[发明专利]一种生物型铁锰复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物型铁锰复合材料的制备方法：将载体材料与铁氧化细菌加入到9K培养基中培养，得到含生物源铁离子的培养液；将锰氧化细菌接种到LB培养基中培养，得到含生物源锰离子的培养液；将含生物源铁离子的培养液和含生物源锰离子的培养液混合均匀；向混合均匀的培养液中滴加氨水并连续搅拌，待反应完全后过滤，反复洗涤过滤物，最后将洗涤后的过滤物进行焙烧处理，冷却，得到生物型铁锰复合材料。本发明还提供一种该生物型铁锰复合材料在修复重金属污染土壤和水体中的应用，其中，所述重金属包括砷、锑和铬中的一种或几种。本发明利用生物源铁、锰具有更高的氧化反应活性，从而提高材料对重金属的修复效率。

技术领域

本发明属于重金属污染处理领域，尤其涉及一种生物型铁锰复合材料及制备方法和其在重金属污染水体和土壤中的应用。

背景技术

采矿、金属冶炼、油漆制造、电镀等人为活动都会向环境中排放了大量含重金属的废弃物。其中，锑(Sb)、砷(As)和铬(Cr)等是具有代表性的有毒重/类金属，它们不易降解，容易在食物链中生物累积，造成潜在的危害，这严重威胁人类健康和生态环境的安全。因此，重金属污染土壤治理已成为一个普遍而紧迫的环境问题，且寻求高效、经济的修复技术对环境可持续发展至关重要。

与其他修复技术相比，原位稳定化是修复重/类金属污染土壤的一种较为温和且简单廉价的技术，主要是通过吸附、络合和共沉淀等降低金属迁移率和生物利用度。近年来，利用金属氧化物稳定重金属引起了人们的广泛关注。例如，铁氢/氧化物具有较大的比表面积和丰富的羟基，对锑和砷表现出较高的亲和力和选择性，但由于亚砷酸盐和亚锑酸盐在水溶液中的不同化学行为导致铁/氢氧化物对Sb(III)和As(III)的吸附效率较低；Cr(VI)被磁铁矿表面Fe(II)还原，Cr(III)会与羟基之间形成内层配合物。Fe-Mn氢/氧化物在自然界中广泛存在，因其比表面积较大，且可以进行氧化还原反应和含氧金属阴离子交换，通常表现出比单一金属氧化物更高的吸附能力。

然而，大多铁锰复合材料由化学法合成，存在操作成本高、残留废物量大、要求严格的实验条件(即pH值、温度和压力)等不足，而且金属材料通常用量大、稳定性差、易团聚、且存在无法同步稳定多金属等缺点，严重限制了其在重金属污染修复过程中的使用；而天然铁锰矿物活性吸附位点少，稳定效率较低。生物源铁矿物与化学源铁矿物相比具有不同的吸附反应性，如公开号为CN112342029A的专利文献提供了一种生物型铁基材料，发明人在研究过程中发现在锑砷污染土壤中通常伴随铬，虽然该材料可以稳定砷和锑，但无法同步稳定重金属铬。公开号为CN109570220A中提供了一种好氧/微好氧条件下细菌诱导活性铁锰氧化物修复砷污染土壤的方法，该方法选取恶臭假单胞菌(Pseudomonasputidastrain MnB1，ATCC23483)诱导产生含锰絮状产物，而后将代谢产物加入到砷污染土壤中，在细菌代谢产物的作用下，将土壤中可交换态的砷转化为残渣态的砷，降低砷在土壤中的迁移和生物有效性，但是该方法主要是采用细菌-铁锰氧化物的混合代谢产物稳定土壤中的有效态砷，对于污染成份复杂，且重金属浓度超出微生物耐受限度的土壤可能不适用，此外，该方法对土壤环境要求较高(温度，溶解氧，pH等)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种生物型铁锰复合材料及制备方法和其在重金属污染水体和土壤中的应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种生物型铁锰复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将载体材料与铁氧化细菌加入到9K培养基中培养，得到含生物源铁离子的培养液；

将锰氧化细菌接种到LB培养基中培养，得到含生物源锰离子的培养液；

(2)将所述含生物源铁离子的培养液和所述含生物源锰离子的培养液混合均匀；