FeOOH的生物化學合成及其對重金屬的去除.pdf

1、氧化亞鐵硫桿菌(Acidicthiobacillus ferrooxidans,簡稱A.ferrooxidans)為嗜酸性化能自養(yǎng)菌，能夠利用亞鐵、還原性硫和金屬硫化物作為能源物質。含硫鐵礦礦石的生物瀝浸過程中，細菌對硫鐵礦的催化氧化導致了大量富含F(xiàn)e和SO42-的酸性礦山廢水的產(chǎn)生，這些廢水與其它類型的水混合，易使大量鐵的氫氧化合物在自然環(huán)境中沉積。這些鐵的氫氧化合物通過吸附、共沉淀、結構元素的結合或取代等機制，能夠有效地衰減環(huán)境中的

2、重金屬。
　　鐵的氫氧化合物的這種能力與它們的顆粒形貌、大小和礦相（如施威特曼石、針鐵礦、四方纖鐵礦和纖鐵礦等）密切相關。由于礦物的環(huán)境功能與顆粒物的形貌結構、界面性質、合成條件和方法密切相關。很有必要對羥基氧化鐵的結構界面特性進行表征，為礦物與污染物間發(fā)生的相互作用機理提供理論依據(jù)。
　　為此，本論文采用改進型9K選擇性培養(yǎng)基，以FeSO4·7H2O為能源物，于城市生活污泥樣品中分離純化利于施威特曼石形成的氧化亞鐵硫桿菌及

3、其生長過程對As(Ⅲ)的去除效果;另利用不同途徑（生物氧化、水解中和和化學氧化）合成羥基氧化鐵，對其結構特征和界面性質進行了表征，進一步研究了不同礦相羥基氧化鐵對水中重金屬Cr(Ⅵ)的吸附去除效果。上述預期研究結果為環(huán)境材料的研發(fā)提供科學依據(jù)。
　　主要研究結果如下:菌株XH3在改進型9K液體培養(yǎng)基中最適生長溫度為28-35℃(初始pH2.8)，最佳初始pH值為2.0-3.3（孵化溫度為28℃），在上述條件下48 h內(nèi)培養(yǎng)液中的所

4、有Fe2+均可被完全氧化。在菌株的生長體系中加入低濃度的As(Ⅲ)(0.1-0.8g/L)細菌仍然氧化Fe2+，但0.5和0.8g/L對Fe2+氧化有明顯的延緩期，高濃度1.2g/L，細菌的Fe2+氧化能力明顯受到抑制，可見，0.8g/L為細菌可適應的最高As(Ⅲ)濃度。隨著細菌對Fe2+的氧化，形成的鐵沉淀產(chǎn)物對As(Ⅲ)的去除效果也以0.8g/L相對較好。
　　由于該細菌生長最佳的較高pH值為3.3，通常Fe2+在反應pH值低

5、于4.2，被化學氧化的速率較慢，故當pH約為4.2時，考察了A.ferrooxidans對亞鐵氧化的促進效果和沉淀產(chǎn)物的影響。發(fā)現(xiàn)在Fe2+(FeSO4)的氧化過程中加入A.ferrooxidans細胞只會加速Fe2+的氧化速率，不會對針鐵礦的形成產(chǎn)生影響，對礦物礦相、結晶度和產(chǎn)物顆粒形貌也無任何影響。
　　在相應條件下化學合成的鐵沉淀產(chǎn)物經(jīng)XRD和FTIR鑒定為α，β，γ-FeOOH礦相，鐵沉淀產(chǎn)物顆粒形貌呈現(xiàn)細長針狀或短棒狀，

6、其中β，γ-FeOOH鐵礦物產(chǎn)物具有納米級顆粒形貌。由于α，β，γ-FeOOH表面的結構基團如羥基和鐵氧基團的差異會對環(huán)境功能產(chǎn)生明顯影響，進一步研究了FeOOH對水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附。
　　實驗結果表明，α，β，γ-FeOOH分別在pH值范圍為2-6，6-9和3-7時吸附Cr(Ⅵ)的效果較好。因此，結合含鉻實踐污染廢水的pH值范圍，綜合選擇pH5-7范圍內(nèi)開展FeOOH對Cr(Ⅵ)實驗。結果顯示FeOOH對Cr(Ⅵ)的吸附速

7、度較快，即5分鐘內(nèi)可達到吸附平衡量的50％，1小時內(nèi)可達到吸附平衡量的95％以上。FeOOH對Cr(Ⅵ)的等溫吸附可通過Langmiur和Freundlich方程進行擬合，擬合結果具有較好的相關性。溶液離子強度以及溶液中共存的Cl-和NO3-對FeOOH吸附Cr(Ⅵ)的去除效果基本沒有影響。然而溶液中共存的SO42-和PO43-對FeOOH吸附Cr(Ⅵ)的去除效果有較大影響，且濃度越高影響越大。
　　可見，吸附材料的物理、化學性質