一種微生物制備碳酸鍶的方法
【專利摘要】本發明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，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。
【專利說明】一種微生物制備碳酸鍶的方法
【技術領域】
[0001] 本發明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。
【背景技術】
[0002] 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 -次污染等缺點。
【發明內容】
[0003] 本發明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。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：
[0005] -種微生物制備碳酸鍶的方法，它包括以下步驟：
[0006] (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；
[0007] ⑵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°C下，厭氧反應2?5d，獲得含有碳酸鍶沉 淀的溶液；
[0008] (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?KKTC下干燥 2?6h，制得高純度的碳酸鍶粉末。
[0009] 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〇
[0010] 步驟（1)中，所述的NaOH水溶液，溶質NaOH濃度為60?100g/L，優選80g/L。
[0011] 步驟⑵中，硝酸銀、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。
[0012] 步驟⑵中，以水為溶劑配置含有硝酸鍶、碳酸氫鈉、乳酸鈉和步驟⑴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。
[0013] 步驟⑵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。
[0014] 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：
[0015] a)配制培養基：取牛肉膏1?5g，蛋白胨5?10g，NaCll?5g，蒸饋水lL，pH7. 0， 混合均勻后，經高壓滅菌鍋滅菌，得到培養基；
[0016] 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°C、轉速為100_250r/min的條件下培養24-48h ;
[0017] 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°C、轉速為100_250r/min的條件下擴大培養24-48h，即得。
[0018] 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°C下，厭氧反應3d，獲得含有碳酸鍶沉淀的溶液。
[0019] 步驟⑶中，優選的方式是，在80°C下干燥3h。
[0020] 本發明的化學反應機理：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。
[0021] 本發明的有益效果在于：
[0022] (1)本發明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。
[0023] (2)采用本發明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。
[0024] (3)本發明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】
[0025] 根據下述實施例，可以更好地理解本發明。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發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本 發明。
[0026] 實施例1 :
[0027] 用去離子水配制0· lmol/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。
[0028] Shewanella MR-1(ATCC700550)，其培養液的制備：取牛肉膏5g，蛋白胨IOg, NaCllg，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IOOml 培養基，將鐵還原菌接種到該培養基中。在溫度為37°C、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°C、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。
[0029] 制備碳酸鍶粉體：反應液中含有ImM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°C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lh，過濾，用蒸餾水和無水乙醇洗滌白色粉末3次，然后在80°C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)。
[0030] 表1實驗室制備的碳酸鍶質量同國內外質量標準對比
[0031]
【權利要求】
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°C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?KKTC下干燥2? 6h，制得高純度的碳酸鍶粉末。
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FeCl 3的濃度為0? 1?0? 5mol/L。
3. 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 NaOH水溶液，溶質NaOH濃度為60?100g/L。
4. 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（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。
5. 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⑵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 酸銀的濃度為0. 1?6mmol/L。
6. 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（2)中，所述的 鐵還原菌為希瓦氏菌（Shewanella)或地桿菌（Geobacter)。
7. 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（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?lOg，NaCll?5g，蒸饋水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°C、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°C、轉速為100_250r/min的條件下擴大培養24-48h，即得。
【文檔編號】C12R1/01GK104313055SQ201410500259
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】謝婧婧, 宋天順, 徐超, 王桂蘭, 張鴻鹍, 金月娟 申請人:南京工業大學