「上海铂块回收」,生物吸附法回收溶液中铂族金属的研究进展

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2020年6月5日15:13:20
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「上海铂块回收」,生物吸附法回收溶液中铂族金属的研究进展

「上海铂块回收」,生物吸附法回收溶液中铂族金属的研究进展
生物吸附法回收溶液中铂回收族金属的研究进展
谭玲1,谭志斌2,何佳1,徐航1,肖勇1,谢建平1·
。中南大学资源加工与生物工程学院,教育部生物冶金重点实验室,长沙;
2。东山学校,湖南湘乡
摘要:铂回收族金属具有诸多优良的物化特性,广泛应用于制药行业、催化领域、微电子材料和饰品投资等。全球铂回收族金属储量少,研究钅白族金属资源二次回收利用意义重大。微生物吸附机理主要包括静电吸附、离子交换、表面络合和氧化还原作用等,该法具有工艺简单、经济环保、选择性强等优点,因此,在金属离子回收领域有较大的发展前景,代表着未来技术的发展方向。
铂回收族金属,即钌、铑回收、钯和锇、铱、铂回收6种金属,它们分别排列在元素周期表第珊族的第5和第6周期,是一组具有复杂共生特点的天然元素[刂。
铂回收和钯在地壳中的含量高于其它4种元素且应用更加广泛,也被称为“主铂回收族金属”。铂回收族金属具有许多独特、优越的物理化学性质,在现代工业、高新技术产业中具有重要而不能被其它金属或材料取代的特殊应用,先后被誉为“现代工业维生素“和“第一高技术金属”[2]。全球铂回收族金属储量约为7·1×104,
而我国储量为324,仅占全球储量的0.48%左右,并且存在矿床质量差、品位低的难题,随着富矿、易处理矿日益减少或枯竭,研宄铂回收族金属资源二次回收利用己成为当下意义重大的课题。
20世纪80年代开始研宄和发展的微生物吸附法是一项具有广阔的发展前景的技术,其主要是利用微生物细胞及其代谢产物,通过物理、化学作用包括络合、沉淀、氧化还原、离子交换等富集水溶液中的金属离子,再通过固液两相分离,达到移
第一作者:谭玲,女,博士研宄生,研宄方向:微生物吸附贵金属。-:·
*通讯作者:谢建平,男,在站博士后,副教授,研宄方向:环境微生物。-:101。
除水相中金属离子的目的卩]。作为一种新兴的处理技术,微生物吸附法具有工艺简单、经济环保、微生物来源丰富、选择性强等优点,在金属离子回收领域有较大的发展前景。在微生物对金属离子的吸附机理方面,金属离子同细胞表面的官能团之间存在的物理化学相互作用,包括有静电作用、离子交换、氧化还原
「上海铂块回收」,生物吸附法回收溶液中铂族金属的研究进展
、表面络合作用等,而金属离子在细胞内部的氧化还原反应和微生物表达的蛋白质有关。固定化微生物细胞、建立微生物吸附工艺是解决微生物细胞工业应用的关键。微生物固定化技术是在酶固定化基础上发展来的一项新技术,主要原理是通过物理或化学的方法将游离、分散的微生物固定在某一限定区域内,以提高微生物细胞的浓度,保持较高的生物活性并反复利用的方法。因此,微生物固定化也是铂回收族金属二次回收利用工艺中的关键步骤。
本课题组近年来对微生物吸附铂回收、钯的过程及机理作了深入系统的研究。研宄表明,大肠杆菌对单一钯离子溶液的吸附率可达96·66‰对单一铂回收离子的吸附率为97·68%,而在二元铂回收、钯离子溶液体系中,大肠杆菌优先吸附钯离子,即使增大铂回收离子浓度也无法增加其吸附。根据吸附动力学分析,大肠杆菌对铂回收、钯离子的吸附过程符合颗粒内扩散模型,且吸附过程可以自发进行。借助及检测分析发现,大肠杆菌对钯离子的吸附过程中,不仅有吸附作用,还发生了还原反应,而铂回收离子的吸附过程中,只有吸附「上海铂块回收」作用,未发现还原反应。大肠杆菌可特异性的吸附工业废水溶液中的铂回收、钯离子,吸附率分别为97·2%和19·5%[4·6]。普罗威斯登菌对钯离子的吸附动力学、热力学和等温吸附曲线表明,吸附过程自发进行且为放热反应;、和表征吸附前后菌体表面和内部的变化,结果发现,钯离子不仅吸附到了菌体表面,而且进入了细胞内部;吸附了钯离子之后,菌表面形态在纳米级别上有很大变化;和结果显示,钯离子被普罗威斯登菌还原成0价,对吸附贡献最大的官能团为羧基和羟基,其次是磷酸基和氨基[7·9]。
1铂回收族金属资源及应用
表1世界各国铂回收族金属矿床品位及储常州铂碳回收
国别南非津巴布韦俄罗斯美国加拿大中国
矿区美伦斯基矿层-2矿层诺里尔斯克斯蒂尔瓦特萨德伯里金川
总量/00394约300总价值95%98%约80%约20%96%约12%5%
铂回收族金属是21世纪可持续发展中不可或缺的重要战略资源,其使用量已成为衡量一个国家工业、科技和高新技术产业发展水平的重要指标之一。其主要应用有以下方面卩0]:
1纳米材料:10、30的铂回收族金属微粒或薄膜材料,具有比表面积人、晶格能高、催化活性特殊等特性,在高效催化剂制备中有独特的应用前景。
2工业及环保催化剂:全球工业催化剂产品中
大多需用铂回收族金属。铂回收族金属也因其催化活性大、抗高温氧化、稳定性好等特点,被誉为“催化之王”。
3药物:铂回收的特殊化合物,顺铂回收一顺式。二氯二氨合铂回收和卡铂回收一1,1·环一。二酸二氨合铂回收,己成为癌症化疗不可缺少的药物。
4特种功能材料:以铂回收族金属为基础或载体的诸多精密电阻材料、磁性材料、形状记忆材料、涂层复合材料等,己广泛应用于航空航天、军工、电
第期谭玲等:生物吸附法回收溶液中铂回收族研宄进展165
子电器和信息等高新技术产业。
5新能源材料:新能源中燃料电池的催化电极,产氢、透氢和储氢材料都需要铂回收族金属。
2生物吸附法回收铂回收族金属二次资源
生物吸附法被认为是一项在处理贵「上海铂块回收」金属污染和回收贵金属离子方面具有广阔发展前景的技术卩刂。与传统火法、湿法处理技术相比,生物吸附法具有环境友好、运行成本低、工艺简单、产生废物少且易处理、吸附效率高、生物材料来源丰富等优势卩2]。其将生物质作为吸附剂,对溶液中金属离子进行主动或被动吸附的方法,其原理是基于生物质中特定配体与金属离子之间的离子交换、络合、氧化还原等作用,达到减铂碳回收吉瑞贵金属少溶液中金属离子浓度的目的卩3]。
表2生物吸附剂类型
生物吸附剂
处理对象
芽孢杆菌属、大肠杆菌、硫酸盐还原菌等啤酒酵母、假丝酵母等
各类发酵工厂的废弃菌丝体,各类活性污泥等磁性壳聚糖、壳聚糖固定化酿酒酵母等
固定化、物理化学改性菌种;表面展示等基因工程菌
利用无活性的生物吸附材料或衍生物作为生物吸附剂来处理废水中贵金属或有机物的研究日益增多,目前己成为生物吸附研究中的主流。
2·1生物吸附剂
生物吸附剂是指以生物体为主体材料,对水体中污染物贵金属、有机污染物或放射性核素等具有吸附或去除能力的材料。文献报道的生物吸附材料种类繁多,类型有未经任何处理的自由活体细胞、经过培养或收集的原始生物材料、经过物理或化学方法处理的改性或固定化细胞等,主要包括细菌如、酵母如№№“、丝状真菌讵叩“““、藻类、工业废弃物、多糖物质如纤维素和壳聚糖等卩4一1习。表2列举了不同种类的生物吸附剂及相关处理对象。
2·2生物吸附机理
生物吸附机理的探讨一直是生物吸附领域中的重要研究内容。一般认为,生物吸附金属离子的过程分为被动吸附不依赖细胞的新陈代谢、主动吸收依赖细胞的新陈代谢2个阶段卩6]。研究表明,微生物吸附剂与金属离子间的作用机制主要包括静电吸附[17]、离子交换卩8]、表面络合卩9]和氧化还原等,如图1所示。
221静电吸附
等[21]研宄了微生物吸附贵金属离子的机制,结果表明该生物吸附剂对2+的吸附主要是通过静电作用形成表面沉淀。等[22]在研宄沼“、和/回收铂碳催化剂“对、+的生物吸附时发现贵金属离子的吸「上海铂块回收」附率强烈依赖溶液,认为该吸附机制可能涉及静电吸附作用。等[23]发现在较低时,酵母对2、2+的吸附效果不好,认为是由于水合氢离子占据了细胞表面的吸附位点,因静电斥力作用阻碍了金属离子接近细胞壁。
图1贵金属离子的生物吸附机制丨20]
222离子交换
林丽芹[24]利用和分析了毕赤酵母吸附[町过程中离子的含量变化,结果表明可能通过离子交换的形式,参与到毕赤酵母吸附[14]啲过程中。和[2习在研宄酵母吸附的过程中发现细胞70%的快速释放,随后60%的“缓慢释放,证实了离子交换是生物吸附机理之一。王建龙等[26]的研宄工作表明,酿酒酵母吸附、“的过程促进了细胞自身、、2+等离子的释放,说明离子交换机制在酵母吸附贵金属的过程中发挥了重要作用。
223表面络合
等卩7]利用盐单胞菌处理工业含2+废水,结果表明细胞表面的羟基、羧基和氨基是细胞表面吸附2+的主要官能团,并观察到了2+结合到菌体表面后发生改变的细胞微观形貌。等[28]研宄了猕乃对-共存溶液中的选择性吸附现象,发现猕细胞表面的伯胺基团能够选择性吸附千足铂回收价格多少钱一克陈玉伟[29]的研宄发现磁性壳聚糖与贵金属或核素的反应机理与吸附剂表面的、原子有关,并提出了相应的反应式。
224氧化还原
贵金属离子可能被酿酒酵母细胞和失活细菌还原并在细胞表面形成对应的零价金属颗粒卩0·3刂。等[31]研究了乳酸杆菌09对的吸附机理,结果证实细胞壁上的多糖组分的水解产物可将还原成,同时释放大量质子,导致体系下降。等卩2]发现脱硫弧菌翻的死菌体细胞在没有辅助因子存在的条件下能以丙酮酸、甲酸或2作为电子供体,使还原为00
3铂回收族金属二次资源回收工艺
相较于传统的铂回收族金属矿产资源,二次资源具有以下特点:1品位较高;2成分简单;3金属品种少;4使用范围集中,多数易于收集。这些特点使得铂回收族金属二次资源的回收相对简单,投资少,周期短,环境污染轻,经济效益高,能够极快的形成生产力满足需求。目前,不论铂回收族金属二次资源的品位高低,都己经开发出了对应的回收工艺,具体流程如图2所示。
分离富集
图2铂回收族金属二次资源再生回收工艺
然而,在铂回收族金属资源的开发、精炼及富集过程中,会有大量低浓度、成分复杂的金属溶液产生,需要从中回收高价值的铂回收族金属。传统的回收方法有化学沉淀法、电解法、离子交换法和溶剂萃取法等卩3],但这些方法存在试剂消耗大及能耗大卩2,34]、易造成二次污染卩2]、反应不彻底、运行费用较高卩5浏、不适宜回收低浓度铂回收族金属等缺点。因此,开发高效、环境友好的富集回收工艺极具现实意义。
根据生物吸附剂具备活性与否,生物吸附的典型工艺可分为无活性细胞工艺和活细胞工艺。无活性细胞工艺就是对某些生物材料进行处理洗涤、干燥、物理化学改性后,然后再应用于各类反应器中。例如处理各种废水的过程。吸附了金属离子的生物吸附剂一般可进行再生、回用。该工艺大多用于贵金属或放射性核素废水的处理和降解,同时也能为铂回收族金属的生物富集和回收提供指导,具体工艺流程见图3。
贵金属/放射性废水
图3生物吸附法典型工艺流程。3
266-291,
[21]
[22]
[10]
[16]
4[]。
[17]
272-280。
[18]
[19],。[5]:[]。,3:301-316。
2412:
,[30][]。
2248-2251。
[23],。
[31]
[24]
761-765。
[32]
[25],。
272:。
[33]
543-548。
[26]*],
[34]
180-189。
[35]
103-109。
[36]
-[]。
[29]271-277。

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