电化学活性菌中铬与镉的荧光示踪与金属分布

发布时间：2020-08-22 03:04

【摘要】：生物电化学系统(Bioelectrochemical systems,BESs)是近年来兴起的、依靠电化学活性菌(Electrochemically Active Bacteria,EAB)的催化,实现污染物的处理与能源回收的新技术,包括微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)和微生物电解池(Microbial electrolysis cells,MECs),其中的电化学活性菌使得BESs在金属回收与资源化领域发挥着重要作用。然而,EAB的金属去除与回收的作用机制一直是该领域的研究热点与难点。小分子金属荧光探针(fluorescent probe)不仅可透过细胞膜,而且在不损伤细胞的情况下有效示踪胞内金属离子,是一种可视化并定量化细胞内金属离子的有效方法。然而,基于典型小分子金属荧光探针的EAB中目标金属的有效示踪与定量研究还鲜有报道。本研究分别通过Cr(III)和Cd(II)荧光探针示踪BESs的阴极EAB内金属离子,进而定量化不同价态金属在EAB中的分布,阐明生物阴极BESs去除金属的过程机制。主要结论如下:(1)从混菌驯化的还原Cr(VI)的生物阴极MFCs中分离四株EAB,经鉴定分别为:Stenotrophomonas sp.YS1、Stenotrophomonas maltophilia YS2、Serratia marcescens YS3和Achromobacter xylosoxidans YS8。菌株YS3的电化学活性最好,开路电势达0.384 V,最大功率18μW,平均电路电流0.19±0.01 m A,阴极电势-0.13±0.00 V,Cr(VI)还原率为84.0±1.6%,且细胞内总铬含量最高。Cr(III)的探针示踪结果表明,阴极电子使得更多的Cr(VI)穿过细胞膜后被还原。(2)从混菌驯化的去除Cd(II)的生物阴极MECs中分离四株EAB,经鉴定分别为:Ochrobactrum sp.X1、Pseudomonas sp.X3、Pseudomonas delhiensis X5和Ochrobactrum anthropi X7。在0.5 V的外压下,加入0.25 mM的2,4-二硝基苯酚(2,4-dinitrophenol,2,4-DNP)后改变了EAB的Cd(II)去除与产氢性能;电流决定了Cd(II)离子在电化学活性菌中的分布,使得Cd(II)更快的进入细胞且随后的较快的泵出,加入2,4-DNP后抑制了其输入与泵出过程。电流也决定了阴极室中的总镉分布且不受2,4-DNP的影响。借助Cd(II)荧光探针的示踪与定量分析,阐明了EAB在电流、2,4-DNP存在下Cd不同价态的分布以及EAB去除Cd(II)的过程机制,即主要通过改变细胞对Cd(II)离子的输入与泵出来进行调控。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TM911.45

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本文编号：2800186