苏云金芽孢杆菌与铬、铀作用的机理研究

发布时间：2020-03-18 21:28

【摘要】：随着我国工业的迅速发展,重金属污染现象愈发严重。微生物由于自我复制能力强,成本低,对环境友好等特点,近年来引起了学界关注。本文以苏云金芽孢杆菌为研究对象,研究了它对重金属铬、铀的治理效果,并对相关机制进行了探索。主要内容如下:(1)苏云金芽孢杆菌(Bacillus.thuringiensis 016)对铀具有很好的吸附效果,当铀初始浓度为100 mg/L时,吸附效率接近100%,且B.thuringiensis 016最终将U(VI)矿化为磷铵铀矿。B.thuringiensis 016对铀的吸附是细菌表面羧基、氨基和磷酸基团等官能团起主要作用的非酶促过程,高浓度的铀对吸附过程没有明显影响。B.thuringiensis 016对铀的矿化是酶与细胞代谢共同作用的结果,同时实验发现B.thuringiensis 016对高浓度的铀只有吸附作用没有矿化能力。此外,当pH=5时,细菌对铀的吸附和矿化效果最好。从微观角度讲,B.thuringiensis 016与铀的作用是胞外吸附,胞内矿化的快速反应过程,铀与B.thuringiensis 016反应1 h后便能以片状化合物的形式被吸附在细菌表面,8 h后这些化合物逐渐进入到细胞内部。此外,通过分析细胞富集的总铀与可溶铀含量随时间的变化,我们发现这些片状化合物是以非溶解态形式进入到细胞内部的。(2)B.thuringiensis 016可以有效的将六价铬还原为三价铬,当铬初始浓度为25mg/L时,还原效率接近100%,固定效率在92%左右。此外,细菌对铬的还原固定效果受pH影响不大,无论是强酸还是强碱环境中,细菌对铬的还原固定效率都可以达到80%以上。细菌的细胞碎片在还原和固定六价铬中起主要作用,蛋白质变性实验进一步证明苏云金芽孢杆菌对铬的还原主要是酶促反应。(3)我们对几种微生物还原固定铬的效果做了比较,结果表明苏云金芽孢杆菌和人苍白杆菌对铬的还原固定效果相对较好,其还原效率在90%以上,固定效率在80%以上。此外,几种微生物将Cr(VI)还原为Cr(III)后,并不能将Cr(III)完全固定,其上清液中会有部分有机三价铬残留,zeta电位结果显示这些有机铬在不同pH下电负性都为负值。此外,高岭土和伊利石本身对铬几乎没有还原和固定作用。但在细菌与铬的反应体系中加入矿物后,高岭土对铬的还原和固定分别有2%~3.6%,5%~15%不等的促进作用,而在苏云金芽孢杆菌与铬反应的体系中加入伊利石后,其还原率减少了32%,固定率减少了34%。
【图文】：

示意图,路径,示意图,强氧化性

图 1-1 铀污染路径示意图[39]Fig. 1-1 Schematic diagram of uranium contamination path一般情况下可溶性铀化合物的毒性较大，由于铀具有一定的放射性，铀对人体的伤害主要是内照射引起的毒性。当人体摄入一定剂量的铀化合物，会造成肾功能紊乱，严重的还会导致急性肾衰竭[40-43]。此外，，铀的放射性会对 DNA 造成损伤，导致呼吸、皮肤疾病，甚至会造成免疫功能下降，引起白血病、恶性肿瘤等[44]。1.1.5 铬污染及其危害铬，原子序数 24，原子量为 51.9961，在地球上是第七丰富元素。自然界中不存在游离状态的铬，铬主要以 Cr(III)和 Cr(VI)两种价态存在[45-48]。Cr(VI)有强氧化性，特别是在酸性介质中。重铬酸钾和铬酸酐是应用最广泛的氧化剂，在有机合成中主要用于制取香料、医药等[49,50]。Cr(VI)的强氧化性是引起铬中毒的主要原因。Cr(VI)化合物的热稳定性小，遇热能不同程度的分解，并且具有强的可溶性和迁移性。Cr(III)相对来讲比

铬污染,铬渣,土壤,水体

第一章绪论问题。在我国，每生产 1 吨铬盐大约需排放铬渣 2.5~3 吨，目前全国每年铬渣排过 60 万吨，历年累积的铬渣含量超过 600 万吨。铬渣是含有剧毒物质的废渣，险固体废物。据报道，这些铬渣堆积如山，被形象的称为“铬渣山”，铬渣被雨水，可溶性六价铬进入土壤和地下水，造成大面积的土壤和地下水污染（图 1-2）。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X172

【参考文献】