嗜酸氧化亚铁硫杆菌对不同环境条件中砷的生物吸附及其应用研究

摘要

砷是普遍存在于地球上的一种类金属元素，在自然界中的丰度排名第20，在岩石矿物中砷分布也较多，砷与人类的环境和健康密不可分。随着人类活动，大量的砷流入自然环境，在地球生物化学的作用下循环，最终进入人体，造成世界各地含砷水污染事件时有发生，饮用水砷污染已经成为世界范围内一个亟需攻克的难题。 目前，国内外常用含砷废水处理方法以吸附-过滤法、膜过滤法、氧化法、离子交换法等物理化学法居多。与这些化学法和物理法相比，利用抗砷微生物生物吸附水体中砷的方法，具有操作简单、投资成本低，并且处理过程无二次污染等优点。 本研究从黑龙江五大连池酸性矿山废水中分离纯化获得嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,A. ferrooxidans）DLC-5，它是一种具有多种重金属抗性的微生物，利用它的抗砷特性对三价砷[As (Ⅲ)]和二甲基砷酸[DMA(Ⅴ)]溶液进行了生物吸附研究，结果发现A. ferrooxidansDLC-5在pH4.0，溶液温度 30℃条件下，对实验室配置的三价砷[As(Ⅲ)]和二甲基砷酸[DMA(Ⅴ)]溶液都具有较强的吸附能力，并且对于有机砷离子的生物吸附效率更优于对无机砷离子的吸附效率，用Langmuir等温线模型分析本实验过程更适合。准二级吸附模型适用于描述A. ferrooxidansDLC-5对As(III)和DMA(Ⅴ)的吸附动力学和热力学参数，根据吸附过程的热力学参数表明 As(III)和 DMA(Ⅴ)生物吸附在 A. ferrooxidansDLC-5的过程是可行的自发行为。A. ferrooxidansDLC-5生物吸附As(III)和DMA(Ⅴ)的机理，主要是因为其细胞表面的各基团与砷离子发生相互作用的结果，特别是–OH和–NH基团发挥了重要的作用。 本研究同时利用A. ferrooxidansDLC-5生物法制备了一种新的砷吸附材料-施威特曼石，使用该材料吸附净化溶液中的砷。同时利用A. ferrooxidans DLC-5的生物吸附特性做了对该固相材料进行生物洗脱再生处理实验。实验证明，使用A. ferrooxidansDLC-5对吸附砷达到饱和状态的施威特曼石进行生物洗脱再生后，施威特曼石又重新具备了吸附砷的能力。在此基础上建立了一种施威特曼石吸附结合生物洗脱的生物反应器，使用施威特曼石吸附砷后，用A. ferrooxidansDLC-5对其洗脱再生，只需定期将含砷菌液收集处理，即可达到除去溶液中砷的目的，这是一种很有应用潜力的含砷水处理技术。 最后，还成功制备了三角形的Ag@Au核壳纳米粒子，并对其稳定性和灵敏度进行了测试，实验证明该材料强度稳定，灵敏度很高。在此基础上利用三角形Ag@Au核壳纳米粒子的局域表面等离子体共振效应，制成LSPR检测芯片，将谷胱甘肽作为识别单元添加在芯片上，这种生物识别单元可以和溶液中砷离子发生反应，从而引起金属纳米颗粒的外界介质的折射率发生改变，转化为直观的可以测量的LSPR 峰值吸收波长，根据峰值波长有规律的变化，来实现传感器对溶液中砷离子的检测。

目录

第一个书签之前