嗜酸性细菌反应器浸出废旧线路板金属富集体方法及机理研究

随着我国电子废弃物淘汰高峰期的到来，寻找新的废旧线路板处理与资源化技术显得十分迫切。微生物浸出技术因具有耗能少和环境友好的特点，使其可能成为一种新的解决途径。然而，目前研究集中在实验室摇瓶浸出的因素优化和菌种利用，尚未提供适合生产应用的设备和工艺技术，浸出机理的研究不足。本项目拟利用分离的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌ZT01，耦合谱学（XRD、EDX、FTIR）、表面观察（SEM、ACF、TEM）和Zeta电位等方法和手段，研究废旧线路板金属富集体的嗜酸性细菌反应器浸出工艺方法，探究尚不明晰的接触浸出机理，包括细菌-金属富集体的吸附行为和可能吸附机制（氢键、静电、细菌表面蛋白），细菌胞外聚合物电镜细胞化学特性、成分组成及其促进浸出机制。项目实施后可获得嗜酸性细菌反应器浸出废旧线路板金属富集体的方法及其浸出机理模型，以完善、丰富金属富集体的微生物浸出理论，为该技术的实际应用和浸出效率的提高提供依据。

微生物浸出耗能低、环境友好，可能成为废旧线路板处理与资源化新途径。本项目开展了嗜酸性细菌浸出废旧线路板中有价金属的微生物学研究，设计了生物反应器并研究了其浸出金属富集体方法，研究了吸附行为及机制，考察了胞外聚合物（EPS）促进浸出作用及机制，研究了生物浸出液中主要金属及其回收体系，初步考察了稀贵金属回收方法。结果表明：（1）嗜酸性细菌混培物是由氧化亚铁硫杆菌组成的菌群，分离到一株高活性氧化亚铁硫杆菌，其亚铁平均氧化速率达到0.23g/(L•h)。（2）用纱布固定化后，亚铁平均氧化速率达到0.55g/(L•h)、最大氧化速率为0.92g/(L h)，生物氧化活性明显提高。在优选条件下，铜浸出率96h达91.68%，95.32%锌、90.32%镁、86.31%铝和59.07%镍也可溶出。（3）存在接触浸出机制，细菌在线路板粉末表面吸附5h内平衡，符合一级动力学模型。菌体表面脂多糖、表面蛋白有利于吸附，驱动力为静电力和疏水力，主要官能团分别是乙酰基和质子化氨基。（4）EPS超声提取法较优，产物量最高、细胞受损最小。多糖占EPS总量62.9%以上，无机金属占3.6%-23.4%。EPS可有效提高浸出效果，投加EPS的生物浸出中铜的浸出率为97.1%，而生物浸出对照组为87.2%，去除EPS的生物浸出为88.9%。EPS具有调节细菌粘附、促进金属粉末浸出和保护细菌作用。（5）在铜浓度为6.55 g/L、阳极材料为石墨棒、阴极材料为碳毡、电流密度为88.89 mA/cm2、初始pH=3.0条件下，阳极室和阴极室的铜回收效率分别高达97.93%、99.23%，总能耗和单位产物能耗仅分别为0.0027 kW•h、2.58 kW•h/kg，回收铜呈束状且未检测到氧存在。培养基循环回用三次，铜的回收效率均高于98%，利用化学沉淀法对三次循环后的生物浸出液中的锌、铝、镍、锰进行回收的效率高达99%。（6）初步研究稀贵金属（金、钯、铂）生物回收方法，证明了微生物可以回收稀贵金属并形成纳米颗粒。项目的实施完善、丰富了电子废弃物微生物浸出理论，为该技术的实际应用和浸出效率的提高提供了依据，同时也为进一步开展电子废弃物中金属组分的全回收和高值化提供了证据。