小化學(xué)家玩“泥巴”獲大獎(jiǎng)

白玉磊

鎳，在字典中的解釋是，“金屬元素，符號(hào)Ni，銀白色，質(zhì)堅(jiān)韌，延展性強(qiáng)，有磁性，在常溫中不跟空氣中的氧起作用?！边@種在元素周期表中原子序數(shù)為28的金屬元素，可以制造特種鋼和其他合金，用于特殊用途的零部件、儀器制造、火箭技術(shù)裝備、原子反應(yīng)堆、多孔過(guò)濾器及二次電池等，也可以用于電鍍，制造各種常見(jiàn)的生活用品，因此被視為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要戰(zhàn)略物質(zhì)。

本屆大賽最高獎(jiǎng)項(xiàng)“中國(guó)科協(xié)主席獎(jiǎng)”的獲得者、中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)辛琦同學(xué)，研究的正是“生物淋濾技術(shù)浸提回收電鍍鎳渣中有價(jià)金屬鎳”。光是聽(tīng)聽(tīng)這個(gè)名稱，就夠讓人頭暈的了，一個(gè)中學(xué)生又是如何想到去研究它呢？

餐桌上找到研究項(xiàng)目的選題

辛琦告訴記者，他的老家在山西，一次回老家時(shí)，父親和同學(xué)吃飯，把他也帶去了，在飯桌上，他聽(tīng)那位身為一家電鍍廠高層的叔叔說(shuō)，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的原因，電鍍產(chǎn)生的電鍍廢渣沒(méi)有很好地處理回收，對(duì)環(huán)境危害很大。辛琦暗暗把這話記在心里，之后他查閱了大量的資料，發(fā)現(xiàn)鍍鎳工藝每年會(huì)產(chǎn)生數(shù)量可觀的含有高濃度鎳離子的電鍍鎳泥。一方面，鎳具有很大的生物毒性和生態(tài)毒性，鎳進(jìn)入人體后有可能引起腫瘤及肺部硬化；另一方面，鎳又是價(jià)格較高的金屬元素，市場(chǎng)售價(jià)為20～30萬(wàn)/噸。所以，無(wú)論從環(huán)境保護(hù)角度還是從資源回收角度來(lái)講，從電鍍鎳泥中提取金屬鎳都具有重要意義。

那么，人們?cè)鯓訌逆嚹嘀刑崛〗饘冁嚹?？目前常用的處理工藝是?qiáng)酸浸提-分級(jí)沉淀，借助濃硫酸、硝酸、鹽酸甚至王水來(lái)分離提純鎳離子。這種方法雖然快速高效，但設(shè)備要求高、存在安全風(fēng)險(xiǎn)。所以，辛琦就琢磨是不是能找到一種更高效更綠色的方法來(lái)提取鎳。

辛琦在上小學(xué)和初中時(shí)，已經(jīng)對(duì)生物淋濾技術(shù)有一定的了解，這是一種通過(guò)微生物自身及其代謝產(chǎn)物的酸解、氧化、還原等多種作用，來(lái)提取特定的金屬離子的技術(shù)，對(duì)于處理電池中的重金屬有很高的溶出效率。此前辛琦就做過(guò)生物淋濾溶釋回收廢舊鋅錳電池和鋰離子電池中有價(jià)金屬離子鋅錳鋰鈷的研究，所以這次他又想到了這項(xiàng)技術(shù)。

小化學(xué)家光實(shí)驗(yàn)筆記就記了一大本

辛琦做實(shí)驗(yàn)所用的電鍍鎳渣樣品，采自山西一家電鍍廠的沉淀池底泥和周邊土壤。他先把這些泥用烘箱烘干，然后研磨成粉，用篩子篩細(xì)，裝瓶備用。下面，就該具有神奇本領(lǐng)的微生物出場(chǎng)啦，辛琦用從礦山、溫泉和污泥中采來(lái)的硫磺、黃鐵礦等物，配制了硫磺-硫氧化菌淋濾培養(yǎng)基、黃鐵礦-鐵氧化菌淋濾培養(yǎng)基和混合底物-混合菌株淋濾培養(yǎng)基，然后做了大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硫磺-硫氧化菌體系具有最高的鎳溶出效能，其中硫磺濃度的增加對(duì)鎳的溶出表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)作用。而且，這種生物酸解體系的鎳溶釋效能，遠(yuǎn)高于化學(xué)酸解體系，充分說(shuō)明了生物淋濾技術(shù)在電鍍鎳渣浸提中有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

談到項(xiàng)目研究的難度時(shí)，辛琦坦承這項(xiàng)研究對(duì)于中學(xué)生獨(dú)自進(jìn)行是非常困難的，尤其是機(jī)理探究部分，但是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的設(shè)計(jì)和討論時(shí)，有實(shí)驗(yàn)室導(dǎo)師和學(xué)校老師的指導(dǎo)，在進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，有大學(xué)研究生的幫助，因此他還是能比較順利地完成研究?！把芯恐信龅降睦щy很多，但基本都在導(dǎo)師和研究生哥哥的指導(dǎo)下解決了。比如在進(jìn)行半透膜包裹與不包裹的溶出效能對(duì)比時(shí)，前兩次實(shí)驗(yàn)都失敗了，因?yàn)閜H計(jì)的探頭把半透膜劃破了。第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)，我按照導(dǎo)師給出的辦法，在測(cè)pH值的時(shí)候，讓錐形瓶?jī)A斜一點(diǎn)，從而讓探頭尖端不和半透膜發(fā)生接觸，終于讓實(shí)驗(yàn)成功了?！毙羚f(shuō)道。

話雖說(shuō)得輕松，但在辛琦的展臺(tái)前參觀的人并不知道，他光是實(shí)驗(yàn)筆記就記了有一大本，其中的辛苦可想而知。

創(chuàng)新大賽給了他更多啟發(fā)

參加大賽這幾天，辛琦除了忙著向觀眾解說(shuō)自己的項(xiàng)目，也偷空在展廳里轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)。他告訴記者，有好些同學(xué)的項(xiàng)目都對(duì)他有很大啟發(fā)，“比如香港一位同學(xué)的‘研究中醫(yī)雞蛋染銀法的反應(yīng)機(jī)理，及以之進(jìn)行新穎的慢性腎衰竭的快速檢查、河南一位同學(xué)的‘村中水塘里水黽消失之迷、吉林一位同學(xué)的‘石墨化碳包覆納米TiO2復(fù)合材料的制備及其在光催化方面的應(yīng)用，都是我很感興趣的，我也要多向他們學(xué)習(xí)?！?/p>