一種微生物制備碳酸鍶的方法技術

本發明專利技術公開了一種微生物制備碳酸鍶的方法，在常溫下用NaOH水溶液滴定FeCl3溶液的pH值至10～12，使之發生沉淀反應，將混合液離心，棄去上清液，沉淀加去離子水洗滌、離心，得到水合氧化鐵；以水為溶劑配置含有硝酸鍶、碳酸氫鈉、乳酸鈉和水合氧化鐵的反應液，然后將經擴大培養后含有鐵還原菌的培養液，接入到上述反應液中，然后在20～50℃下，厭氧反應2～5d，獲得含有碳酸鍶沉淀的溶液；靜置1h，然后過濾，棄去上清液，白色沉淀用蒸餾水和無水乙醇依次輪流洗滌，干燥制得高純度的碳酸鍶粉末。采用本發明專利技術，通過濕法一步合成，可制備出不同顆粒大小、形貌，以滿足不同用途的碳酸鍶粉末。

【技術實現步驟摘要】
一種微生物制備碳酸鍶的方法
本專利技術屬于金屬鍶的化學制備方法，涉及一種微生物制備碳酸鍶的方法，適合于利用微生物制備不同形貌、大小的碳酸鍶。
技術介紹
碳酸鍶是一種重要的工業原料，廣泛用于生產顯像管、顯示器、工業監視器、電子元器件等，碳酸鍶還是制備金屬鍶及多種鍶鹽的主要原材料。近幾年，大屏幕彩電、計算機用彩色顯示器、高性能磁性材料等對高純碳酸鍶的需求量不斷增加。日本、美國、德國等發達國家鍶產品生產由于礦脈枯竭、能源費用上漲、環境污染等，產量逐年下降。我國有豐富的鍶資源，儲量占世界總儲量的30％左右。我國已成為世界鍶產品主要生產國，年產量約占世界鍶產品產量的50～60％。然而，我國高品質鍶產品研究、開發起步晚、碳酸鍶深加工技術匱乏、生產成本高、環境污染嚴重、出口價格低。為了防止環境污染，充分利用我國鍶礦資源優勢和龐大的碳酸鍶加工基礎，盡早攻克以碳酸鍶為主要原材料的高純碳酸鍶和高純度金屬鍶產業化關鍵技術，將我國的鍶資源優勢轉化為鍶經濟優勢。傳統的碳酸鍶納米制備方法包括液相反應法、超重力反應沉淀法、微波反應法、微乳液法、低溫固相反應法等制備方法,各種方法各有其優缺點。但存在能耗較高、鍶的轉化率較低、產品純度欠佳、會帶來二次污染等缺點。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是克服上述現有技術中的不足，提供一種微生物制備碳酸鍶的方法。通過對微生物接種量、反應條件的控制，來制備不同形貌和大小的碳酸鍶。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案如下：一種微生物制備碳酸鍶的方法，它包括以下步驟：(1)水合氧化鐵制備：用去離子水配制FeCl3溶液，在常溫下用NaOH水溶液滴定FeCl3溶液的pH值至10～12，使之發生沉淀反應，將混合液離心，棄去上清液，沉淀加去離子水洗滌、離心，重復洗滌、離心直到洗滌水的pH接近中性，得到水合氧化鐵；(2)吸附、礦化反應：以水為溶劑配置含有硝酸鍶、碳酸氫鈉、乳酸鈉和步驟(1)制得的水合氧化鐵的反應液，然后將經擴大培養后含有鐵還原菌的培養液，按體積百分比2～10％接入到上述反應液中，然后在20～50℃下，厭氧反應2～5d，獲得含有碳酸鍶沉淀的溶液；(3)樣品分離處理：將步驟(2)得到的含有碳酸鍶沉淀的溶液靜置，然后過濾，棄去上清液，白色沉淀用蒸餾水和無水乙醇依次輪流洗滌3～5次，然后在60～100℃下干燥2～6h，制得高純度的碳酸鍶粉末。步驟(1)中，所述的FeCl3溶液，溶質FeCl3的濃度為0.1～0.5mol/L，優選0.2mol/L。步驟(1)中，所述的NaOH水溶液，溶質NaOH濃度為60～100g/L，優選80g/L。步驟(2)中，硝酸鍶、碳酸氫鈉、乳酸鈉和水合氧化鐵的摩爾比為1～10：25：25：25，優選6:25:25:25。步驟(2)中，以水為溶劑配置含有硝酸鍶、碳酸氫鈉、乳酸鈉和步驟(1)制得的水合氧化鐵的反應液，其中，硝酸鍶的濃度為0.1～6mmol/L。步驟(2)中，所述的鐵還原菌為希瓦氏菌(Shewanella)或地桿菌(Geobacter)，優選希瓦氏菌。步驟(2)中，所述經擴大培養后含有鐵還原菌的培養液按如下方法制備得到：a)配制培養基：取牛肉膏1～5g，蛋白胨5～10g，NaCl1～5g，蒸餾水1L，pH7.0，混合均勻后，經高壓滅菌鍋滅菌，得到培養基；b)鐵還原菌種子培養：取100-250ml步驟a)制備得到的培養基，將鐵還原菌接種到該培養基中，在溫度為20-50℃、轉速為100-250r/min的條件下培養24-48h；c)擴大培養：向步驟b)得到的鐵還原菌中加入步驟a)制備得到的培養基，在溫度為20-50℃、轉速為100-250r/min的條件下擴大培養24-48h，即得。步驟(2)中，優選的方式是，將經擴大培養后含有鐵還原菌的培養液，按體積百分比5％接入到上述反應液中，然后在37℃下，厭氧反應3d，獲得含有碳酸鍶沉淀的溶液。步驟(3)中，優選的方式是，在80℃下干燥3h。本專利技術的化學反應機理：為吸附、礦化原理。具體為鐵還原菌先吸附溶液中的硝酸鍶，然后鐵還原菌在還原水合氧化鐵中的三價鐵變成二價鐵的過程中，會產生質子，質子會進一步和溶液中的碳酸根反應生成二氧化碳，并溶于水中和硝酸鍶發生礦化反應，從而生成碳酸鍶。本專利技術的有益效果在于：(1)本專利技術所有微生物鐵還原菌易于培養，并可連續擴大培養，適合大批量的工業化應用。(2)采用本專利技術制備的碳酸鍶結晶較好，并可通過調節硝酸鍶濃度、溫度、水合氧化氧化鐵濃度、攪拌速度、微生物接種量等條件來控制晶體的生長方式、以及顆粒大小，以滿足不同用途的需求。(3)本專利技術采用的濕法一步合成，大大簡化了合成工藝，而且不產生二次污染，實用性強。具體實施方式根據下述實施例，可以更好地理解本專利技術。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用于說明本專利技術，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本專利技術。實施例1：用去離子水配制0.1mol/L的FeCl3溶液，在常溫下用60g/L的NaOH溶液滴定至pH為11左右，使之發生沉淀反應，將混合液離心，棄去上清液，加入去離子水洗滌，再次離心，反復3次，直到洗滌水的pH接近中性，分裝儲備，得到水合氧化鐵。ShewanellaMR-1(ATCC700550)，其培養液的制備：取牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl1g，蒸餾水1L，pH＝7.0，混合均勻后，經高壓滅菌鍋滅菌，得到培養基。然后取100ml培養基，將鐵還原菌接種到該培養基中。在溫度為37℃、轉速為250r/min的條件下培養24h，得培養后的鐵還原菌。培養后的鐵還原菌種再次加入到培養基中，在溫度為37℃、轉速為250r/min的條件下擴大培養24h，得到經擴大培養后含有鐵還原菌的培養液。制備碳酸鍶粉體：反應液中含有1mM硝酸鍶，25mM水合氧化鐵，25mM乳酸鈉，25mM碳酸氫鈉，同時加入經擴大培養后含有鐵還原菌的培養液，按5％體積比接入到反應液中，然后在37℃下，厭氧反應3d，獲得含有碳酸鍶的白色粉末。接著將含有碳酸鍶沉淀的溶液靜置1h，過濾，用蒸餾水和無水乙醇洗滌白色粉末3次，然后在80℃下干燥2h，獲得碳酸鍶粉末，該碳酸鍶呈球狀，粒徑20微米，其純度并符合國家標準值(表1)。表1實驗室制備的碳酸鍶質量同國內外質量標準對比*中國標準為HC3-953-1976(試劑)實施例2：用去離子水配制0.5mol/L的FeCl3溶液，在常溫下用80g/L的NaOH溶液滴定至pH為10左右，使之發生沉淀反應，將混合液離心，棄去上清液，加入去離子水洗滌，再次離心，反復3次，直到洗滌水的pH接近中性，分裝儲備，得到水合氧化鐵。ShewanellaMR-1(ATCC700550)，其培養液的制備如實施例1。鐵還原菌經擴大培養24h后，按2％的接種量，加入到反應液中，其中反應液中含有2mM，25mM水合氧化鐵，25mM乳酸鈉，25mM碳酸氫鈉。然后在30℃下，厭氧反應4d，獲得含有碳酸鍶的白色粉末。接著將含有碳酸鍶沉淀的溶液靜置1h，然后過濾，用蒸餾水和無水乙醇洗滌白色粉末3次，然后在100℃下干燥3h，獲得碳酸鍶粉末，該碳酸鍶呈針狀，粒徑2微米。實施例3：水合氧化鐵的制備如實施例2。Geobactersulfurreducens(ATCC本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微生物制備碳酸鍶的方法，其特征在于，它包括以下步驟：(1)水合氧化鐵制備：用去離子水配制FeCl3溶液，在常溫下用NaOH水溶液滴定FeCl3溶液的pH值至10～12，使之發生沉淀反應，將混合液離心，棄去上清液，沉淀加去離子水洗滌、離心，重復洗滌、離心直到洗滌水的pH接近中性，得到水合氧化鐵；(2)吸附、礦化反應：以水為溶劑配置含有硝酸鍶、碳酸氫鈉、乳酸鈉和步驟(1)制得的水合氧化鐵的反應液，然后將經擴大培養后含有鐵還原菌的培養液，按體積百分比2～10％接入到上述反應液中，然后在20～50℃下，厭氧反應2～5d，獲得含有碳酸鍶沉淀的溶液；(3)樣品分離處理：將步驟(2)得到的含有碳酸鍶沉淀的溶液靜置，然后過濾，棄去上清液，白色沉淀用蒸餾水和無水乙醇依次輪流洗滌3～5次，然后在60～100℃下干燥2～6h，制得高純度的碳酸鍶粉末。

【技術特征摘要】
1.一種微生物制備碳酸鍶的方法，其特征在于，它包括以下步驟：(1)水合氧化鐵制備：用去離子水配制FeCl3溶液，在常溫下用NaOH水溶液滴定FeCl3溶液的pH值至10～12，使之發生沉淀反應，將混合液離心，棄去上清液，沉淀加去離子水洗滌、離心，重復洗滌、離心直到洗滌水的pH接近中性，得到水合氧化鐵；(2)吸附、礦化反應：以水為溶劑配置含有硝酸鍶、碳酸氫鈉、乳酸鈉和步驟(1)制得的水合氧化鐵的反應液，然后將經擴大培養后含有鐵還原菌的培養液，按體積百分比2～10％接入到上述反應液中，然后在20～50℃下，厭氧反應2～5d，獲得含有碳酸鍶沉淀的溶液；(3)樣品分離處理：將步驟(2)得到的含有碳酸鍶沉淀的溶液靜置，然后過濾，棄去上清液，白色沉淀用蒸餾水和無水乙醇依次輪流洗滌3～5次，然后在60～100℃下干燥2～6h，制得高純度的碳酸鍶粉末；步驟(2)中，所述的鐵還原菌為希瓦氏菌(Shewanella)ATCC700550或地桿菌(Geobacter)ATCC51573。2.根據權利要求1所述的微生物制備碳酸鍶的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的FeCl3溶液，溶質FeCl3的濃度為0.1～0.5mol/L。3.根據權利要求1所述的微生...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝婧婧，宋天順，徐超，王桂蘭，張鴻鹍，金月娟，
申請(專利權)人：南京工業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32