阅读说明：本技术 一种生物合成纳米金属硫化物的方法 (Method for biologically synthesizing nano metal sulfide ) 是由 刘宏伟 李伟华 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及微生物应用领域,具体涉及一种生物合成纳米金属硫化物的方法,所述制备方法采用以下装置,所述装置包括反应腔内设置有隔膜,所述隔膜将反应腔分为上反应室和下反应室；所述上反应室设置有第一进料口和第一出料口,所述第一进料口连接设置有第一蠕动泵；所述第一蠕动泵一端连接所述第一进料口,另一端连接设置第一储料器；所述第一出料口连接设置有第一回收器；所述下反应室设置有第二进料口和第二出料口,所述第二进料口连接设置第二蠕动泵；所述第二蠕动泵一端连接所述第二进料口,另一端连接设置第二储料器；所述第二出料口连接设置有第二回收器。本发明有效的降低了重金属离子对硫酸盐还原菌的毒性作用,并有利于提高生产效率。(The invention relates to the field of microorganism application, in particular to a method for biologically synthesizing nano metal sulfide, which adopts the following device, wherein the device comprises a reaction cavity which is internally provided with a diaphragm, and the diaphragm divides the reaction cavity into an upper reaction chamber and a lower reaction chamber; the upper reaction chamber is provided with a first feeding hole and a first discharging hole, and the first feeding hole is connected with a first peristaltic pump; one end of the first peristaltic pump is connected with the first feed inlet, and the other end of the first peristaltic pump is connected with a first material storage device; the first discharge hole is connected with a first recovery device; the lower reaction chamber is provided with a second feeding hole and a second discharging hole, and the second feeding hole is connected with a second peristaltic pump; one end of the second peristaltic pump is connected with the second feed port, and the other end of the second peristaltic pump is connected with a second material storage device; and a second recoverer is connected to the second discharge hole. The invention effectively reduces the toxic effect of heavy metal ions on sulfate reducing bacteria and is beneficial to improving the production efficiency.)

一种生物合成纳米金属硫化物的方法

技术领域

本发明涉及微生物应用领域，具体涉及一种生物合成纳米金属硫化物的方法。

技术背景

由于半导体纳米微粒具有量子尺寸效应和介电限域效应基本性质，所以表现出不同于块体半导体的光、电和光电转换特性。纳米金属硫化物具有较高的活性，在可见光区具有较高的量子效率，带隙能较小(E_g≈2.30eV)，因此纳米金属硫化物在在生物标记、能量转化、传感器以及光电催化等方面具有广阔的应用前景，而且目前为止已经取得了很多成果。

纳米金属硫化物的制备方法及制备装置是其应用基础和前提。目前文献报道的主要合成方法有元素置换反应、热解反应、交换反应、水热与溶剂热合成等。这些方法各有优势，同时也有各自的缺点。元素置换法得到的产物粒径较大，且制备过程中产生的硫蒸气使产物难以保持其化学计量比；热解反应需要温度高，且得到的产物不纯；交换反应制备纳米金属硫化物得到了普遍的应用，但该反应经常采用毒性较大的H₂S气体作为硫源；水热与溶剂热合成种非常有效的方法，人易于制备出纯度高、晶型好、单分散、形状以及大小可控的纳米微粒，缺点是一般水热的温度计较高。因此探索出一种简单、经济、绿色环保制备纳米金属硫化物的方法将有助于提高纳米金属硫化物的实际应用价值。

硫酸盐还原菌(SRB)是一类形态各异、营养类型多样、能利用硫酸盐或者其它氧化态硫化物作为电子受体来异化有机物质的微生物。广泛存在于土壤、水田、湖、沼、河川底泥、海底泥、石油矿床、温泉水和地热地区，甚至于存在人体的口腔和肠道中。在富含硫酸盐的有水厌氧环境中，硫酸盐还原菌是相当活跃的分子，它以硫酸盐做最终电子受体，分解水体中的有机物，获得合成细胞物质和维持生命所需的能量。硫酸盐作为硫酸盐还原菌代谢过程中的最终电子受体，被还原成硫离子，它首先在细胞体外积累，然后进入细胞，在细胞内，第一步反应是 SO₄ ^2-的活化，即SO₄ ^2-与ATP反应转化为腺苷酰硫酸(APS)和焦磷酸(PPi)，PPi 很快分解为无机磷酸(Pi)，推动反应不断向左进行。APS继续分解成亚硫酸盐和磷酸腺苷(AMP)。亚硫酸盐脱水后变成偏亚硫酸盐(S₂O₅ ^2-)，S₂O₅ ^2-极不稳定，很快转化为中间产物连二亚硫酸盐(S₂O₄ ^2-)，S₂O₄ ^2-又迅速转化为S₃O₆ ^2-，S₃O₆ ^2-分解成硫代硫酸盐(S₂O₃ ^2-)和亚硫酸盐(SO₃ ^2-)，S₂O₃ ^2-又经自身的氧化还原作用，变成SO₃ ^2-和最终产物S^2-，S^2-被排出体外，进入周围环境。

现有技术中利用SRB制备纳米金属硫化物时，SRB容易受到重金属离子的毒害作用，例如重金属离子Cd²⁺的浓度达到30mg/L时，SRB即丧失了活性。而且现有的设置也无法实现纳米粒子生产的连续作业。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中SRB容易受到重金属离子的影响，SRB的在制备过程中活性降低，以及无法实现连续作业等技术问题，提供了一种微生物制备纳米金属硫化物的装置。

本发明的另一个目的在于，提供上一种生物合成纳米金属硫化物的方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种生物合成纳米金属硫化物的方法，所述制备方法采用以下装置，所述装置包括反应腔，所述反应腔内设置有隔膜，所述隔膜将反应腔分为上反应室和下反应室；所述上反应室设置有第一进料口和第一出料口，所述第一进料口连接设置有第一蠕动泵；所述第一蠕动泵一端连接所述第一进料口，另一端连接设置第一储料器；所述第一出料口连接设置有第一回收器；所述下反应室设置有第二进料口和第二出料口，所述第二进料口连接设置第二蠕动泵；所述第二蠕动泵一端连接所述第二进料口，另一端连接设置第二储料器；所述第二出料口连接设置有第二回收器。

所述生物合成纳米金属硫化物的方法，包括以下步骤：

S1.将SRB培养液分别置于上反应室和第一储料器中，金属离子溶液分别置于下反应室和第二储料器中；

S2.将上反应室、下反应室、第一储料器和第二储料器内进行除氧处理；

S3.在上反应室中接种SRB菌种，开启第一蠕动泵和第二蠕动泵，在30～50℃的温度下反应1～14天。

优选地，所述金属离子溶液包括镉盐、铜盐或钴盐中的一种或多种。

优选地，所述金属离子的浓度为100～1000mg/L。

优选地，所述步骤S3中，接种量为10⁴～10⁷cell/mL。

优选地，所述SRB培养液包括，5～15g/L的NaCl，0.1～0.3g/L的MgSO₄·7H₂O， 0.5～2.0g/L的酵母浸汁液，0.005～0.02g/L的K2HPO4，1.0～6.0ml/L的乳酸钠， 0.005～0.02g/L的维生素C。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明提供的一种生物合成纳米金属硫化物的方法，利用细菌生物还原酶的作用，在自然温和的条件下降硫酸盐还原成S^2-。生产的S^2-通过半透膜的隔膜与重金属离子结合生成纳米金属硫化物，并且将反应得到的废液及时通过回收器回收，保持了SRB培养液中的营养成分，也保证了重金属离子的浓度要求，从而保证反应的连续进行。本发明有效的降低了重金属离子对硫酸盐还原菌的毒性作用。硫酸盐还原菌分布广，培养简便，利用生物制备纳米金属硫化物工艺简单，条件温和且环境友好，适合低成本、大规模、绿色生产需要。而且通过本发明获得的纳米金属硫化物，可应用于生物监测、光电催化、吸附材料等，通过与其他基质复合可显著提高光电催化和光电转换的效率。

附图说明

图1本发明合成纳米金属硫化物的装置示意图；

图2本发明方法获得的纳米金属硫化物的紫外光谱图；

图3本发明方法获得的纳米金属硫化物的X射线衍射图；

图4本发明方法获得的纳米金属硫化物的扫描电镜图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

除特殊说明，本实施例中所用的设备均为常规实验设备，所用的材料、试剂无特殊说明均为市售得到，无特殊说明的实验方法也为常规实验方法。

实施例1

一种生物合成纳米金属硫化物的方法，采用如图1所述装置制备，所述装置，包括反应腔1，所述反应腔1内设置有隔膜2，所述隔膜2将反应腔1分为上反应室3和下反应室4；所述上反应室3设置有第一进料口31和第一出料口32，所述第一进料口31连接设置有第一蠕动泵33；所述第一蠕动泵33一端连接所述第一进料口31，另一端连接设置第一储料器34；所述第一出料口32连接设置有第一回收器35；所述下反应室4设置有第二进料口41和第二出料口42，所述第二进料口41连接设置第二蠕动泵43；所述第二蠕动泵43一端连接所述第二进料口41，另一端连接设置第二储料器44；所述第二出料口42连接设置有第二回收器45。

所述生物合成纳米金属硫化物的方法，包括以下步骤：

S1.将SRB培养液分别置于上反应室和第一储料器中，100～1000mg/L金属镉溶液分别置于下反应室和第二储料器中，在投放物料之前对装置进行消毒灭菌处理；

S2.将上反应室、下反应室、第一储料器和第二储料器内进行除氧处理；

S3.在上反应室中接种10⁴～10⁷cell/mL的SRB菌种，开启第一蠕动泵和第二蠕动泵，在30～50℃的温度下反应1～14天。

上述SRB菌种经过活化处理，具体方法为：

取出冰箱中保存的SRB菌种，置于适宜温度下的恒温培养箱中保温2～3小时，移取适量的菌种于已灭菌的瓶子中，将已灭菌培养基加满整个瓶子，盖上塞子，保证瓶中没有空气。将接种有SRB的培养液置于恒温培养箱中培养24小时，如果瓶中溶液变黑，则说明所培养的SRB具有相当的活性。如果没有变黑，那么就按上述操作步骤重新接种一次，直到瓶中的溶液变黑，如果接种三次瓶中的溶液都没有变黑，那么说明菌种已经失活，需要更换菌种。

所述SRB培养液包括，5～15g/L的NaCl，0.1～0.3g/L的MgSO₄·7H₂O，0.5～2.0 g/L的酵母浸汁液，0.005～0.02g/L的K₂HPO₄，1.0～6.0ml/L的乳酸钠，0.005～0.02 g/L的维生素C。

实验例

将实施例获得的纳米硫化镉，测试紫外光谱图，如图2所示，其在500nm左右有最大吸收峰。测试X射线衍射图，如图3所示，从X射线衍射峰可以确认本合成方法合成的产物是硫化镉，而且X射线衍射峰较宽，说明合成的纳米硫化镉粒径较小。并通过扫描电镜观测其表面形貌，如图4所示，可以看出硫化镉纳米颗粒发生了团聚，团聚后颗粒直径在100个纳米左右。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。