基于光谱学分析探讨磷的释放促进酿酒酵母菌生物矿化铀的研究

摘要

磷作为生物体必需的化学元素之一,在微生物矿化铀的过程中发挥重要作用.以酿酒酵母菌为吸附剂,利用等离子体发射光谱仪和等离子体发射光谱-质谱仪考察了铀酰离子、pH值和磷的释放在生物吸附铀过程中的相互作用和影响;结合光谱学和介观分析手段探讨了酿酒酵母菌与铀作用过程中生物体释放磷的行为与铀生物矿化的关系,进而推测出酿酒酵母菌生物矿化铀的机理.结果表明:酿酒酵母菌可以有效去除水体的U(Ⅵ),且生物体在与U(Ⅵ)作用过程中释放的磷有效促进了酿酒酵母菌生物矿化铀.在溶液初始pH 3.0时,酿酒酵母菌对U(Ⅵ)的去除效果最好;随着吸附体系中U(Ⅵ)浓度的降低,溶液pH值升高,磷的消耗量增大,说明溶液中的H+和酿酒酵母菌释放的磷参与了酿酒酵母菌去除U(Ⅵ)的过程.酿酒酵母菌对U(Ⅵ)的吸附不受反应温度的影响,是自发的、吸热行为.通过FTIR,SEM,XPS和XRD测试分析,推测酿酒酵母菌生物矿化铀的机理为:最初在静电引力作用下,U(Ⅵ)被迅速吸附到酿酒酵母菌细胞表面,随后以配位的形式被菌体表面的磷酸盐、羟基和酰胺等官能团络合;溶液中的H+和酿酒酵母菌释放的无机磷酸盐可作为菌体与U(Ⅵ)结合的沉淀配体,继续矿化形成鳞片状的晶体物质H2(U O2)2(PO4)2·8H2O而被固定在酿酒酵母菌细胞外表面.此外,还有少量的U(Ⅵ)被菌体释放的物质还原成U(Ⅳ)形成CaU(PO4)2沉降下来.综上所述,磷是引起酿酒酵母菌生物矿化铀的主要功能元素.开展磷参与的铀的生物矿化机制研究对于铀污染的生物原位修复和深入理解放射性核素铀在自然界中的活化和固定化具有重要的意义.