一株重金属耐受菌的分离鉴定及其生物吸附Zn2+特性与机理研究

摘要

随着工业的快速发展，含有大量的有毒重金属的废水排放到环境当中，成为污染水源的重要因素，对人类的身体健康、生活环境和生态系统造成了严重的威胁。常规的从工业废水中除去重金属的技术效果欠佳且运行成本高，同时这些技术产生含重金属的污泥造成二次污染。而利用微生物吸附法处理重金属污染这种新型技术，已成为近年来国内外学者研究的热点。
　　本研究从福建厦门某电镀厂排水口污水和底泥中，经过连续富集培养，在Zn2+浓度达到5000 mg/L培养基上筛选到一株细菌，命名为XMHC-1。对菌株进行形态观察、分子生物学鉴定及生理生化特性实验，确定该菌株属于节杆菌属（Arthrobacter sp.）。同时质粒检测与消除实验表明，未能提取出质粒，其抗锌基因可能位于染色体上。
　　菌株生长的基本特性研究结果表明，菌株XMHC-1生长的较好条件是pH值在8.0左右，温度30℃，摇床转速120 r/min，NaCl质量分数0.5％。该菌株对不同浓度如Zn、Cd、Cr、Ni、Cu等8种重金属都具有抗性，其中对Zn2+的耐受性最高。
　　考察了接触时间、pH值、初始锌浓度、吸附剂用量、温度和共存离子实验参数对锌离子吸附效果的进行评估。优化吸附工艺，菌株较适宜的实验参数为：吸附pH值7.0浓度为10 mg/L锌离子溶液，摇床温度25℃，干菌体浓度1.7 g/L，接触时间90 min后吸附效果90%以上。
　　对菌株动力学和等温吸附模型研究表明：XMHC-1吸附Zn2+过程遵循Lagergren伪二级动力学方程，相关系数R2大于0.99。该菌株吸附Zn2+的过程更符合Langmuir等温吸附模型。
　　本研究通过FTIR、SEM-EDX、XRD、XPS实验对菌株XMHC-1吸附Zn2+的机理进行初步探讨。红外光谱和扫描电镜结果表明，在吸附过程中菌体表面的活性基团参与Zn2+的反应；SEM-EDX分析表明吸附后的细胞表面紧密发亮，有沉积物产生，并且推测在吸附过程中，细胞表面发生了离子交换作用；X-射线衍射分析表明，菌体吸附Zn2+后无明显晶相结构的衍射峰。另外，X-射线光电子能谱对吸附剂表面的化学结构进行分析，推测在吸附过程中可能存在氧化还原反应，吸附在菌体表面的Zn以ZnO的形式存在。
　　菌株XMHC-1具有耐受和吸附Zn2+的特性，可应用于含锌废水的处理，作为一种生物吸附剂具有实际的应用价值。

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主要符号表

第1章 引言

1.1 概述

1.2 锌污染治理的基本方法

1.3 微生物的吸附作用

1.4 本课题研究的目的和内容

第2章 锌耐受菌的分离、纯化及其鉴定

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

第3章 XMHC-1菌株生长条件的优化

3.1 实验材料

3.2 实验方法与结果分析

3.3 本章小结

第4章 菌株XMHC-1吸附特性研究

4.1 材料

4.2 实验方法

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

第5章 菌株XMHC-1吸附Zn2+机理初探

5.1 实验材料

5.2 实验方法

5.3 结果与分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

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