[發(fā)明專利]微電解體系及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610109318.2
• 申請(qǐng)日: 2016-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN105645528B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于慧敏;張帥;楊繼;沈忠耀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/461
• 分類號(hào): C02F1/461
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 李志東

本發(fā)明提供了微電解體系及其制備方法和應(yīng)用，該微電解體系包括：M13噬菌體；第一金屬；以及第二金屬，其中，第一金屬和第二金屬分布于M13噬菌體的表面，且第一金屬和第二金屬之間具有電位差。由于第一金屬和第二金屬之間存在電位差，能夠有效形成微電解體系，可以有效用于對(duì)污水中的有機(jī)污染物或重金屬離子進(jìn)行還原處理，不僅還原率高，所需時(shí)間短，且可在常溫常壓下進(jìn)行，且該微電解體系不需要使用貴金屬催化劑，成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物納米技術(shù)交叉領(lǐng)域以及污水處理領(lǐng)域，具體的，本發(fā)明涉及微電解體系及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

利用生物體作為合成工具的生物納米技術(shù)作為一種新興技術(shù)已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如生物芯片、納米生物仿生材料等。其中，采用絲狀的納米級(jí)M13噬菌體作為生物模板進(jìn)行的噬菌體展示技術(shù)，是研究熱點(diǎn)之一，已經(jīng)用于介導(dǎo)合成金屬納米顆粒和納米線、疫苗研究、催化劑制備等多個(gè)領(lǐng)域。

環(huán)境污染治理問題是與人類健康息息相關(guān)的關(guān)鍵問題，如果能夠?qū)⑸锛{米技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)廢水及重金屬污染的環(huán)境修復(fù)，將具有重要的實(shí)際意義。對(duì)氯硝基苯(英文名p-chloronitrobenzene，p-CNB)污染的廢水是一種典型的有機(jī)廢水。對(duì)氯硝基苯是一種重要的化工原料，廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等產(chǎn)品的生產(chǎn)。對(duì)氯硝基苯屬于高毒性物質(zhì)，難以自然降解，微量的對(duì)氯硝基苯即可對(duì)人或動(dòng)物等生物體的血液、肝臟及中樞神經(jīng)體系產(chǎn)生很嚴(yán)重的毒害作用，并且具有致畸、致癌、致基因突變作用。因此，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)將對(duì)氯硝基苯列入優(yōu)先控制污染物名單。含對(duì)氯硝基苯的廢水處理，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。目前，含對(duì)氯硝基苯的工業(yè)廢水傳統(tǒng)處理方法主要有物理吸附法(如活性炭)、催化氧化法(如光催化氧化)、催化還原法(如催化加氫還原法、非氫還原劑還原法和電化學(xué)還原法)等。在各種處理方法中，有的只是實(shí)現(xiàn)了對(duì)氯硝基苯的轉(zhuǎn)移，而不是徹底轉(zhuǎn)化；有的引入了新的化學(xué)物質(zhì)，可能造成新的污染。

同樣，重金屬離子污染也給人類健康帶來(lái)了巨大威脅。以鉻(chromium,Cr)為例，其廣泛使用在皮革、油漆、顏料以及電鍍等領(lǐng)域。鉻在環(huán)境中的常見價(jià)態(tài)有六價(jià)和三價(jià)。對(duì)大多數(shù)的生物來(lái)說(shuō)，六價(jià)鉻劇毒，會(huì)致病致癌。工業(yè)廢水以及垃圾中的六價(jià)鉻(Cr(VI))正在成為環(huán)境的一大危害。因此，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)也將六價(jià)鉻列入優(yōu)先控制污染物名單。三價(jià)鉻(Cr(III))的毒性相對(duì)比較低，通常認(rèn)為六價(jià)鉻的毒性比三價(jià)要高100倍。三價(jià)鉻在中性pH值下即可沉淀生成固體從而得到有效去除。因此，鉻污染的治理的關(guān)鍵問題是如何將六價(jià)鉻還原成為三價(jià)鉻。常規(guī)的六價(jià)鉻還原手段有：(1)氧化還原工藝：直流電還原法，還原劑添加法例如硫代硫酸鈉，硫酸亞鐵，但此方法需要投入一些化學(xué)物質(zhì)，很容易造成二次污染；(2)混凝工藝：鉻可以與偶氮類有機(jī)配體結(jié)合，呈絡(luò)合狀態(tài)，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，但除去成本較高且適用范圍較窄；(3)生物除鉻技術(shù)：許多微生物能在好氧或厭氧狀態(tài)下將六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，進(jìn)而通過(guò)胞外粘性物質(zhì)吸附，或參與胞內(nèi)代謝，當(dāng)然效果并不十分理想。

因而，目前處理污水的技術(shù)仍有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種能夠有效用于污水處理、效果理想的微電解體系及其制備方法和應(yīng)用。

在本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供了一種微電解體系。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該微電解體系包括：M13噬菌體；第一金屬；以及第二金屬，其中，所述第一金屬和第二金屬分布于所述M13噬菌體的表面，且所述第一金屬和第二金屬之間具有電位差。發(fā)明人驚喜地發(fā)現(xiàn)，M13噬菌體具有一定的電負(fù)性，能夠使得第一金屬和第二金屬吸附于M13噬菌體表面，且由于第一金屬和第二金屬之間存在電位差，能夠有效形成微電解體系，進(jìn)而能夠大大提高還原污水中污染物的效果，不僅還原率高，所需時(shí)間短，還可在常溫常壓下對(duì)污水進(jìn)行處理，且該微電解體系不需要使用貴金屬催化劑，成本較低，同時(shí)凈化污水效果理想。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述第一金屬為鐵，所述第二金屬為鎳、鉛或銅等與鐵存在電位差的金屬。