小化學(xué)家玩“泥巴”獲大獎

白玉磊

鎳，在字典中的解釋是，“金屬元素，符號Ni，銀白色，質(zhì)堅韌，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、多孔過濾器及二次電池等，也可以用于電鍍，制造各種常見的生活用品，因此被視為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要戰(zhàn)略物質(zhì)。

本屆大賽最高獎項“中國科協(xié)主席獎”的獲得者、中國人民大學(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金屬鎳”。光是聽聽這個名稱，就夠讓人頭暈的了，一個中學(xué)生又是如何想到去研究它呢？

餐桌上找到研究項目的選題

辛琦告訴記者，他的老家在山西，一次回老家時，父親和同學(xué)吃飯，把他也帶去了，在飯桌上，他聽那位身為一家電鍍廠高層的叔叔說，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的原因，電鍍產(chǎn)生的電鍍廢渣沒有很好地處理回收，對環(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，鎳又是價格較高的金屬元素，市場售價為20～30萬/噸。所以，無論從環(huán)境保護(hù)角度還是從資源回收角度來講，從電鍍鎳泥中提取金屬鎳都具有重要意義。

那么，人們怎樣從鎳泥中提取金屬鎳呢？目前常用的處理工藝是強(qiáng)酸浸提-分級沉淀，借助濃硫酸、硝酸、鹽酸甚至王水來分離提純鎳離子。這種方法雖然快速高效，但設(shè)備要求高、存在安全風(fēng)險。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提取鎳。

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

小化學(xué)家光實驗筆記就記了一大本

辛琦做實驗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)的微生物出場啦，辛琦用從礦山、溫泉和污泥中采來的硫磺、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，然后做了大量的對比實驗，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，充分說明了生物淋濾技術(shù)在電鍍鎳渣浸提中有獨(dú)特優(yōu)勢。

談到項目研究的難度時，辛琦坦承這項研究對于中學(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)行實驗結(jié)果的設(shè)計和討論時，有實驗室導(dǎo)師和學(xué)校老師的指導(dǎo)，在進(jìn)行具體實驗時，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比時，前兩次實驗都失敗了，因為pH計的探頭把半透膜劃破了。第三次實驗時，我按照導(dǎo)師給出的辦法，在測pH值的時候，讓錐形瓶傾斜一點，從而讓探頭尖端不和半透膜發(fā)生接觸，終于讓實驗成功了?！毙羚f道。

話雖說得輕松，但在辛琦的展臺前參觀的人并不知道，他光是實驗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自己的項目，也偷空在展廳里轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)。他告訴記者，有好些同學(xué)的項目都對他有很大啟發(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>