氧化亚铁硫杆菌的胞外电子传递研究

使用循环伏安、计时电流等电化学方法研究了氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,At.f)的胞外电子传递机理.通过比较分别以亚铁离子和单质硫为电子供体培养的At.f的循环伏安曲线的还原峰可知,At.f具有胞外电子传递能力;恒压-0.4 V时,加入亚铁离子能够促进At.f的胞外电子传递;好氧条件比厌氧条件产生/变化的电流大1个数量级,说明At.f在好氧条件下具有较强的电化学活性.此外,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱及扫描电子显微镜等对菌体的表面特征进行了分析.     

黄钾铁矾的生物合成与鉴定

利用氧化亚铁硫杆菌的生物催化氧化作用,在FeSO4—K2SO4—H2O体系中和常温常压条件下合成赭黄色的黄钾铁矾。借助SEM,XRD,FTIR,ICP—AES等方法对它的化学组成和结构进行了分析与表征。结果表明,Thiobacillus ferrooxidans休止细胞可在2天内将FeSO4-K2SO4-H2O体系中的Fe^2 全部氧化为Fe^3 ,Fe^3 在高浓度硫酸根、K^ 存在和酸性条件下水解生成赭黄色高铁沉淀,经鉴定为黄钾铁矾,其晶体粒径均匀,分散性好,且没有无定形的羟基硫酸高铁副产物。     

污泥生物淋滤过程中黄铁矾对重金属离子的吸附与共沉淀作用的模拟研究

生物淋滤处理可加速污泥中重金属(Zn,Cu和Cr)的溶出。但在淋滤后期,约有31%的已溶出的Cu2+被重新固持。并且,Cu2+浓度的再次下降与Fe3+沉淀形成黄铁矾的反应在时间上具有同步性。为阐明Cu2+固持机理,文章利用氧化亚铁硫杆菌的生物催化氧化作用,模拟生物淋滤环境在纯体系合成了黄铁矾。吸附试验表明,在pH 2.0～2.5的范围内(污泥生物淋滤过程中重金属溶出范围),黄铁矾对10 mg·L-1 Cu2+(该浓度与供试污泥生物淋滤中的Cu2+浓度相近)的吸附率低于9%,不能完全解释Cu2+的重新固持现象。共沉淀试验表明,Cu容易与黄铁矾形成共沉淀而掺入矿物的晶格。当Cu2+为10 mg·L-1时,约有44.6%的Cu2+与黄铁矾产生共沉淀而进入固相。可以认为,Cu与黄铁矾的共沉淀效应,是导致污泥生物淋滤后期Cu2+浓度再次下降的主要原因,黄铁矾对Cu2+的吸附只起极小的作用。     

He-Ne激光、紫外线诱变氧化亚铁硫杆菌及耐砷菌株的选育

对适合氧化亚铁硫杆菌(Thiobacilus ferrooxidans)特点的诱变方法进行了研究:把菌体制成无铁细胞悬液进行小剂量、多次数的诱变.氧化亚铁硫杆菌菌株S₁经多次紫外线和激光照射,并结合逐级驯化处理,最终选育出了优良耐砷菌株S_x,它能在含11g/LA_s2O₃的环境中生长,比出发菌株的0.7g/L提高了近14.7倍.在用该菌株进行浸矿的实验结果表明:浸矿能力良好,在同样是10%接种量时,浸出时间比出发菌缩短了一天,并且砷元素的浸出率由原先的76%提高至85.7%.     

Immobilization of Acidithiobacillus ferrooxidans with complex of PVA and sodium alginate

A new Acidithiobacillus ferrooxidans cell immobilization technique utilizing the complex of PVA solution and sodium alginate solution crosslinked by Ca(NO₃)₂ as entrapment medium is reported. The mixture of A. ferrooxidans suspension and the entrapment complex were extruded into a solution of Ca(NO₃)₂ (1-5%) to form beads, then the beads were frozen at −20 °C for 1-2 days and thawed at room temperature. The forming mechanism, characteristic of this immobilized beads and the factors affecting activity of immobilized cells were also discussed. A maximum oxidation rate of 4.6 g Fe²⁺/(L h) was achieved in batch cultures by these immobilized cells. Precipitation formed during culture process was analyzed. The forming mechanism of this precipitation and how this precipitation affects the whole system were also discussed. In addition, the immobilization technique is operated simply, and the gel beads have high stability even under non-sterile conditions. So its application on an industrial scale would be more practicable.     

施氏矿物Schwertmannite的微生物法合成、鉴定及其对重金属的吸附性能

在K+缺乏的FeSO4-H2O体系(pH 2.5)中,利用氧化亚铁硫杆菌对亚铁的生物氧化作用,合成了一种新型羟基硫酸高铁矿物Schwertmannite(施氏矿物)。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法对其组成和结构进行了分析与表征,同时还对其重金属吸附性能进行了研究。结果表明,A.ferrooxidans LX5休止细胞可在2 d内将在FeSO4-H2O体系中0.2 mol·L-1 Fe2+全部氧化成Fe3+,溶液pH由起始的2.5下降至2.10,约有15%的Fe2+被转化成红棕色沉淀,余下85%的Fe2+氧化后以Fe3+形式存在于溶液中。鉴定结果表明合成的红棕色羟基硫酸高铁沉淀为施氏矿物。吸附试验表明,施氏矿物对重金属阳离子Cu2+,Zn2+与 Cr3+的吸附受pH的控制,吸附率随pH的升高而增加,约在6.0～7.0时达到最大吸附率。当溶液中三种金属离子浓度为50 mg·L-1时,最大吸持率分别为99.3%,99.4%与87.6%。     

环境中有机物和微生物对黄铁矿还原铀的影响

天然铀矿中铀常与黄铁矿共生,这两者之间存在着相互作用,而环境中有机物和微生物也会对此共生现象产生一些影响。本文采用循环伏安法(CV)研究了黄铁矿与U(VI)体系中的铀价态的变化及电子转移数,结果表明,黄铁矿可以自发把U(VI)还原到U(V)和U(IV)。腐殖酸(HA)存在时对黄铁矿还原铀有抑制作用,氧化亚铁硫杆菌(TF)存在时则有协同作用。光电子能谱研究表明,黄铁矿中的Fe^2+和S^-对U(VI)的还原都起了作用。本文从电子、离子等微观角度研究了黄铁矿还原富集铀的反应机理,解释了天然铀矿中铀与黄铁矿共生这一现象,为铀成矿理论提供了新依据,并为黄铁矿在环境污染修复中的应用及周围环境影响程度的大小提供了理论依据。     

A Rapid Method for Determination of Growth of Thiobacillus Ferrooxidans by Series Piezoelectric Quartz Crystal

ABSTRACT

A rapid and simple method for monitoring the growth of Thiobacillus ferrooxidans is put forward by using a series piezoelectric quartz crystal (SPQC). The SPQC was applied to continuously determine the variation of frequency shift during the culture of Thiobacillus ferrooxidans, with a conductive electrode as the probe. The frequency shift as a function of time agrees with a typical 'S - shape' model, a piezoelectric sensor responding well to the growth of Thiobacillus ferrooxidans. The fundamentals for determination of the bacterial growth activity using the SPQC is also described; the frequency shift is only dependent on the electrical conductivity of the solution and the dielectric constant.     

A3钢在氧化亚铁硫杆菌、链霉菌及其混合菌体系中的腐蚀行为

采用电化学方法和表面分析技术研究了A3钢在链霉菌(Stremptomyces)和氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus fer-rooxidans,T.f)单独及共同作用下的腐蚀行为.结果表明,试样在不同的含菌腐蚀体系中浸泡7d后,表面生成了不均匀的生物膜层,并表现出各不相同的形貌特征;A3钢在氧化亚铁硫杆菌和链霉菌单种菌作用下发生了局部腐蚀,而混合菌体系中的试样发生均匀腐蚀;混合菌体系中A3钢的腐蚀失重速率介于两种菌单独存在时的腐蚀失重速率之间;试样浸泡14d后的电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,A3钢电极在氧化亚铁硫杆菌-链霉菌混合菌体系中的阻抗值介于两种单菌腐蚀体系之间.以上研究结果表明,A3钢在链霉菌体系中腐蚀最重,混合菌体系其次,氧化亚铁硫杆菌体系中腐蚀最轻.     

生物矿化:构建酸性矿山废水新型被动处理系统的新方法

生物矿化是自然界普遍存在的现象,是生物介入下的矿物晶体形成过程,但如何有意识地去调控生物矿化过程并将之用于水处理上报道很少,报告了以生物矿化为核心的含重金属酸性矿山废水（AMD）处理新方法.将嗜酸性氧化亚铁硫杆菌负载在弹性填料上促进酸性矿山废水（AMD）中Fe²⁺生物氧化并与SO₄^2-形成施威特曼石（schwertmannite）矿物晶核并持续生长,并通过共沉淀和吸附作用原位去除AMD中部分有毒金属.水中残余的未参与生物矿化的Fe³⁺则在负载有嗜酸性铁还原菌的载体上被还原成Fe²⁺,继而再通过将嗜酸性氧化亚铁硫杆菌氧化成矿,如此交替构成亚铁生物氧化成矿和残余三价铁生物还原单元,重复多次,最大程度地将AMD中溶解性铁和硫酸根转变为施氏矿物,并去除部分有毒金属,施氏矿物可回收作为新型环境材料.生物矿化后的酸性出水则最后通过极少量的石灰中和即可使水质完全达标.这种"生物矿化-石灰沟渠"新型被动处理系统石灰需求量可减少80%以上,"毒渣"产生量减少90%以上,且"毒渣"中有色金属品位可提高10倍,能用于金属冶炼,是一种极有应用前景的酸性重金属废水处理与资源化新方法.