耐Mn2+、Cd2+菌的筛选及去除Mn2+、合成BMO催化降解AR88的研究

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目前工业的快速发展,带来经济效益的提高、国家的进步的同时,也给生态环境造成了重度污染。一般污染物容易处理降解,而有些污染物是难以进行无害化处理的,例如重金属离子和偶氮类染料污染的处理既存在降解不完全后产生二次污染,又有需要消耗较高成本等问题。随着环境治理的深入研究,研究人员逐渐开发出生物修复法,因其具有环境友好型而优于传统物理化学法,并且成本降低,无二次污染等优势。相关研究结果表明,利用微生物对污染物的生物修复处理具有一定的实用价值。本论文从安徽省铜陵市矿山废水中筛选出一株耐重金属的菌株,研究其生物生化特性、对重金属的去除作用以及合成的生物锰氧化物(Biological Manganese Oxide,BMO)催化过一硫酸氢钾复合盐(Potassiumperoxymonosulfate,PMS)降解偶氮类染料酸性红88(Acid Red,AR88),为皮氏罗尔斯顿属的菌株在环境应用中提供了文献参考,并且首次用BMO在催化降解偶氮类染料方面进行研究,为在环境污染治理方面有一定的实用价值。为了研究该菌株的生理生化特性及对重金属Mn2+的去除效果、机理等具体科学问题,本论文利用16S r DNA对其测序鉴定,通过检测菌株生长的吸光度变化对菌株重金属抗性以及影响其生长的温度、初始培养基p H值等因素进行研究;采用电感耦合等离子体发射光谱仪(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer,ICP-AES)对影响去除Mn2+效果的初始菌体浓度、初始Mn2+浓度、初始p H值、温度、时间、菌株活性等因素以及等温吸附模型进行探究,采用傅里叶红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FT-IR)对吸附时菌株官能团变化进行了研究。结果显示该菌株属于Ralstonia属,并将其命名为R.pickettii ADZH5101;菌株ADZH5101对Mn2+、Cd2+都存在较高的耐受性,但仅对Mn2+存在去除作用;菌株为白色短杆状,具有鞭毛,可运动,最适合的生长环境为条件30℃、p H=5,在生长过程中菌株会产生氢氧化物改变培养基p H值;初始菌体浓度在OD600=0.5以内对去除量影响较小,浓度增加会降低去除量,最适菌体浓度为OD600=0.01;最适温度为30℃,p H值为5,初始Mn2+浓度为450 mg/L;培养32 h左右去除量达到平衡期,去除量在140 mg/L左右;等温吸附模型符合Freundlich模型,在细胞表面主要有-PO43-、胺基中的-C-N-、-M-O(O-M-O)、酰胺基(-CO-NH-)和C-H基团参与整个吸附过程;解吸剂纯水(RO)、EDTA、H2SO4、以及Na OH对Mn2+的解吸效果分别为13%、77%、72%、96%左右。为了研究菌株ADZH5101合成BMO及BMO催化PMS降解AR88等问题,本论文采用LBB(Leucoberbelin Blue I)法研究了影响合成BMO的p H值、初始Mn2+浓度以及合成时间等;采用扫描电子显电镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)、X射线光电子能谱仪(X-Ray Photoelectron Spectrometer,XPS)及X射线衍射仪(X-Ray Diffractometer,XRD)对BMO进行表征;通过检测AR88降解前后的吸光度探究降解速率、BMO和PMS不同比例对降解的影响、BMO的循环降解等,利用猝灭剂研究催化降解的机理,并用紫外-可见分光光度计对降解前后AR88的特征峰进行了研究。实验结果显示,在避光条件下培养16 d可以合成BMO,培养基p H=7时更有利于BMO的合成,初始Mn2+浓度为10 m M时合成量最大为1.2 m M左右,6 m M时氧化率最大为16.7%,合成的BMO为交叉片状,晶型较差,主要是Mn O2和Mn2O3;利用BMO催化PMS降解20 mg/L的AR88可在90 min左右完成,通过改变添加BMO与PMS的不同比例发现,BMO含量增加比增加PMS有利于提高降解效果;并且BMO可以回收循环降解5次以上,效果仍保持在90%左右;猝灭剂实验结果表明降解过程是PMS在BMO表面产生超氧自由基、羟基自由基进行作用,全波长结果显示AR88特征峰消失,并且产生新的特征峰。
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