[发明专利]微电解体系及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了微电解体系及其制备方法和应用，该微电解体系包括：M13噬菌体；第一金属；以及第二金属，其中，第一金属和第二金属分布于M13噬菌体的表面，且第一金属和第二金属之间具有电位差。由于第一金属和第二金属之间存在电位差，能够有效形成微电解体系，可以有效用于对污水中的有机污染物或重金属离子进行还原处理，不仅还原率高，所需时间短，且可在常温常压下进行，且该微电解体系不需要使用贵金属催化剂，成本较低。

技术领域

本发明涉及生物纳米技术交叉领域以及污水处理领域，具体的，本发明涉及微电解体系及其制备方法和应用。

背景技术

利用生物体作为合成工具的生物纳米技术作为一种新兴技术已经在越来越多的领域得到应用，例如生物芯片、纳米生物仿生材料等。其中，采用丝状的纳米级M13噬菌体作为生物模板进行的噬菌体展示技术，是研究热点之一，已经用于介导合成金属纳米颗粒和纳米线、疫苗研究、催化剂制备等多个领域。

环境污染治理问题是与人类健康息息相关的关键问题，如果能够将生物纳米技术应用于有机废水及重金属污染的环境修复，将具有重要的实际意义。对氯硝基苯(英文名p-chloronitrobenzene，p-CNB)污染的废水是一种典型的有机废水。对氯硝基苯是一种重要的化工原料，广泛用于医药、农药、染料等产品的生产。对氯硝基苯属于高毒性物质，难以自然降解，微量的对氯硝基苯即可对人或动物等生物体的血液、肝脏及中枢神经体系产生很严重的毒害作用，并且具有致畸、致癌、致基因突变作用。因此，美国环境保护局(EPA)将对氯硝基苯列入优先控制污染物名单。含对氯硝基苯的废水处理，引起了社会的广泛关注。目前，含对氯硝基苯的工业废水传统处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)、催化还原法(如催化加氢还原法、非氢还原剂还原法和电化学还原法)等。在各种处理方法中，有的只是实现了对氯硝基苯的转移，而不是彻底转化；有的引入了新的化学物质，可能造成新的污染。

同样，重金属离子污染也给人类健康带来了巨大威胁。以铬(chromium,Cr)为例，其广泛使用在皮革、油漆、颜料以及电镀等领域。铬在环境中的常见价态有六价和三价。对大多数的生物来说，六价铬剧毒，会致病致癌。工业废水以及垃圾中的六价铬(Cr(VI))正在成为环境的一大危害。因此，美国环境保护局(EPA)也将六价铬列入优先控制污染物名单。三价铬(Cr(III))的毒性相对比较低，通常认为六价铬的毒性比三价要高100倍。三价铬在中性pH值下即可沉淀生成固体从而得到有效去除。因此，铬污染的治理的关键问题是如何将六价铬还原成为三价铬。常规的六价铬还原手段有：(1)氧化还原工艺：直流电还原法，还原剂添加法例如硫代硫酸钠，硫酸亚铁，但此方法需要投入一些化学物质，很容易造成二次污染；(2)混凝工艺：铬可以与偶氮类有机配体结合，呈络合状态，结构非常稳定，但除去成本较高且适用范围较窄；(3)生物除铬技术：许多微生物能在好氧或厌氧状态下将六价铬还原成三价铬，进而通过胞外粘性物质吸附，或参与胞内代谢，当然效果并不十分理想。

因而，目前处理污水的技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够有效用于污水处理、效果理想的微电解体系及其制备方法和应用。

在本发明的再一方面，本发明提供了一种微电解体系。根据本发明的实施例，该微电解体系包括：M13噬菌体；第一金属；以及第二金属，其中，所述第一金属和第二金属分布于所述M13噬菌体的表面，且所述第一金属和第二金属之间具有电位差。发明人惊喜地发现，M13噬菌体具有一定的电负性，能够使得第一金属和第二金属吸附于M13噬菌体表面，且由于第一金属和第二金属之间存在电位差，能够有效形成微电解体系，进而能够大大提高还原污水中污染物的效果，不仅还原率高，所需时间短，还可在常温常压下对污水进行处理，且该微电解体系不需要使用贵金属催化剂，成本较低，同时净化污水效果理想。

根据本发明的实施例，所述第一金属为铁，所述第二金属为镍、铅或铜等与铁存在电位差的金属。