耐重金属细菌对土壤胶体矿物体系吸附铜和镉离子的影响

摘要

以湖北咸宁温泉红壤胶体、河南巩义褐土胶体、针铁矿和高岭石胶体为材料,以从大冶铜矿区土壤筛选的耐重金属细菌NTG-01为实验菌株,研究该菌株对土壤胶体、矿物体系对Cu<'2+>、Cd<'2+>的吸附动力学影响,探讨不同pH及不同菌量条件下该细菌对土壤胶体和粘土矿物体系吸附Cu<'2+>、Cd<'2+>的影响,采用红外光谱技术研究土壤胶体、矿物及细菌吸附Cu<'2+>、Cd<'2+>的机理.主要研究结果如下:1.当加入的菌量从6.5×10<'10>加大到1.3×10<'10>个时,红壤胶体、褐土胶体、针铁矿和高岭石对Cu<'2+>的最大吸附量分别为:62、70,、89.5、104.3,76.7、82.1,38.7、49.6mmol/kg,增长率分别为14﹪、27﹪,9.6﹪、27.7﹪,5.6﹪、13.3﹪和23.5﹪、58.2﹪.其中以高岭石的增幅最大,红壤次之,针铁矿最小.加上述菌量的细菌NTG-01后,红壤胶体、褐土胶体、针铁矿和高岭石体系比无菌体系分别增长11.6﹪、30.4﹪、9.6﹪、12.7﹪、28.2﹪、36.6﹪和13.8﹪,16.3.菌量对体系吸附重金属容量的影响与细菌细胞对重金属离子的吸附固定和细菌对体系表面的理化性质发生改变有关.2.随着pH的升高,细菌对Cu<'2+>的吸附率逐渐上升,当pH大于6时,吸附率接近100﹪.细菌对Cd<'2+>的吸附率随着pH的升高而增大,当pH为5.5时,其对Cd<'2+>的吸附率达到最大.pH继续升高时,细菌对Cd<'2+>吸附百分率有所下降.3.加入细菌以后,褐土胶体和红壤胶体对Cu<'2+>的吸附动力学过程依然用抛物线扩散方程拟合最好,即颗粒表面吸附点位数目控制反应速度.加入细菌NTG-01后,使褐土胶体和红壤胶体对Cd<'2+>的吸附机理发生了变化.最优方程由原来的抛物线扩散方程变为一线反应方程,即在有细菌存在的土壤体系中,反应的速度取决于溶液中重金属的浓度.因此,控制土壤溶液中镉的浓度有利于微生物对土壤镉污染的生物修复.在80分钟内,加入细菌NTG-01后的褐土胶体和红壤胶体对Cu<'2+>的吸附速率、累积吸附量与未加菌比,没有太大变化,而红壤、褐土-细菌复合体对Cd<'2+>的吸附速率、累积吸附量明显大于纯红壤、纯褐土胶体.4.细菌细胞表面的游离羟基-OH是吸附Cu<'2+>的活动中心;加入细菌以后促进了Cu<'2+>与针铁矿表面游离羟基-OH反应,使Cd<'2+>与其表面的水合羟基(-OH<,2>)的反应加强;细菌的加入导致了高岭石的游离羟基-OH的红外吸收峰强度降低,说明细菌增强了Cu<'2+>与游离羟基-OH的反应;细菌促进了褐土胶体表面的<'Si-O-Si>基团与Cu<'2+>、Cd<'2+>的反应.

目录

摘要

Abstract

前言

1.吸附动力学

2.红外光谱(IR)

3.电子顺磁共振谱(EPR)

4.X射线光电子能谱(XPS)

5.X射线吸收精细结构光谱(XAFS)

6.X射线能量散射分析(EDAX)

7.其他

材料与方法

1.供试菌株

2.实验菌株的培养及收集

3.土壤胶体提取和矿物合成

3.1土壤胶体的提取

3.2针铁矿的合成

4.细菌NTG-01与土壤胶体对Cu2+、Cd2+的吸附动力学

4.1土壤胶体和粘土矿物悬液的制备

4.2细菌悬液的制备

4.3胶体-细菌复合体的制备

4.4吸附动力学实验方法

5.不同pH下细菌NTG-01与土壤胶体、粘土矿物对Cu2+、Cd2+的吸附

6.不同菌量下细菌NTG-01与土壤胶体、粘土矿物Cu2+、Cd2+的吸附

7.细菌NTG-01与土壤胶体、粘土矿物对Cu2+、Cd2+吸附的红外光谱分析

结果与讨论

1菌量对土壤胶体和粘土矿物吸附Cu2+、Cd2+的影响

1.1 Cu2+的吸附

1.2 Cd2+的吸附

2 pH对细菌NTG-01与土壤胶体、粘土矿物吸附Cu2+、Cd2+的影响

2.1 pH-吸附率曲线

2.1吸附亲合力

3吸附动力学

4细菌细胞及其与土壤胶体复合体吸附Cu和Cd的红外光谱

4.1细菌吸附Cu2+、Cd2+的红外光谱

4.2针铁矿及其与细菌复合体吸附Cu2+、Cd2+的红外光谱

4.3高岭石及其与细菌复合体吸附Cu2+、Cd2+的红外光谱

4.4褐土胶体及其与细菌复合体吸附Cu2+、Cd2+的红外光谱

4.5红壤胶体及其细菌的复合体吸附Cu2+、Cd2+的红外光谱

结 论

参考文献

致 谢