一种金属废物重金属电泳提取方法与流程

本发明涉及环境工程，具体地说是一种金属废物重金属电泳提取方法。

背景技术：

1、重金属污染是全球面临的一大环境问题，尤其是在工业化进程中产生的金属废物，如电子垃圾、电池废料中，这些重金属废物的排放和堆存，不仅占用了大量的土地，而且其中含有的砷、镉、汞、铅和锑等有毒重金属会对环境构成严重威胁，还可能通过食物链在人体内积累，引起人类多种健康问题，同时重金属废物中含有铜、铅、锌、镉等多种有价金属，也是具有开发利用价值的二次资源。

2、现有的重金属废物提取工艺主要方法是湿法浸出，湿法浸出是先通过无机酸或者有机酸将重金属废物中的重金属转移至液相中，再通过萃取剂将液相中的重金属离子转移至萃取剂中，然后通过对萃取液进行加热或者还原处理得到重金属，虽然能够在短时间内实现重金属的回收，但由于萃取过程容易形成混合金属化合物，导致除杂工艺复杂，回收率低，并且还会产生二次废渣、废水及废气，而火法冶炼的能耗大，成本高，不适合大规模的重金属废物提取。

技术实现思路

1、为了解决上述技术缺陷，本发明研究出一种对环境友好，提取时间短且能够大大提高重金属离子提取率的金属废物重金属电泳提取方法。

2、一种金属废物重金属电泳提取方法，包括以下步骤：

3、s1：网格状电泳极片的制备

4、取羧基化多壁碳纳米管粉末和聚丙交酯加入n，n-二甲基甲酰胺中，搅拌后进行静电纺丝，得到复合纳米纤维膜；将复合纳米纤维膜、乙醇和分散剂，混合进行珠磨，得到纳米纤维分散液；对泡沫镍进行压制后超声清洗，干燥后浸没在纳米纤维分散液中，取出干燥，重复操作，得到网格状电泳极片；

5、s2：电泳极片的微生物负载

6、将大肠杆菌bl21活化后接种于液体lb培养基中，摇床震荡培养后进行离心分离，再利用硼酸缓冲溶液重悬，得到原生菌液；将铜绿假单胞菌接种至液体lb培养基中，加入抗生素进行摇床震荡培养，再进行质粒提取，得到铜绿假单胞菌质粒dna；将原生菌液和铜绿假单胞菌质粒dna混合后均匀喷涂于网格状电泳极片表面，连接脉冲电源，然后浸没在液体lb培养基中进行电击，再加入诱导剂，静置后在去离子水中缓慢搅动，自然风干得到微生物负载电泳极片；

7、s3：电泳提取金属废物中的重金属

8、将金属废料破碎后与工业用水混合搅拌均匀，调节ph，控制温度转速进行搅拌，过滤后得到含重金属离子的滤液，将亚克力薄板粘贴在电泳池内壁的前后两侧，并将微生物负载电泳极片固定在亚克力薄板形成的凹槽内，制得重金属电泳提取池，调节含重金属离子的滤液的ph，然后置于重金属电泳提取池中，启动直流电源进行重金属离子的提取，收集电泳之后的滤液，将微生物负载电泳极片制成电源负极并通过电解使重金属进行还原浸出。

9、进一步地，步骤s1网格状电泳极片的制备，包括以下步骤：

10、s1.1：取2-3重量份的羧基化多壁碳纳米管粉末和2-3重量份的聚丙交酯加入18-20重量份的n，n-二甲基甲酰胺中，利用磁力搅拌器以150-200rpm的搅拌速度搅拌30-40分钟，得到粘稠溶液；将黏稠溶液置于静电纺丝机的注射器中，调节电压为20-22kv，与接收板距离为8-10cm，注射器推进速度为10-12μl/min进行静电纺丝，得到复合纳米纤维膜；

11、s1.2将2-3重量份的复合纳米纤维膜与6-8重量份的乙醇混合加入容器内，搅拌5-6分钟后向容器内加入0.1-0.2重量份的分散剂，搅拌10-15分钟后投入珠磨机中，调节转速为2000-2200rpm进行2-3小时的珠磨，得到纳米纤维分散液；

12、s1.3：将泡沫镍置于电动辊压机中压制成8-10mm的厚度，先置于去离子水中进行15-20分钟的超声清洗，再置于浓度为1-1.2mol/l的盐酸中进行40-60秒的超声清洗，最后置于无水乙醇中超声清洗15-20分钟，然后放入干燥箱中以50-55℃的温度干燥2-3小时，得到预处理镍片，将预处理镍片完全浸没在纳米纤维分散液1-1.5分钟，取出后置于干燥箱中以55-60℃的温度干燥25-30分钟，重复3-4次，得到网格状电泳极片。

13、进一步地，步骤s2电泳极片的微生物负载，包括以下步骤：

14、s2.1：将大肠杆菌bl21以1-2%的接种量接种至5-6ml液体lb培养基中，加入5-6μl的抗生素，在37-37.5℃的温度下进行6-8小时的摇床震荡培养，得到活化菌液，取2-3ml活化菌液接种于1-1.5l液体lb培养基中，在37-37.5℃的温度下进行摇床震荡培养，待培养液od600长至0.3-0.4时置于冷冻离心机中，调节温度为3-4℃，转速为7500-8000rpm，离心8-10分钟后抽滤，得到菌体沉淀，将菌体沉淀用25-30ml的硼酸缓冲溶液进行重悬，得到原生菌液；

15、s2.2：将铜绿假单胞菌以2-3%的接种量接种至0.8-1l液体lb培养基中，加入100-120mg抗生素，再以37-38℃的温度进行摇床震荡培养，待其od600值在0.6-0.8时，使用柱式质粒dna小量抽提盒进行质粒提取，得到铜绿假单胞菌质粒dna；

16、s2.3：将原生菌液和铜绿假单胞菌质粒dna以1：（0.02-0.03）的质量比混合均匀，得到混合菌液，然后通过喷涂法将混合菌液均匀喷涂于网格状电泳极片表面，控制混合菌液在网格状电泳极片表面的载量为0.8-1mg/cm2，利用导线将脉冲电源的正负极和网格状电泳极片进行连接，然后浸没在含100-120μg/ml抗生素的液体lb培养基中，调节电场强度为8-10kv/cm，电击时间为6-8ms，然后加入0.5-1mm的诱导剂，在27-28℃的温度下静置10-12小时，然后浸没在去离子水中缓慢搅动25-30s，自然风干后得到微生物负载电泳极片。

17、进一步地，步骤s3电泳提取金属废物中的重金属，包括以下步骤：

18、s3.1：将金属废料置于破碎机中破碎至粒径为1-5mm，得到废料粉末，将废料粉末与工业用水以1：（20-25）的质量比混合搅拌均匀，加入浓度为3-5mol/l的盐酸调节ph为1-3，然后在20-25℃的温度下以200-300rpm的转速进行搅拌，持续10-12小时，过滤后得到含重金属离子的滤液；

19、s3.2：在电泳池底部开有出水孔，出水孔设有盖子进行堵塞，然后在电泳池的前后内壁上分别粘贴9片亚克力薄板，每片厚度为2-3mm，宽度为1-2cm，高度与电泳池相同，同一内壁上的亚克力薄板相隔8-10mm，从而在电泳池前后内壁上形成8道2-3mm深，8-10mm宽的凹槽，在凹槽内固定8片微生物负载电泳极片，微生物负载电泳极片底部与电泳池贴紧，在微生物负载电泳极片上侧的一角连接铜导线，铜导线另一端与直流电源连接，制得重金属电泳提取池；

20、s3.3：在含重金属离子的滤液中加入碳酸钙调节ph为6.5-7，然后置于重金属电泳提取池中，启动直流电源并调节电压为12-15v，持续40-45分钟，然后打开电泳池底部出水孔的盖子，收集电泳之后的滤液，将重金属电泳提取池中的微生物负载电泳极片取出，然后在电解池制成电源负极并通过电解使重金属进行还原浸出。

21、进一步地，步骤s1.2中的分散剂为辛基苯磺酸钠。

22、进一步地，步骤s2.1中的硼酸缓冲溶液由浓度为0.2-0.3mol/l的硼酸、浓度为0.05-0.08mol/l的氯化钠和去离子水组成。

23、进一步地，步骤s2.1中的液体lb培养基是由5-6重量份的酵母提取物、8-10重量份的胰蛋白胨、8-10重量份的nacl溶解于950-1000重量份的蒸馏水中，再加入naoh调节ph为7-7.5，然后置于灭菌箱中以121-125℃的温度灭菌20-25分钟制得的。

24、进一步地，步骤s2.3中的诱导剂为异丙基-β-d-硫代半乳糖苷。

25、进一步地，步骤s2中的抗生素均为氨苄青霉素。

26、进一步地，步骤s3.1中的金属废料为飞灰、粉煤灰、电镀污泥等富含重金属的废物。

27、有益效果是：

28、1、本发明通过对大肠杆菌进行活化培养制得原生菌液，将原生菌液和铜绿假单胞菌质粒dna混合喷涂于网格状电泳极片表面，并置于lb培养基中继续进行培养，使大肠杆菌能在网格状电泳极片上进行增殖，从而紧紧吸附在其表面，再通过诱导剂诱导大肠杆菌中能够与重金属离子结合的金属硫蛋白进行表达，制得微生物负载电泳极片。在后续电泳过程中对微生物负载电泳极片进行通电，不仅能够跳过传统电泳中电极对微生物的捕获过程，缩短重金属离子的提取时间，还能够通过零距离的电刺激大幅提高大肠杆菌的生物吸附活性，提高大肠杆菌中金属对重金属离子的捕获能力，从而大大提高对重金属离子的提取效率。

29、2、本发明通过对铜绿假单胞菌进行培养，然后再进行质粒提取，得到铜绿假单胞菌质粒dna，并将原生菌液和铜绿假单胞菌质粒dna混合喷涂于网格状电泳极片表面，通过对网格状电泳极片通电进行电击转化，使原生菌液中的大肠杆菌进行重组，提高大肠杆菌的抗金属性，从而避免以泡沫镍为主要成分的网格状电泳极片影响大肠杆菌的增殖，以及提高大肠杆菌在含重金属离子的滤液中的活性，提高捕获重金属离子的能力，从而更好地对重金属离子进行提取。

30、3、本发明通过对羧基化多壁碳纳米管粉末和聚丙交酯进行静电纺丝后进行分散珠磨，得到纳米纤维分散液，将泡沫镍浸没在纳米纤维分散液中再干燥多次，使纳米纤维分散液中的复合纳米纤维膜均匀附着在泡沫镍表面，由于多壁碳纳米管具有比表面积大，吸附能力强的特点，制成的复合纳米纤维膜不仅能够为大肠杆菌提供大量吸附点，还能够增大与含重金属离子的滤液的接触面积，从而增强微生物负载电泳极片对重金属离子的吸附能力，提高金属离子提取效率。