微電解體系及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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)】
[0002] 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。
[0003] 環(huán)境污染治理問(wèn)題是與人類健康息息相關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)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(英文名口-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。
[0004] 同樣，重金屬離子污染也給人類健康帶來(lái)了巨大威脅。以絡(luò)(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(jiàn)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(wèn)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。
[0005] 因而，目前處理污水的技術(shù)仍有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 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(wèn)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。
[0007] 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·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。
[0008] 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。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述M13噬菌體為重組M13噬菌體，所述重組M13噬菌體的p8 蛋白的N-末端天冬氨酸和谷氨酸的總數(shù)多于野生型M13噬菌體。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述重組M13噬菌體的p8蛋白的N-末端第2位至第4位的氨 基酸被SEQ ID N0:l-3中任一項(xiàng)所示的氨基酸序列所替換，
[0011] EAEAEAE(SEQ ID N0：1)；
[0012] AEEE(SEQ ID N0：2)；
[0013] EEEAAEE(SEQ ID N0：3)〇
[0014] 在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種制備前面所述的微電解體系的方法。根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括:a.將Ml3噬菌體與TBS緩沖液混合，得到第一混合物;b.向 所述第一混合物中加入第一金屬的鹽溶液和第二金屬的鹽溶液，并靜置5-10分鐘，得到第 二混合物;c.將所述第二混合物中的第一金屬離子和第二金屬離子還原，得到所述微電解 體系。通過(guò)該方法，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的步驟獲得前面所述的微電解體系，操作簡(jiǎn)單，易于控制， 對(duì)操作人員的技術(shù)要求不高，易于實(shí)施。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟c中將所述第二混合物中的第一金屬離子和第二金屬 離子還原是利用硼氫化鈉進(jìn)行的。
[0016] 在本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供了前面所述的微電解體系在處理污水中的用 途。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在前面所述的微電解體系中，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。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述污水中含有對(duì)氯硝基苯和六價(jià)鉻離子中的至少一種。
[0018] 在本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供了一種處理污水的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例， 該方法包括:將前面所述的微電解體系加入污水中。該方法所有步驟均在常溫常壓下進(jìn)行， 反應(yīng)條件溫和，而且該方法中不需要使用貴金屬催化劑，成本較低，且微電解體系中作為陰 極的金屬不產(chǎn)生損失，另外，該方法還原率較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)使用一種金屬的體系，且反 應(yīng)時(shí)間較短，效率較高。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在將前面所述的微電解體系加入污水中之前，進(jìn)一步包括 將所述污水進(jìn)行酸化的步驟。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述污水中含有對(duì)氯硝基苯和六價(jià)鉻離子中的至少一種。
[0021] 本發(fā)明的有益效果至少在于:本發(fā)明提供的微電解體系微電解體系及其制備方法 和應(yīng)用，所有反應(yīng)步驟均在常溫常壓下進(jìn)行;反應(yīng)體系中不使用貴金屬催化劑;反應(yīng)過(guò)程中 陽(yáng)極的金屬被氧化為金屬離子，陰極的金屬則不產(chǎn)生損失。且整個(gè)微電解反應(yīng)異常高效，30 分鐘內(nèi)即可完成反應(yīng)，且污染物還原率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)使用一種金屬的對(duì)照體系。本發(fā)明的 高效還原有機(jī)污染物和重金屬離子的方法，既可以用于單獨(dú)的對(duì)氯硝基苯有機(jī)廢水處理或 鉻離子重金屬污染廢水，也可以用于同時(shí)含有有機(jī)污染物和重金屬離子的工業(yè)廢水，具有 良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的重組M13噬菌體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的野生型M13噬菌體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬離子吸附率檢測(cè)結(jié)果圖。
[0025] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)氯硝基苯的還原過(guò)程曲線。
[0026] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)六價(jià)鉻的還原過(guò)程曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。下面描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā) 明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文 獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均 為可以通過(guò)市購(gòu)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0028] 在本發(fā)明的一個(gè)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·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 于所述重組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)，由于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。 [0029]需要說(shuō)明的是，本文中所述的"微電解體系"是指M13噬菌體表面均勻分散的電位 相對(duì)較低的第一金屬作為微電解的陽(yáng)極，M13噬菌體表面均勻分散的電位相對(duì)較高的第二 金屬作為微電解的陰極，M13噬菌體作為第一金屬和第二金屬的支撐/分散模板以及電流傳 導(dǎo)的導(dǎo)線;含污染物的廢水作為電解質(zhì)溶液形成的電解體系。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一金屬和第二金屬的具體種類不受特別限制，只要兩者 之間具有一定的電位差即可。具體而言，所述第一金屬可以為鐵，所述第二金屬可以為鎳、 鉛