：本發(fā)明涉及環(huán)境微生物，具體涉及一種金屬納米顆粒的微生物電化學高效制備方法及應用。

背景技術

0、
背景技術：

1、金屬納米材料由于其特殊的電子結構、形貌及獨特的晶體學表面特性等，在聲學、光學、電磁學、熱能學、催化及超導等多個領域都表現(xiàn)出比常規(guī)材料更好的性能，因而普遍應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境科學、能源等領域。金屬納米顆粒也屬于納米材料研究范疇。金屬納米顆粒的聚合作用和較大的比表面積特性使金屬納米顆粒的燒結溫度降低，催化活性更好，是優(yōu)良的催化劑。隨著納米顆粒尺寸的減小，在化學反應性中發(fā)揮促進反應物解離的作用越大。以銀納米顆粒為例，銀納米顆粒具有高比表面積、良好的導電性和卓越的抗菌性能，在多個領域展現(xiàn)出廣泛的應用場景。尤其在醫(yī)療領域，銀納米顆粒因其強大的抗菌性能，被廣泛應用于醫(yī)療器械的消毒、抗菌藥物的制備以及創(chuàng)傷修復等方面，能夠有效預防和控制細菌的傳播，提高公共衛(wèi)生水平。此外，銀納米顆粒也被研究用于水處理，通過其抗菌性能去除水中的有害微生物，提高水質(zhì)。

2、傳統(tǒng)的金屬納米顆粒制備過程操作繁瑣，條件苛刻且需要有毒試劑參與，易造成環(huán)境污染。近年來，微生物合成法制備金屬納米顆粒逐漸走進工業(yè)化生產(chǎn)。相較于傳統(tǒng)的物理化學合成方法，微生物可通過改變金屬的氧化態(tài)，將金屬氧化物或零價金屬沉積在細胞表面或細胞內(nèi)，形成金屬納米顆粒。該過程反應溫和，且具有毒性小、對環(huán)境無污染、制備成本低等優(yōu)勢。目前已發(fā)現(xiàn)了多種可培養(yǎng)微生物能夠通過還原氧化態(tài)金屬的方式制備金屬納米顆粒。然而，多種具有還原金屬離子能力的微生物都是厭氧型細菌，而目前的厭氧處理工藝復雜，并且在絕對厭氧條件下細菌的生長速度會受到限制。此外，微生物的金屬離子還原需要額外提供氫氣、甲酸或者丙酮酸鈉等作為電子供體，增加了制備成本。

3、因此，建立一種經(jīng)濟、高效、低毒的金屬納米顆粒制備方法極為重要。

技術實現(xiàn)思路

0、
技術實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的目的是提供一種金屬納米顆粒的微生物電化學高效制備方法及應用，解決了傳統(tǒng)制備金屬納米顆粒方法反應條件苛刻，生產(chǎn)過程復雜、效率低下，且具有毒性危害和環(huán)境污染的問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術方案予以實現(xiàn)的：

3、一種金屬納米顆粒的微生物電化學高效制備方法，其特征在于，通過正/負恒電位調(diào)控微生物氧化還原代謝行為制備合成金屬納米顆粒，所述的微生物為活性污泥或單菌馴化培養(yǎng)的電活性微生物；所述金屬納米顆粒為金屬單質(zhì)的一種固體形態(tài)，所述金屬納米顆粒形成于電活性生物膜的表面，由電活性微生物通過特有的胞外電子傳遞方式還原溶解態(tài)金屬鹽生成。

4、所述金屬納米顆粒包括銀和鈀。

5、制備的鈀或銀等金屬納米顆粒在電活性生物膜表面分布均勻，粒徑為1～10nm。

6、單菌馴化培養(yǎng)的電活性微生物為賴氨酸芽孢桿菌(lysinibacillus?varians)gy32，其保藏號：cgmcc1.12212或脫色希瓦氏菌(shewanella?decolorationis)s12。

7、具體步驟如下：

8、1)在電極電位相對于ag/agcl參比電極為+0.2v恒電位的厭氧條件下培養(yǎng)電活性生物膜，經(jīng)過23-27天得到成熟穩(wěn)定的生物膜；所述電活性生物膜培養(yǎng)體系由營養(yǎng)培養(yǎng)基、碳基材料和活性污泥或單菌馴化培養(yǎng)的電活性微生物構成，營養(yǎng)培養(yǎng)基配方為4mm?nano3、0.13g/lkcl、4.5g/lna2hpo4、2.27g/lnah2po4·2h2o、礦物質(zhì)溶液、維生素和1g/l乙酸鈉，溶劑為去離子水；

9、2)生物膜成熟后，在培養(yǎng)裝置中添加金屬鹽，將電極電位調(diào)整為相對于ag/agcl電極的負恒電位，其電勢范圍為-0.2v至-0.6v，繼續(xù)培養(yǎng)1天-2天后得到金屬納米顆粒-生物膜復合體系。

10、步驟2)所述金屬鹽添加濃度為0.1～2mmol/l，所述的金屬鹽為可溶性貴金屬，包括鈀酸鹽和硝酸銀等。

11、通過上述方法制備的鈀或銀等金屬納米顆粒在電活性生物膜表面分布均勻，粒徑為1～10nm，具有極強的還原性，因此本發(fā)明還保護所述方法制備的金屬納米顆粒在降解污水中4-氯酚等難生物降解有機污染物的應用。

12、4-氯酚的濃度不大于10mg/l，降解率可達到82％。

13、污水來源于生活污水，工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)尾水。

14、本發(fā)明的有益效果如下：

15、1)本發(fā)明與傳統(tǒng)的金屬納米顆粒制備技術相比，所使用的方法具有生物膜來源廣泛，具備普適性，此外所使用的方法培養(yǎng)簡單、成本低廉、制備過程溫和、綠色環(huán)保以及高效低耗能等特點，以自然環(huán)境沉積物污泥、賴氨酸芽孢桿菌(lysinibacillus?varians)gy32，菌種保藏號：cgmcc1.12212或脫色希瓦氏菌(shewanella?decolorationis)s12為接種物，通過施加正/負恒電位調(diào)控微生物氧化還原代謝過程，在細胞膜表面獲得了一層分布均勻、穩(wěn)定性優(yōu)異的金屬納米顆粒，顯著降低了金屬納米顆粒的制備成本和環(huán)境毒性。

16、2)通過上述方法制備的鈀或銀等金屬納米顆粒在電活性生物膜表面分布均勻，粒徑為1～10nm，具有極強的還原性，利用該電活性生物膜-金屬納米顆粒復合體處理了難生物降解有機污染物(4-氯酚)，相對于非電活性生物膜和無金屬離子的處理組，降解效果最好，證明電活性生物膜結合金屬納米顆粒的復合體系可應用于4-氯酚等有毒有機污染物的快速高效降解，具有較高的環(huán)境修復應用價值，具有較好的應用前景。

17、總之，本發(fā)明建立了一種經(jīng)濟、高效、低毒的金屬納米顆粒制備方法，在納米材料制備、醫(yī)療衛(wèi)生、電子光學、環(huán)保和新能源等多個領域都有著重要的應用價值。

技術特征：

1.一種金屬納米顆粒的微生物電化學高效制備方法，其特征在于，通過正/負恒電位調(diào)控微生物氧化還原代謝行為制備合成金屬納米顆粒，所述的微生物為活性污泥或單菌馴化培養(yǎng)的電活性微生物；所述金屬納米顆粒為金屬單質(zhì)的一種固體形態(tài)，所述金屬納米顆粒形成于電活性生物膜的表面，由電活性微生物通過特有的胞外電子傳遞方式還原溶解態(tài)金屬鹽生成。

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬納米顆粒包括銀和鈀。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，制備的金屬納米顆粒在電活性生物膜表面分布均勻，粒徑為1～10nm。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，單菌馴化培養(yǎng)的電活性微生物為賴氨酸芽孢桿菌(lysinibacillus?varians)gy32，其保藏號：cgmcc1.12212或脫色希瓦氏菌(shewanella?decolorationis)s12。

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，具體步驟如下：

6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟2)所述金屬鹽添加濃度為0.1～2mmol/l，所述的金屬鹽為可溶性貴金屬，包括鈀酸鹽和硝酸銀。

7.權利要求1所述方法制備的金屬納米顆粒在降解污水中難生物降解有機污染物的應用。

8.根據(jù)權利要求7所述的應用，其特征在于，難生物降解有機污染物為鹵代有機污染物。

9.根據(jù)權利要求7所述的應用，其特征在于，鹵代有機污染物為4-氯酚，濃度不大于10mg/l。

10.根據(jù)權利要求7所述的應用，其特征在于，污水來源于生活污水，工業(yè)、農(nóng)業(yè)尾水。

技術總結
本發(fā)明公開了一種金屬納米顆粒的微生物電化學高效制備方法及應用，通過正/負恒電位調(diào)控微生物氧化還原代謝行為制備合成金屬納米顆粒，所述的微生物為活性污泥或單菌馴化培養(yǎng)的電活性微生物；所述金屬納米顆粒為金屬單質(zhì)的一種固體形態(tài)，所述金屬納米顆粒形成于電活性生物膜的表面，由電活性微生物通過胞外電子傳遞溶解態(tài)金屬鹽還原生成。上述方法制備的鈀或銀等金屬納米顆粒在電活性生物膜表面分布均勻，粒徑為1～10nm，具有極強的還原性，利用該電活性生物膜?金屬納米顆粒復合體處理了難生物降解有機污染物(4?氯酚)，相對于非電活性生物膜和無金屬離子的處理組，降解效果最好。

技術研發(fā)人員：周少鋒,安文文,許玫英
受保護的技術使用者：廣東省科學院微生物研究所（廣東省微生物分析檢測中心）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15