贵金属具有诸多优良的物化特性,广泛应用于制药行业、催化领域、微电子材料和饰品投资等。全球贵金属储量少,研究贵金属资源二次回收利用意义重大。微生物吸附机理主要包括静电吸附、离子交换、表面络合和氧化还原作用等,该法具有工艺简单、经济环保、选择性强等优点,因此,在金属离子回收领域有较大的发展前景,代表着未来技术的发展方向。
贵金属,即钌、铑、钯和锇、铱、铂 6 种金属,它们分别排列在元素周期表第Ⅷ族的第 5 和第6 周期,是一组具有复杂共生特点的天然元素[1]。铂和钯在地壳中的含量高于其它 4 种元素且应用更加广泛,也被称为“主贵金属”。贵金属具有许多独特、优越的物理化学性质,在现代工业、高新技术产业中具有重要而不能被其它金属或材料取代的特殊应用,先后被誉为“现代工业维生素”和“第一高技术金属”[2]。全球贵金属储量约为 7.1×104 t,而我国储量为 324 t,仅占全球储量的 0.48%左右,并且存在矿床质量差、品位低的难题,随着富矿、易处理矿日益减少或枯竭,研究贵金属资源二次回收利用已成为当下意义重大的课题。20 世纪 80 年代开始研究和发展的微生物吸附法是一项具有广阔的发展前景的技术,其主要是利用微生物细胞及其代谢产物,通过物理、化学作用(包括络合、沉淀、氧化还原、离子交换等)富集水溶液中的金属离子,再通过固液两相分离,达到移除水相中金属离子的目的[3]。
作为一种新兴的处理技术,微生物吸附法具有工艺简单、经济环保、微生物来源丰富、选择性强等优点,在金属离子回收领域有较大的发展前景。在微生物对金属离子的吸附机理方面,金属离子同细胞表面的官能团之间存在的物理化学相互作用,包括有静电作用、离子交换、氧化还原、表面络合作用等,而金属离子在细胞内部的氧化还原反应和微生物表达的蛋白质有关。固定化微生物细胞、建立微生物吸附工艺是解决微生物细胞工业应用的关键。微生物固定化技术是在酶固定化基础上发展来的一项新技术,主要原理是通过物理或化学的方法将游离、分散的微生物固定在某一限定区域内,以提高微生物细胞的浓度,保持较高的生物活性并反复利用的方法。因此,微生物固定化也是贵金属二次回收利用工艺中的关键步骤。
在贵金属资源二次回收利用过程中,生物吸附研究方法和技术逐渐多样、研究内容更加深入,生物吸附剂的种类的优势日益凸显。然而由于大多生物吸附剂(生物质)本身的特性,如机械强度低、稳定性差等,严重阻碍了生物吸附的大规模工业化应用。同时,生物吸附剂的不稳定供应、缺乏选择性、后期处理不成熟等诸多问题,也使其失去了与商业离子交换树脂吸附法的竞争优势。针对以上问题,需要明确生物吸附法的发展方向:1) 开发类似于商业离子交换树脂的新型生物吸附剂;2) 探索生物吸附与其他回收处理技术的综合利用;3) 加强生物机理的研究,指导生物吸附的产业化应用;4) 扩大生物吸附的应用领域。
1 贵金属资源及应用
贵金属在地壳中的平均含量极低[10],Pd0.01×10-6,Pt 0.05×10-6,Ru、Rh、Os 和 Ir 为 0.01×10-6。自 1980 年代至今,世界上已经探明的贵金属储量并无大的变化,总量为 7~8 万吨,远景储量为 10万吨,且该资源只有在地壳中的超基性岩和基性岩中才能找到。另一方面,贵金属的分布极不均衡,主要集中在少数国家和地区,已经形成了垄断和依赖的格局。世界各国贵金属矿床品位、储量及比例见表 1。考虑到目前我国贵金属使用量、循环替换量及储备量已具规模,以及地质找矿费用高、周期长、见效慢的特点,中国贵金属地质找矿已不具紧迫性和现实性。重视发展贵金属二次资源再生回收产业,对保障贵金属供需平衡具有极高的战略地位,也是发展“绿色循环经济”的必由之路。
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