抗铅细菌的筛选及其对铅吸附特性的研究

摘要

土壤是人类赖以生存的资源与环境，随着经济、工业、城市的不断发展，土壤重金属污染越来越严重。微生物在土壤等自然环境中广泛存在，它与重金属的络合、吸附、氧化还原等作用可影响重金属离子在土壤环境中的形态、生物有效性及其迁移性。多数菌种对重金属抗性较低，环境中高浓度的重金属离子对菌种毒性强，致使其繁殖速度慢，且对重金属离子吸附能力较低，而长期生活在重金属污染环境条件中的细菌对重金属具有一定的耐性和抗性，可在重金属浓度较高的环境条件下生存对重金属具有潜在的吸附作用。本文以从陕西省宝鸡市凤县银洞梁铅锌矿区铅污染土样中筛选、分离出的一株抗铅细菌为材料，以平衡吸附实验为基础，运用自动电位滴定仪、傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、X-射线吸收精细结构（XAFS）等现代分析手段研究了细菌对铅离子的吸附特性。
　　本研究主要内容包括：⑴从陕西省宝鸡市凤县银洞梁铅锌矿区土壤中筛选出的细菌抗铅浓度可达40 mM，其能够产生红色素，进入稳定期后其菌落呈红色。由生理生化测定和16SrDNA序列同源性分析鉴定该细菌为革兰氏阴性粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens），标记为S.R。⑵等温吸附结合动力学实验，运用等温吸附方程和动力学方程拟合，结果表明S.R细菌对铅离子的吸附属于快速吸附过程，在开始30 min内，吸附量可达到最大吸附量的88.36％，在4 h内可达到吸附平衡，二级动力学方程能较好拟合该动力学实验过程；随着溶液pH的上升细菌对Pb2+的吸附量显著升高，当初始pH小于5.5时吸附后pH升高，而pH大于5.5时吸附后pH降低；在pH为4、5、6时细菌对铅的最大吸附量分别为48.43 mg/g、56.70 mg/g、64.05 mg/g，吸附量随着pH的升高而增加。在离子强度为0.01、0.05、0.1时细菌对铅的最大吸附量分别为47.82 mg/g、44.71 mg/g、49.29 mg/g，离子强度对细菌吸附铅的最大吸附量无影响。⑶电位滴定结果表明随着初始离子强度的增加滴定pH从2.85至11.04所需的KOH（0.0897 mol/L）依次增加，离子强度为0.01、0.05、0.1时分别为0.24 mM、0.29 mM、0.32 mM。FITEQL4.0拟合结果表明细菌表面主要解离官能团为羧基（pKa≈4.3，pKa≈5.8）、磷酸基（pKa≈7.8）、羟基（pKa≈9.7）浓度分别为0.64、0.56、1.15 mmol sites/g。红外光谱结果进一步证实了细菌表面主要官能团为羧基、氨基、羟基、磷酸基和酰胺基，在pH2.55~6.90内其活性基团主要为羧基，结合等温吸附实验表明细菌吸附铅的表面主要官能团为羧基。XAFS结果表明细菌对铅的吸附不改变其化学价态，吸附后相比于Pb(NO3)2其Pb-O键变短，表明细菌对铅有很好的吸附能力，可以形成更加紧密的络合物。

目录

声明

1.前言

1.1土壤重金属污染特点

1.1.1矿区土壤重金属污染的来源及危害

1.1.2铅（Pb）的特性及污染危害

1.2 土壤重金属污染治理方法

1.2.1 物理化学方法

1.2.2 生物方法

1.3抗性菌株的研究进展

1.3.1细菌对重金属的耐性和抗性

1.3.2抗铅菌株的研究进展

1.4 微生物对重金属的吸附机理

1.5 微生物与重金属研究技术简介

1.5.1自动电位滴定技术简介

1.5.2傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）简介

1.5.3 X-射线吸收精细结构（XAFS）简介

1.6本课题研究目的与意义

1.7 技术路线图

2、材料与方法

2.1实验材料

2.1.1 土壤采样区概况

2.1.2 土壤样品的采集与保存

2.1.3细菌的筛选

2.1.4细菌的鉴定

2.1.5 细菌悬液的制备

2.1.6铅溶液配制

2.2实验方法

2.2.1动力学吸附实验

2.2.2 pH对细菌吸附铅的影响

2.2.3菌体浓度对细菌吸附铅的影响

2.2.4等温吸附

2.2.5自动电位滴定实验

2.2.6傅里叶变换红外光谱（FTIR）测定

2.2.7 X-射线吸收精细结构测定

3. 结果与讨论

3.1 抗铅细菌的筛选及鉴定结果分析

3.1.1抗铅细菌的筛选

3.1.2 细菌的鉴定

3.2细菌对铅的吸附特性

3.2.1动力学吸附结果

3.2.2不同细菌浓度对Pb（Ⅱ）的吸附结果

3.2.3 pH对细菌吸附铅的影响结果

3.2.4等温吸附结果分析

3.2.5 细菌表面官能团的酸碱电位滴定分析

3.2.6红外光谱分析

3.2.7 EXAFS分析

4. 结论

参考文献

致谢