一種從水溶液中回收金離子的方法
【專利摘要】一種從水溶液中回收金離子的方法，涉及一種回收金離子的方法。提供利用微生物細(xì)胞和十六烷基三甲基溴化銨協(xié)同作用的一種從水溶液中回收金離子的方法。1）將菌泥干燥，研磨制成菌粉備用；2）在氯金酸溶液中加入步驟1）得到的菌粉，再加入十六烷基三甲基溴化銨，最后加入抗壞血酸維生素c，水浴加熱，振蕩，反應(yīng)后，反應(yīng)溶液底部得到含微生物體和金納米材料的復(fù)合沉淀物，直接傾倒出上清液，或離心分離，獲得含微生物體和金納米材料的復(fù)合材料，高溫灼燒后得單質(zhì)金，所得單質(zhì)金純度較高?；厥招矢?，同時(shí)微生物細(xì)胞用量低，后續(xù)焙燒能耗低，也減少了二氧化碳的排放。
【專利說(shuō)明】一種從水溶液中回收金離子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一 種回收金離子的方法，尤其是涉及一種從水溶液中回收金離子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金作為最重要的貴金屬之一，在工業(yè)上和生活中具有廣泛的用途。然而，金的儲(chǔ)量有限，加上金的市場(chǎng)需求日益增長(zhǎng)，使金的回收利用顯得尤為重要?；瘜W(xué)沉淀法、電解法、離子交換法、活性炭吸附法等傳統(tǒng)方法已用于從水溶液中回收金，與這些傳統(tǒng)方法相比，生物吸附法具有很多優(yōu)點(diǎn)，如處理效率高；pH值和溫度范圍寬(pH3~9，溫度4~90 °C)等，從而生物吸附技術(shù)在金回收方面有應(yīng)用前景。Savvaidis等利用幾類廢棄生物質(zhì)的硫脲金溶液回收金(Biometalsl998, 11, 145-151.) ；Nakajima等和Tsuruta等報(bào)道了許多種類微生物細(xì)胞在吸附和回收金方面的基本數(shù)據(jù)(World JMicrobiol Biotetchnol2003, 19, 369-374.；J Gen Appl Microbiol2004, 50, 221-228.)；Konishi等報(bào)道在25°C、pH=7、氫氣作為電子供體的條件下用中溫厭氧細(xì)菌海藻希瓦氏菌還原和細(xì)胞內(nèi)沉淀金(Hydrometallurgy2006, 81, 24-29.) ；Macaskie等報(bào)道了在電子供體存在條件下利用微生物細(xì)胞吸附還原方法回收電子廢棄物中的金(BiotechnolBioeng2007,96，631—639.；Biotechnol Bioeng2008, 99，1055-1064.；BiotechnolLett2010, 32，1821-1828.)。然而，基于微生物的生物吸附法僅適用于金離子濃度較低的水溶液，且在沒(méi)有電子供體存在條件下，金離子的還原過(guò)程較慢；微生物對(duì)金離子的吸附容量較為有限，往往大量使用微生物質(zhì)造成后續(xù)焙燒過(guò)程能耗高，產(chǎn)生大量溫室氣體二氧化碳。
[0003]近年來(lái)，金納米材料的制備成為納米【技術(shù)領(lǐng)域】中研究熱點(diǎn)之一。利用化學(xué)還原劑，很容易將Au的前驅(qū)體如HAuCl4還原，因此純化學(xué)還原法是最常用的金納米材料的制備方法之一。然而，若僅是前驅(qū)體與還原劑反應(yīng)，生成的金納米顆粒易團(tuán)聚，且納米顆粒形貌和粒度的可控性較差，因而通常需加入分散劑、保護(hù)劑或?qū)б齽?，不僅能夠降低團(tuán)聚作用，同時(shí)對(duì)形貌演變和顆粒粒度起調(diào)控作用。Jana等在常溫下采用分步添加晶種的方法，以HAuCl4S前驅(qū)體，抗壞血酸維生素c (AA)為還原劑，選擇陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，調(diào)控制備了產(chǎn)率相對(duì)較高的金納米線(J Phys ChemB2001, 105，4065-4067.)，該方法成為化學(xué)法制備金納米材料的經(jīng)典方法，后來(lái)為多數(shù)研究者所用。然而，該方法只能用于金納米材料的制備，而無(wú)法用于水溶液中金離子的回收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在提供利用微生物細(xì)胞和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)協(xié)同作用的一種從水溶液中回收金離子的方法。
[0005]本發(fā)明包括以下步驟:
[0006]I)將菌泥干燥，研磨制成菌粉備用；
[0007]2)在氯金酸溶液中加入步驟I)得到的菌粉，再加入十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，最后加入抗壞血酸維生素c (AA)，水浴加熱，振蕩，反應(yīng)后，反應(yīng)溶液底部得到含微生物體和金納米材料的復(fù)合沉淀物，直接傾倒出上清液，或離心分離，獲得含微生物體和金納米材料的復(fù)合材料，高溫灼燒后得單質(zhì)金，所得單質(zhì)金純度較高。
[0008]在步驟I)中，所述菌泥可采用大腸桿菌菌泥、乳酸桿菌菌泥、黑曲霉菌菌泥、釀酒酵母菌菌泥、地衣芽孢桿菌菌泥等中的一種；大腸桿菌、乳酸桿菌、黑曲霉菌、釀酒酵母菌、地衣芽孢桿菌最好經(jīng)過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng)。
[0009]在步驟2)中，所述氯金酸溶液的摩爾濃度可為0.1~2.0mM，菌粉的加入量可為
0.005~0.05g ;再加入CTAB后，溶液中CTAB的濃度可為2.5~10.0mM ;最后加入抗壞血酸維生素c (AA),使得溶液中AA的濃度可為0.25~2.0mM ;所述水浴加熱的溫度可為30~90°C下，所述反應(yīng)的時(shí)間可為2~24h。
[0010]本發(fā)明在微生物細(xì)胞和CTAB協(xié)同作用下，抗壞血酸維生素C(AA)快速還原金離子并在微生物細(xì)胞周圍形成高度密集的金納米材料(納米線、納米帶等纏繞微生物細(xì)胞)，之后金納米材料和微生物細(xì)胞構(gòu)成的復(fù)合材料自動(dòng)沉淀，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)與分離過(guò)程的耦合，回收效率高，同時(shí)微生物細(xì)胞用量低，后續(xù)焙燒能耗低，也減少了二氧化碳的排放。本發(fā)明中微生物細(xì)胞和CTAB兩者缺一不可，若僅使用微生物細(xì)胞，則金的富集容量低；若僅使用CTAB，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)金的回收。本發(fā)明利用了微生物細(xì)胞上豐富的有機(jī)官能團(tuán)與金離子發(fā)生相互作用，輔以CTAB的導(dǎo)引作用，引入AA將金離子還原并在菌體周圍形成高度密集的金納米材料如金納米線、金納米帶等。本發(fā)明在水溶液中金離子的回收方面可望具有良好的應(yīng)用前景。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為實(shí)施例1制備的金納米材料的SEM圖(標(biāo)尺為100 μ m)。
[0012]圖2為實(shí)施例1制備的金納米材料的SEM圖(標(biāo)尺為2 μ m)。
[0013]圖3為實(shí)施例1制備的金納米材料的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例1:
[0016]在10mL、0.50mM氯金酸溶液中加入大腸桿菌菌粉，反應(yīng)前與反應(yīng)2h后沒(méi)有明顯變化，菌粉沉積在底部。若在氯金酸溶液中先加入CTAB(5.0mM)，然后再加菌粉或先加菌粉后加CTAB，發(fā)現(xiàn)溶液顏色均顯現(xiàn)黃色，但加入CTAB的溶液顏色更深。溶液顏色的變黃可能與Au(III)跟CTA+發(fā)生絡(luò)合有關(guān)，由于加入順序?qū)е氯芤褐蠥u(III)濃度的變化。先加菌粉，由于吸附作用使Au(III)濃度迅速下降，導(dǎo)致溶液顏色比較淺。隨著時(shí)間的加長(zhǎng)，金離子被菌體表面基團(tuán)還原，Au(III)濃度不斷降低，顏色逐漸變淡，沒(méi)有聚集現(xiàn)象產(chǎn)生，結(jié)合圖1和2說(shuō)明金納米顆粒吸附在菌體周圍或溶液內(nèi)部。若加入還原劑AA (0.50mM)，溶液立即變?yōu)樗{(lán)紫色，并且有顆粒懸浮在溶液內(nèi)部，反應(yīng)2h后溶液顏色變淺，溶液中有顆粒懸浮。值得注意的是，按不同次序加入CTAB和AA時(shí)，很快就產(chǎn)生大量黑色顆粒，并且團(tuán)聚在一起。在反應(yīng)24h后，分別取上層溶液經(jīng)過(guò)紫外可見(jiàn)光檢測(cè)，在530nm附近沒(méi)有出現(xiàn)納米金特征峰，同時(shí)經(jīng)過(guò)AAS檢測(cè)，其Abs值接近于0，這說(shuō)明溶液中Au(III)基本完全轉(zhuǎn)化被菌體吸附還原，發(fā)生聚集并沉積下來(lái)。實(shí)施例1制備的金納米材料的XRD圖譜參見(jiàn)圖3。
[0017]實(shí)施例2:
[0018]采用大腸桿菌干菌粉，取50 μ L氯金酸溶液(0.04856Μ)溶解于盛有IOmL去離子水的50mL小錐形瓶中，加入加入菌粉(0.005g)，震蕩，搖勻。再250 μ L CTAB (0.1Μ)，震蕩至分散均勻。置于30°C水浴搖床(150r/min)中振蕩反應(yīng)lOmin，再加入50 μ L AA (0.1Μ)，震蕩至無(wú)色透明為止。繼續(xù)置于30°C水浴搖床(150r/min)中振蕩反應(yīng)24h。
[0019]實(shí)施例3~6
[0020]采用實(shí)施例2中的大腸桿菌干菌粉，反應(yīng)體系中氯金酸(HAuCl4)溶液、菌懸液、AA溶液的濃度分別固定為0.25mM、0.5g/L和0.50mM,改變CTAB的濃度(見(jiàn)表1)，重復(fù)與實(shí)施例2相同的制備程序。
[0021]表1
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將菌泥干燥，研磨制成菌粉備用； 2)在氯金酸溶液中加入步驟I)得到的菌粉，再加入十六烷基三甲基溴化銨，最后加入抗壞血酸維生素C，水浴加熱，振蕩，反應(yīng)后，反應(yīng)溶液底部得到含微生物體和金納米材料的復(fù)合沉淀物，直接傾倒出上清液，或離心分離，獲得含微生物體和金納米材料的復(fù)合材料，高溫灼燒后得單質(zhì)金。
2.如權(quán)利要求1所述一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于在步驟I)中，所述菌泥采用大腸桿菌菌泥、乳酸桿菌菌泥、黑曲霉菌菌泥、釀酒酵母菌菌泥、地衣芽孢桿菌菌泥中的一種。
3.如權(quán)利要求2所述一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于所述大腸桿菌、乳酸桿菌、黑曲霉菌、釀酒酵母菌、地衣芽孢桿菌經(jīng)過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于在步驟2)中，所述氯金酸溶液的摩爾濃度為0.1~2.0mM。
5.如權(quán)利要求1所述一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于在步驟2)中，所述菌粉的加入量為0.005~0.05g。
6.如權(quán)利要求1所述一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于在步驟2)中，加入十六烷基三甲基溴化銨后，溶液中十六烷基三甲基溴化銨的濃度為2.5~10.0mM。
7.如權(quán)利要求1所述一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于在步驟2)中，加入抗壞血酸維生素c后，溶液中AA的濃度為0.25~2.0mM。
8.如權(quán)利要求1所述一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于在步驟2)中，所述水浴加熱的溫度為30~90°C。
9.如權(quán)利要求1所述一種從水溶液中回收金離子的方法，其特征在于在步驟2)中，所述反應(yīng)的時(shí)間為2~24h。
【文檔編號(hào)】B22F9/24GK103572060SQ201310610382
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】黃加樂(lè), 李清彪, 孫道華, 汪淼, 孔濤, 景孝廉 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)