芽胞杆菌修复铅、铀和亚甲基蓝污染的相关机制研究
发布时间：2020-04-16 01:02
【摘要】：本研究以环境友好的微生物(苏云金芽胞杆菌和蜡状芽胞杆菌)为研究对象,研究了它们与环境污染物(重金属铅、铀和亚甲基蓝有机小分子染料)相互作用过程的微观机理,对影响细菌吸附、矿化铅和铀,以及脱色降解亚甲基蓝的各种因素进行了探索。结果表明：(1)从铅锌矿尾矿分离的1株蜡状芽胞杆菌(Bacillus cereus 12-2)和实验室保存的1株苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis 016)对铅具有很好的吸附能力,最大吸附量分别为226 mg/g和156 mg/g。在pH 3时B. cereus 12-2对铅的吸附量可以达到340 mg/g。对细菌表面Zeta电位的分析表明,pH值可通过影响细菌细胞表面所带电荷,进而影响对pb2+的吸附。同时,细菌内的K+、Mg2+和Na+可能参与对pb2+的离子交换或转运过程。官能团屏蔽实验和傅里叶红外光谱(FT-IR)的结果表明,2株芽胞杆菌细胞上的羧基、氨基和磷酸基团都参与了Pb2+的吸附。此外,扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察到在细菌表面和内部均有颗粒状的沉积物,经X-射线粉末衍射(XRD)证实这些沉积物为纳米羟基磷酸钙铅[Ca2.5Pb7.5(OH)2(PO4)6]矿物。蛋白质变性实验表明经过变性的B. cereus 12-2对铅的吸附量下降,并且不能进一步将吸附的pb2+转化为羟基磷酸钙铅,这暗示着蛋白酶对Pb2+的矿化发挥重要的作用。(2)以B. thuringiensis 016为研究对象,探索了在细菌对铀的吸附和矿化过程中的微观机理。研究发现在pH值为5.0时,B. thuringiensis 016对铀的最大吸附量可以达到209 mg/g,且细菌对铀的吸附为快速的过程。羧基、氨基和磷酸基团在吸附中发挥着重要的作用,且溶液中共存的Fe3+和CO32-能极大的抑制细菌对铀的吸附。在细菌吸附过程中铀的价态没有发生变化,并且细菌能将低浓度的铀(100 mg/L)矿化成磷铵铀矿[(NH4)(UO2)PO4·3H2O],但高浓度的铀不能被进一步矿化。此外,体系中共存的阳离子和阴离子能够促进B. thuringiensis 016对铀的矿化。(3)研究发现当亚甲基蓝的浓度为5-25 mg/L时,B. thuringiensis 016的生长并没有受到影响。进一步的研究表明B. thuringiensis 016对亚甲蓝的脱色是个快速的过程,并且亚甲基蓝的脱色受pH值、温度和转速的影响很大。此外,葡萄糖有利于B. thuringiensis 016对亚甲基蓝的脱色作用。紫外可见光谱、傅里叶红外光谱、液相色谱以及电子显微镜观察的结果表明,细菌对亚甲基蓝的脱色作用主要通过两步实现：1)通过静电作用和官能团配位将亚甲基蓝快速吸附在细菌上；2)在酶的介导下或者结合细菌的代谢过程进一步将吸附的亚甲基蓝降解。
【图文】：
0逡逑我国铅锋矿资源丰富，也是铅巧矿开采和使用大国。然而随着工业的迅猛发逡逑展，铅资源的粗放式开采和使用带来严重的环境污染（图１－１）。目前全世界平均逡逑每年排放的铅至少有５００Ｘ１０４ｔ，我国至少已有１．３ｘｌ0４ｈｍ２耕地受到铅等重金属逡逑污染，致使粮食至少减产达１０００ｘｌ０４ｔＷｌ。此外，王壤和水体中的铅可通过食物逡逑链积累，严重危害人和动物的健康ｔＡＵｌ，并具有致崎、致癌和致突变的风险ｔｉｉ’Ｗ。逡逑近年来，更是频繁发生铅污染和中毒恶性事件。２００８年福建Ｈ明由于开采逡逑铅巧矿，造成河水中悬浮物、铅、锋等重金属超标；２００９和２０１０年，在湖南武逡逑冈、陕西凤翔、广东清远、江苏大丰、云南鹤庆等地先后发现数百至数千名儿童逡逑血铅超标。２０１１年发生的福建涵江区饮用水源头开采铅铸矿，百万人饮水健康逡逑和农田灌概安全受到极大威胁事件等。因此，，如何实现环境中铅的回收和铅污染逡逑环境的治理成为很多研究关注的热点
逡逑图１－１福建某地铅锋矿排放的废渣和废水逡逑ＦｉTB．１－１邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｃｈａｒｇｅ邋ｏｆ邋ｗａｓｔｅ邋ｗａ化ｒ邋ａｎｄ邋ｒｅｓｉｄｕｅ邋ｉｎ邋Ｆｕｊｉａｎ邋Ｌｅａｄ－Ｚｉｎｃ邋Ｍｉｎｅ逡逑１．２．２印染废水的污染及其危害逡逑人类化用染料进行染色的历史悠久，早在四千多年前就有古人利用一些草木逡逑的汁液进行染色。随着科技的不断发展，大量天然和人工合成染料的种类和数量逡逑不断X椉樱玖系钠分忠殉保巴蛑郑Ｔ谏惺褂玫娜玖铣玻埃埃岸嘀帧ｅ义先玖献魑恢钟谢铮苁挂恍┫宋牧匣蛘咂渌镏实玫酵饧拥难丈苋苠义嫌谒蛘咂渌芗痢Ｎ寺闳嗣嵌圆煌丈唐返男枨螅贝居』üひ笛稿义厦头⒄埂Ｈ欢罅康娜玖显谏褪褂霉讨校孀欧纤凰嬉馀欧诺交肪持校ㄍ煎义希保玻运澹
本文编号：2629206
【图文】：
0逡逑我国铅锋矿资源丰富，也是铅巧矿开采和使用大国。然而随着工业的迅猛发逡逑展，铅资源的粗放式开采和使用带来严重的环境污染（图１－１）。目前全世界平均逡逑每年排放的铅至少有５００Ｘ１０４ｔ，我国至少已有１．３ｘｌ0４ｈｍ２耕地受到铅等重金属逡逑污染，致使粮食至少减产达１０００ｘｌ０４ｔＷｌ。此外，王壤和水体中的铅可通过食物逡逑链积累，严重危害人和动物的健康ｔＡＵｌ，并具有致崎、致癌和致突变的风险ｔｉｉ’Ｗ。逡逑近年来，更是频繁发生铅污染和中毒恶性事件。２００８年福建Ｈ明由于开采逡逑铅巧矿，造成河水中悬浮物、铅、锋等重金属超标；２００９和２０１０年，在湖南武逡逑冈、陕西凤翔、广东清远、江苏大丰、云南鹤庆等地先后发现数百至数千名儿童逡逑血铅超标。２０１１年发生的福建涵江区饮用水源头开采铅铸矿，百万人饮水健康逡逑和农田灌概安全受到极大威胁事件等。因此，，如何实现环境中铅的回收和铅污染逡逑环境的治理成为很多研究关注的热点
逡逑图１－１福建某地铅锋矿排放的废渣和废水逡逑ＦｉTB．１－１邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｃｈａｒｇｅ邋ｏｆ邋ｗａｓｔｅ邋ｗａ化ｒ邋ａｎｄ邋ｒｅｓｉｄｕｅ邋ｉｎ邋Ｆｕｊｉａｎ邋Ｌｅａｄ－Ｚｉｎｃ邋Ｍｉｎｅ逡逑１．２．２印染废水的污染及其危害逡逑人类化用染料进行染色的历史悠久，早在四千多年前就有古人利用一些草木逡逑的汁液进行染色。随着科技的不断发展，大量天然和人工合成染料的种类和数量逡逑不断X椉樱玖系钠分忠殉保巴蛑郑Ｔ谏惺褂玫娜玖铣玻埃埃岸嘀帧ｅ义先玖献魑恢钟谢铮苁挂恍┫宋牧匣蛘咂渌镏实玫酵饧拥难丈苋苠义嫌谒蛘咂渌芗痢Ｎ寺闳嗣嵌圆煌丈唐返男枨螅贝居』üひ笛稿义厦头⒄埂Ｈ欢罅康娜玖显谏褪褂霉讨校孀欧纤凰嬉馀欧诺交肪持校ㄍ煎义希保玻运澹
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