载基材，纳米零价铁和铁还原菌包裹在所述椰糠中。