一種鐵黃晶種的生物制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及利用微生物合成鐵黃晶種的方法，屬于化學(xué)合成【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法將油酸、KNO3、K2S、MgCl2、CaHPO4·2H2O、(NH4)HSO4、乙醇、正丁醇、FeSO4·7H2O按一定的比例配制成水溶液漿料，用硫酸或氨水調(diào)節(jié)漿料的初始pH為2.1-2.5，在反應(yīng)物中接種總濃度為1-3×106個(gè)/ml的Acidithiobacillusferrooxidans細(xì)胞，常溫下通空氣反應(yīng)，當(dāng)漿料由淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色，制備得到鐵黃晶種。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鐵黃晶種合成技術(shù)工藝復(fù)雜、反應(yīng)條件不易控制、晶種質(zhì)量差等問(wèn)題，具有重要的技術(shù)示范意義和社會(huì)價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種鐵黃晶種的生物制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵黃晶種的制備方法，具體涉及利用微生物合成鐵黃晶種的方法，屬于化學(xué)合成【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鐵是一種傳統(tǒng)而又重要的無(wú)機(jī)材料，具有優(yōu)越的耐光、耐高溫、耐堿和耐大氣影響等性能，在醫(yī)藥、食品、建材、橡膠、塑料、陶瓷、造紙等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其中氧化鐵黃是具有很好分散性的鐵系顏料，其著色力強(qiáng)，遮蓋力高，不溶于堿，微溶于酸。合成氧化鐵黃具有耐光性、分散性好，以及無(wú)毒、無(wú)味，人體不易吸收等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨以及醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域。目前，現(xiàn)有技術(shù)制備氧化鐵黃晶種是以FeSO4.7Η20為原料、NaOH或NH3.H2O為沉淀劑或pH調(diào)節(jié)劑，在酸性或堿性條件下，空氣為氧化劑氧化制備，制備工藝較復(fù)雜，反應(yīng)條件不易控制，晶種的質(zhì)量受反應(yīng)條件的影響較大。酸性條件下制備晶核時(shí)，為得到微小的粒子，F(xiàn)eSO4大大過(guò)量，F(xiàn)eSO4在溶液中以配合物的形式存在。高溫時(shí)配合物易分解，造成晶核大小不一致；溫度太低，則會(huì)有雜晶生成。在晶種生長(zhǎng)階段，溫度一般控制在8(T85°C ;溫度高，F(xiàn)e2+擴(kuò)散的速度比較快，易生成黑色的Fe3O4雜晶，溫度低，則會(huì)產(chǎn)生
Y-FeOOH,并且產(chǎn)品顏色發(fā)暗，反應(yīng)速度慢，反應(yīng)周期長(zhǎng)；堿法制備時(shí)，晶核由FeSO4與過(guò)量的NaOH (Na0H/FeS04≥4)反應(yīng)制備；溫度高，亞鐵離子擴(kuò)散速度加快，晶體生長(zhǎng)速度快，只會(huì)得到顆粒較粗大的粒子；溫度低，晶體生長(zhǎng)速度慢，可使粒子細(xì)化，易生成Y-FeOOH雜晶，反應(yīng)速度慢，產(chǎn)量低。
[0003]近年來(lái)，有學(xué)者以硫酸亞鐵為主要原料，成功用微生物法合成黃色鐵礬顏料。中國(guó)專(zhuān)利(微生物催化合成黃鐵礬的方法，CN 03112950.1)以及我們前些年的研究結(jié)果(一種固定化微生物連續(xù)催化合成黃鐵礬的方法，CN 1896249 B)相繼公開(kāi)了利用微生物催化合成黃鐵礬顏料的方法。它是將硫酸亞鐵和硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸銨等作為主要的反應(yīng)物，將游離的或固定化的微生物作為催化劑進(jìn)行生產(chǎn)。但是利用微生物的方法合成氧化鐵黃晶種的技術(shù)工藝還未見(jiàn)相關(guān)的研究報(bào)告。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)工藝復(fù)雜、反應(yīng)條件不易控制、晶種質(zhì)量波動(dòng)大等問(wèn)題，本發(fā)明提出一種鐵黃晶種的生物制備方法，即在常溫條件下，以一定比例的混合漿料作為反應(yīng)物，接種微生物在溫和條件下發(fā)酵反應(yīng)，進(jìn)而獲得鐵黃晶種。
[0005]本發(fā)明所述的鐵黃晶種的生物制備方法如下:
按照以下比例配制水溶液反應(yīng)物:油酸0.1-0.5 kg/m3, KNO3 0.13 kg/m3, K2S0.05-0.07 kg/m3, MgCl20.16 kg/m3，CaHPO4.2H20 0.2 kg/m3, (NH4) HSO4 0.9-1.4 kg/m3,乙醇 0.09 kg/m3,正丁醇 0.2-0.4 kg/m3, FeSO4.7H20 50.0-80 kg/m3,用 2_6mol/L的硫酸或氨水調(diào)節(jié)漿料的初始pH為2.1-2.5 ;在上述反應(yīng)物中接種氧化亞鐵硫桿菌(AcidithiobaciIlus ferrooxidans)細(xì)胞,細(xì)胞總濃度為1-3X IO6個(gè)/ml,常溫下通空氣反應(yīng)，當(dāng)漿料由淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色，且漿料pH由最初的2.1-2.5變?yōu)?.6-2.1時(shí)，停止反應(yīng)，制備得到鐵黃晶種。
[0006]氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)菌種,一般用行業(yè)所熟知的9K液體培養(yǎng)基富集和稀釋涂平板分離純化，在中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(保藏編號(hào):CCTCC M 88063)、美國(guó)模式菌種收集中心(保藏編號(hào):ATCC 23270)等菌種保藏中心
可以獲得。
[0007]上述硫酸或氨水濃度優(yōu)選4mol/L。
[0008]在上述反應(yīng)物中接種的Jci di thi obaci Ilus ferrooxi dans細(xì)胞總濃度優(yōu)選2X IO6個(gè)/ml左右。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:以特定組合比例配制的溶液作為反應(yīng)物，在常溫下經(jīng)生物催化轉(zhuǎn)化，進(jìn)而制備鐵黃晶種。制得的鐵黃晶種可進(jìn)一步制備成氧化鐵黃產(chǎn)物。工藝技術(shù)簡(jiǎn)單、質(zhì)量易控、可操作性強(qiáng)，反應(yīng)物質(zhì)從始至終以液態(tài)漿料形態(tài)存在，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)，解決了現(xiàn)有技術(shù)工藝復(fù)雜、反應(yīng)條件不易控制、晶種質(zhì)量差等問(wèn)題，具有重要的技術(shù)示范意義和社會(huì)價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例1
將油酸 0.1 kg/m3, KNO3 0.13 kg/m3, K2S 0.05 kg/m3, MgCl20.16 kg/m3，CaHPO4.2Η20 0.2kg/m3, (NH4) HSO4 0.9 kg/m3,乙醇 0.09 kg/m3,正丁醇 0.2 kg/m3, FeSO4.7Η20 50.0 kg/m3,溶解于水溶液中，配制成I m3漿料反應(yīng)物，用2mol/L的硫酸調(diào)節(jié)漿料的初始pH為2.1。
[0011]在上述反應(yīng)物中接種Jcit/i thi obaci Ilus ferrooxi dans ,接種細(xì)胞總濃度在I X IO6個(gè)/ml左右。25°C左右下通空氣連續(xù)反應(yīng)，通氣量90 L/min，反應(yīng)約48 h后，漿料由淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色，PH約1.6，停止反應(yīng)，紅棕色漿料即為鐵黃晶種。
[0012]將上述晶種按照體積比5%加到I mol/L的硫酸亞鐵溶液中，用2 mol/L的氨水調(diào)節(jié)溶液pH為3.0，50 L/min通氣反應(yīng)，用2 mol/L的硫酸或氨水保持反應(yīng)過(guò)程中溶液pH
3.0左右，連續(xù)氧化30h，獲得氧化鐵黃產(chǎn)物，經(jīng)檢測(cè)產(chǎn)物粒子為米粒形，平均徑長(zhǎng)110 nm、寬為 30 nm，X 射線(xiàn)衍射分析 d 值為 4.191 (110),2.458 (111),2.759 (130)，與 JCPDS 標(biāo)準(zhǔn)樣一致，鐵元素含量62.2%，與鐵黃標(biāo)準(zhǔn)樣理論值相符。
[0013]實(shí)施例2
將油酸0.3kg/m3，KNO3 0.13 kg/m3, K2S 0.06 kg/m3,MgCl20.16 kg/m3，CaHPO4.2Η20 0.2kg/m3, (NH4) HSO4 1.2 kg/m3,乙醇 0.09 kg/m3,正丁醇 0.2 kg/m3, FeSO4.7H20 50.0 kg/m3,溶解于水溶液中，配制成I m3漿料反應(yīng)物，用4mol/L的氨水調(diào)節(jié)漿料的初始pH為2.3。
[0014]在上述反應(yīng)物中接種Jcit/i thi obaci Ilus ferrooxi dans ,接種細(xì)胞總濃度在2X IO6個(gè)/ml左右。25°C左右下通空氣連續(xù)反應(yīng)，通氣量90 L/min，反應(yīng)約50 h后，漿料由淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色，PH約1.9，停止反應(yīng)，紅棕色漿料即為鐵黃晶種。 [0015]將上述晶種按照體積比5%加到I mol/L的硫酸亞鐵溶液中，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH為3.0，50 L/min通氣反應(yīng)，用4 mol/L的硫酸或氨水保持反應(yīng)過(guò)程中溶液pH 3.0左右，連續(xù)氧化30h，獲得氧化鐵黃產(chǎn)物，經(jīng)檢測(cè)產(chǎn)物粒子為米粒形，平均徑長(zhǎng)100 nm、寬為30 nm,X射線(xiàn)衍射分析d值為4.190 (110),2.457 (111),2.756 (130)，與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)樣一致，鐵元素含量62.1%，與鐵黃標(biāo)準(zhǔn)樣理論值相符。
[0016]實(shí)施例3
將油酸 0.5 kg/m3, KNO3 0.13 kg/m3, K2S 0.07 kg/m3, MgCl20.16 kg/m3, CaHPO4.2H200.2 kg/m3, (NH4) HSO4 1.4 kg/m3,乙醇 0.09 kg/m3,正丁醇 0.4 kg/m3, FeSO4.7H20 80 kg/m3，溶解于水溶液中，配制成I m3漿料反應(yīng)物，用6mol/L的氨水調(diào)節(jié)漿料的初始pH為2.5。
[0017]在上述反應(yīng)物中接種Jcit/i thi obaci Ilus ferrooxi dans ,接種細(xì)胞總濃度在3X IO6個(gè)/ml左右。30°C左右下通空氣連續(xù)反應(yīng)，通氣量95 L/min，反應(yīng)約60 h后，漿料由淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色，此時(shí)PH約2.1，停止反應(yīng)，紅棕色漿料即為鐵黃晶種。
[0018]將上述晶種按照體積比5 %加到lmol/L的硫酸亞鐵溶液中，用6mol/L氨水調(diào)節(jié)溶液pH為3.5，40 L/min通氣反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中保持溶液pH 3.0-3.5之間，連續(xù)氧化36 h，獲得氧化鐵黃產(chǎn)物，經(jīng)檢測(cè)產(chǎn)物粒子為米粒形，平均徑長(zhǎng)90 nm、寬為30 nm，X射線(xiàn)衍射分析d 值為 4.195 (110),2.456 (111),2.752 (130)，與 JCPDS 標(biāo)準(zhǔn)樣一致，鐵元素含量 62.6%，與鐵黃標(biāo)準(zhǔn)樣理論值相符。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵黃晶種的生物制備方法，其特征在于，按照以下比例將試劑溶于水中，配制成水溶液反應(yīng)物:油酸 0.1-0.5 kg/m3, KNO3 0.13 kg/m3, K2S 0.05-0.07 kg/m3, MgCl2 0.16kg/m3，CaHPO4.2Η20 0.2 kg/m3, (NH4) HSO4 0.9-1.4 kg/m3,乙醇 0.09 kg/m3,正丁醇 0.2-0.4kg/m3, FeSO4.7H20 50.0-80 kg/m3,用2-6 mol/L的硫酸或氨水調(diào)節(jié)漿料的初始pH為2.1-2.5,接種 Acidithiobacillus /krroiorii/afls 細(xì)胞,細(xì)胞總濃度為 1-3X IO6 個(gè) /ml,常溫下通空氣反應(yīng)，當(dāng)漿料由淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色，且漿料PH由最初的2.1-2.5變?yōu)?.6-2.1時(shí)，停止反應(yīng)，制得鐵黃晶種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵黃晶種的生物制備方法，其特征在于，硫酸或氨水濃度優(yōu)選4 mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵黃晶種的生物制備方法，其特征在于，接種的Acidithiobacillus細(xì)胞總濃度優(yōu)選 2 X IO6 個(gè) /ml。
【文檔編號(hào)】C12P3/00GK103789350SQ201410043443
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】王玉建, 李大平, 何曉紅, 劉禪, 占國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所