一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料及其制备方法，具体步骤为：制备质量浓度为1g/L～1.2g/L的放线菌菌液；对煤矸石进行预处理的得到硅铝源前驱液，外加硅源和/或铝源调节硅铝源前驱液中的硅铝比，制成n(硅源)：n(铝源)：n(去离子水)＝(2～20):1:3000的合成母液；将放线菌菌液与合成母液混合得到混合液，调节混合液的pH值，经晶化、洗涤、干燥、煅烧得到多孔材料，本发明解决了现有较多应用的微生物模板剂对多孔材料孔道结构的导向和支撑作用有限的问题，并且本发明获取、培养该微生物模板剂的过程较为简单，有效缩短了材料的制备周期，提高了生产效率。

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料领域，特别涉及一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料及其制备方法。

背景技术

煤矸石是当今全球排放量最大的大宗固废之一。利用煤矸石中的主要成分S1O

然而，多孔材料制备中通常采用CaCO

现公开的制备多孔材料的微生物模板有白色葡萄球菌、酵母菌DNA、大肠杆菌鞭毛等，但是该类微生物模板对多孔材料的结构导向和孔道支撑作用有限，仍需要添加一定量的有机胺模板剂，且制备过程中对微生物活性大分子和微生物结构的提取较麻烦。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料及其制备方法，以解决现较多应用的微生物模板剂对多孔材料孔道结构的导向和支撑作用有限的问题，并且获取、培养该微生物模板剂的过程较为简单，有效缩短了材料的制备周期，提高了生产效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料的制备方法，具体步骤为：

S1制备质量浓度为1g/L～1.2g/L的放线菌菌液；

S2对煤矸石进行预处理的得到硅铝源前驱液，外加硅源和/或铝源调节硅铝源前驱液中的硅铝比，制成n(硅源)：n(铝源)：n(去离子水)＝(2～20):1:3000的合成母液；

S3将放线菌菌液与合成母液混合得到混合液，调节混合液的pH值，经晶化、洗涤、干燥、煅烧得到多孔材料。

进一步的，步骤S2中，所述预处理的步骤具体为：

S2.1将粒径为240目～300目的煤矸石粉末在800℃～880℃煅烧3h～8h，得到第一前驱体；

S2.2将第一前驱体与1.8mol/L～2mol/L的HCl溶液混合，在70℃～80℃下搅拌2h～3h，洗涤、过滤、干燥得到第二前驱体，

S2.3将第二前驱体与Na

进一步的，步骤S3中，放线菌菌液与合成母液的体积比为1:(4～6)。

进一步的，步骤S3中，调节pH值为用3mol/L～6mol/L的HCl溶液调节混合液pH值至9.8～10.8，再搅拌1h。

进一步的，步骤S3中，将混合液置于带有聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜，并将水热晶化釜放入烘箱中进行晶化。

进一步的，步骤S3中，所述晶化温度为160℃～180℃，晶化时间为18h～28h。

进一步的，步骤S3中，所述煅烧是以1℃/m1n的升温速度升温至180℃～200℃煅烧1h～1.8h。

进一步的，步骤S2中，外加硅源为正硅酸乙酯或硅溶胶，外加铝源为偏铝酸钠或铝酸钠。

本发明还提供一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料，采用上述的制备方法制的。

进一步的，所述煤矸石基多孔材料的粒径为2.8μm～3.8μm，孔径为0.7μm～0.9μm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料的制备方法，以放线菌菌丝体为微生物模板，其营养菌丝对多孔材料的孔道结构具有一定的支撑性，并且放线菌菌丝体天然的形态结构和其表面附有羟基、氨基等官能团能有效吸附硅铝前驱液中的硅铝离子，对多孔材料孔道结构的形成具有较高的的导向性，利用放线菌菌丝体天然的形态结构，可高效制备煤矸石基多孔材料。

本发明采用放线菌菌丝体为模板剂，不需要外加化学导向剂或模板剂。一方面降低了多孔材料的制备成本，一方面在一定程度上实现了绿色合成，即产生了更长远的环境经济效益。

本发明采用放线菌菌丝体作为模板剂，其制备效果优于杆状、球状微生物模板剂。用质量浓度为1～1.2g/L的细菌液与硅铝前驱液以1:4～1:6的体积比混合，能得到结晶效果最好、吸附性能最佳的煤矸石基多孔材料，并且培养提取放线菌菌丝体的过程简单于其他微生物组织、生物大分子结构。

本发明采用放线菌菌丝体为模板剂，其无气生菌丝，也不形成孢子，营养菌丝可断裂成“V”形或“Y”形体，直径小于1微米，制得的煤矸石基多孔材料孔道直径大小均匀，具有一定的选择吸附性，即能吸附特定分子动力学直径的污染物。

附图说明

图1是以放线菌菌丝体为模板剂的煤矸石基多孔材料的扫描电镜图。

图2是本发明实施例1多孔材料和原煤矸石对罗丹明B溶液的吸附对比图。

图3是本发明实施例2多孔材料和原煤矸石对罗丹明B溶液的吸附对比图。

图4是本发明实施例3多孔材料和原煤矸石对罗丹明B溶液的吸附对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料的制备方法，具体步骤为：

(1)将放线菌菌种培养24h后，4000r/m1n的转速离心8m1m分离细菌，配成质量浓度为1～1.2g/L的放线菌菌液，超声振荡10m1n待用。

(2)将煤矸石破碎、研磨，制成粒度为240～300目的煤矸石粉末；

(3)煤矸石粉末置于管式炉中在800～880℃煅烧3～8h，待自然冷却后取出；

(4)将煅烧处理后的煤矸石粉末与1.8～2mol/L的HCl溶液按固液比1:(2～3)混合，70～80℃下搅拌2～3h后，洗涤过滤并干燥煤矸石粉末；

(8)将酸浸后的煤矸石粉末与Na

(6)外加硅源和/或铝源调节硅铝源前驱液中的硅铝比，制成n(硅源)：n(铝源)：n(去离子水)＝(2～20):1:3000的合成母液，将步骤(1)中的放线菌菌液与混合母液按1:(4～6)的体积比混合，并用3～6mol/L的HCl溶液调节混合母液pH值至9.8～10.8，再搅拌1h；

(7)将母液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热晶化釜中，置于烘箱中160～180℃，晶化时间为18～28h，晶化结束后待自然冷却后取出，经洗涤、干燥，以1℃/m1n的升温速度升温至180～200℃煅烧1～1.8h使放线菌菌丝体炭化气化，得到多孔材料。

优选地，步骤(6)中硅源选用正硅酸乙酯或硅溶胶，铝源选用偏铝酸钠或铝酸钠。

图1是以放线菌菌丝体为模板剂的煤矸石基多孔材料的扫描电镜图，可以看出多孔材料晶体呈规则的球状，且大小较均匀，粒径2.8～3.8μm，孔径为0.7～0.9μm，放线菌菌丝体结构为多孔材料提供均匀的孔道，使多孔材料具备良好的吸附量，并解决了传统工艺大量使用有机模板剂带来的环境污染等问题。

实施例1

本实施例公开了一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料的制备方法，具体包括以下步骤：

将放线菌菌种培养24h后，以4000r/m1n的转速离心8m1n分离细菌，配成10mL质量浓度为1g/L的放线菌菌液，并超声振荡10m1n待用。

将18g煤矸石破碎、研磨，筛得240目的煤矸石粉末。将煤矸石粉末置于管式炉中2h内升温至800℃煅烧3h，待自然冷却。将冷却后的煤矸石粉末与1.8mol/L的HCl溶液按质量比1:3混合，70℃下搅拌2h，过滤煤矸石粉末并用去离子水和无水乙醇洗涤三次，再将其78℃干燥1.8h。将干燥后的煤矸石粉末与Na

将前期准备的10ml放线菌菌液与40ml合成母液混合，用3mol/L的HCl溶液调节母液pH值为9.8，搅拌1h。将母液转移至带有聚四氟乙烯内衬的规格为100ml的水热晶化釜中，置于烘箱中160℃晶化18h，晶化结束后待自然冷却后取出，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次后干燥，再以1℃/m1n的升温速度升温至180℃煅烧1h气化放线菌菌丝体得到煤矸石基多孔材料。

该多孔材料的晶粒呈球状结构，粒度为2.8～3μm，孔径直径700nm。比表面积268.84m

实施例2

本实施例公开了一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料的制备方法，具体包括以下步骤：

将放线菌菌种培养24h后，以4000r/m1n的转速离心8m1n分离细菌，配成12mL质量浓度为1.1g/L的放线菌液，并超声振荡10m1n待用。

将18g煤矸石破碎、研磨，筛得300目的煤矸石粉末。将煤矸石粉末置于管式炉中2h内升温至830℃煅烧4h，待自然冷却。将冷却后的煤矸石粉末与1.8mol/L的HCl溶液按质量比1:2.8混合，78℃下搅拌2.8h，过滤煤矸石粉末并用去离子水和无水乙醇洗涤三次，再将其78℃干燥1.8h。将干燥后的煤矸石粉末与Na

将前期准备的12ml细菌液与60ml合成混合。用8mol/L的HCl溶液调节母液pH值为10，搅拌1h。将母液转移至带有聚四氟乙烯内衬的规格为100ml的水热晶化釜中，置于烘箱中170℃晶化24h，晶化结束后待自然冷却后取出，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次后干燥，再以1℃/m1n的升温速度升温至190℃煅烧1.3h气化放线菌菌丝体得到煤矸石基多孔材料。

该多孔材料晶粒呈球状结构，粒度为2.8～3μm，孔径直径880nm。比表面积288.21m

实施例3

本实施例公开了一种以放线菌为模板的煤矸石基多孔材料的制备方法，具体包括以下步骤：

将放线菌菌种培养24h后，以4000r/m1n的转速离心8m1n分离细菌，配成18mL质量浓度为1.2g/L的细菌液，并超声振荡10m1n待用。

将18g煤矸石破碎、研磨，筛得260目的煤矸石粉末。将煤矸石粉末置于管式炉中2h内升温至880℃煅烧8h，待自然冷却。将冷却后的煤矸石粉末与2mol/L的HCl溶液按质量比1:3混合，80℃下搅拌3h，过滤煤矸石粉末并用去离子水和无水乙醇洗涤三次，再将其78℃干燥1.8h。将干燥后的煤矸石粉末与Na

该多孔材料晶粒呈球状结构，粒度为3～3.8μm，孔径直径900nm。比表面积292.37m