嗜酸氧化亚铁硫杆菌作用下产生黄钾铁矾晶体的研究

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黄钾铁矾是金属硫化物在酸性条件下氧化形成的主要次生矿物,是性能优异、稀有昂贵的赭黄色无机颜料,它具有耐候性好、无毒和抗酸等特点,是一种典型的环境友好材料。黄钾铁矾一般出现在硫化矿堆的氧化部分,被酸性岩石或者酸性矿山排水污染的河流环境,冶金提取工业产生的垃圾,酸性硫酸盐土壤和粘土裂隙和海底。近年来,黄钾铁矾引起了地质学、环境学和冶金学等领域学者的广泛兴趣。本文利用微生物法制备黄钾铁矾,研究其在颜料领域的应用,通过实验考察在不同制备条件下睹酸氧化亚铁硫杆菌(Acidihiobacillusferrooxidans,简称A.ferrooxidans菌)生长过程中体系中Fe2+浓度、总铁浓度及黄钾铁矾得率的变化情况,确定黄钾铁矾得率最高时的生物合成条件。本文为确定黄钾铁矾的最佳合成条件,在初始pH值分别为1.40、2.10、2.46、3.03、3.52、4.10、4.90、5.90,温度分别为25℃、30℃、35℃、40℃条件下,考察了体系中Fe2+浓度变化、总铁浓度变化、黄钾铁矾产量及得率情况,发现初始pH值为4.10、温度为30℃时,A.ferrooxidans菌作用下黄钾铁矾产量、得率最高,分别为21.8g/L、72.3%。对培养基中FeSO4·7H2O的投加量(A)、摇床转速(B)、菌液接种量(C)及反应时间(D)等四个因素设计了四因素三水平的正交试验,得到以产量为考核指标时的主次因素顺序及最佳组合为A3B2C3D3,以得率为考核指标时的主次因素顺序及最佳组合为A1B2C3D3。利用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶转换红外光谱仪(FTIR)、X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪等仪器对A.ferrooxidans菌作用下产生的黄钾铁矾样品的化学组成和结构做了分析鉴定。通过对初始pH值分别为2.46和4.10、温度在30℃时,A.ferrooxidans菌作用下产生的黄钾铁矾晶体样品的XRD分析,得知两个样品的XRD图谱均和(K,H3O)Fe3(SO42(OH)6的标准XRD图谱非常接近。再对细菌法合成黄钾铁矾的最佳条件下合成的样品进行傅立叶转换红外光谱分析和X射线荧光光谱分析,结果表明此条件下的样品89.0%是黄钾铁矾,其余为氢黄钾铁矾和黄铵铁矾。通过激光粒度分析得黄钾铁矾样品平均粒径为6.563μm。由扫描电子显微镜对初始pH值分别为2.46和4.10时所制得的黄钾铁矾样品的分析结果可得后者所制得的黄钾铁矾的粒径更小。本文为研究黄钾铁矾在颜料方面的应用,对初始pH值分别为3.0和4.0时所制得的黄钾铁矾样品做了颜料遮盖力和水溶物检测,得知黄钾铁矾可作为一种透明颜料,初始pH值分别为3.0和4.0时所制得的黄钾铁矾样品水溶物含量分别为1.0%和0.6%。
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