本文關(guān)鍵詞：利用鉻銅鎘熒光探針示蹤生物陰極電化學(xué)系統(tǒng)中電化學(xué)活性菌的金屬離子

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【摘要】：生物電化學(xué)系統(tǒng)(BESs)是近年興起的、集污染物處理與金屬回收于一體的新技術(shù)。不同于利用化學(xué)催化劑的非生物陰極,生物陰極BESs以電化學(xué)活性菌為催化劑,取代了昂貴的金屬催化劑,有效地提高了BESs金屬的回收速率。近年來生物陰極回收金屬的應(yīng)用已被廣泛研究,然而,生物陰極電化學(xué)活性菌催化還原金屬的過程,特別是金屬在菌體上／內(nèi)的分布都尚不清楚。金屬熒光探針是一類分子量介于500-1000的小分子有機物,能專一性識別生物活體細胞內(nèi)的金屬離子,具有靈敏度高、樣品制備簡單、對受試生物無損害、可視化等諸多優(yōu)點�；诖�,本研究分別依據(jù)鉻銅鎘熒光探針的特性,可視化并示蹤生物陰極電化學(xué)活性菌中的Cr(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)與Cd(Ⅱ),這些研究不僅能進一步明晰BESs陰極電化學(xué)活性菌對金屬的還原,而且能夠擴寬金屬離子熒光探針在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。主要結(jié)果有：(1)通過共聚焦激光掃描顯微(Confocal laser scanning microscopy, CLSM),利用Cr(Ⅲ)熒光探針(R1)分別可視化并示蹤還原Cr(Ⅵ)的四株生物電化學(xué)活性菌Stenotrophomonas sp. YS1, Stenotrophomonas maltophilia YS2, Serratia marcescens YS3以及Achromobacter xylosoxidans YS8不同運行時間下細胞內(nèi)Cr(Ⅲ)的分布,在MFCs還原Cr(Ⅵ)的一個周期內(nèi),隨著MFCs對Cr(Ⅵ)的還原,生物電化學(xué)活性菌胞內(nèi)的Cr(Ⅲ)濃度逐漸增加。(2)通過CLSM,利用Cu(Ⅱ)熒光探針(R2)分別可視化并示蹤還原Cu(Ⅱ)的四株生物電化學(xué)活性菌Stenotrophomonas maltophilia JY1, Citrobacter sp. JY3, Pseudomonas aeruginosa JY5以及Stenotrophomonas sp. JY6不同運行時間下細胞內(nèi)、膜間質(zhì)以及細胞膜的Cu分布,隨著MFCs對Cu(Ⅱ)的還原,生物電化學(xué)活性菌胞內(nèi)液和膜間質(zhì)中Cu(Ⅱ)的濃度先增加后減少,膜上總Cu含量逐漸增加,MFCs對Cu(Ⅱ)還原一周期(5 h)時,四株電化學(xué)活性菌膜總Cu含量占整體的最多；結(jié)合生物陰極MFCs反應(yīng)器,得出Cu在電極上、陰極液以及電化學(xué)活性菌中的分布,隨著MFCs對Cu(Ⅱ)的還原,電極上吸附的總Cu含量逐漸增加,陰極液中的總Cu含量逐漸減少,菌中總Cu含量先增加后減少,MFCs對Cu(Ⅱ)還原一周期(5 h)時,電極上吸附的Cu含量占整體的最多。(3)通過CLSM,利用Cd(Ⅱ)熒光探針(Q3)分別可視化并示蹤去除Cd(Ⅱ)的四株生物電化學(xué)活性菌Ochrobactrum sp. ST1, Pseudomonas sp. ST3, Pseudomonas delhiensis ST5, Ochrobactrum anthropi ST7不同運行時間下細胞內(nèi)、膜間質(zhì)以及細胞膜的Cd分布,隨著MECs對Cd(Ⅱ)的還原,生物電化學(xué)活性菌胞內(nèi)液和膜間質(zhì)中Cd(Ⅱ)的濃度先增加后減少,膜上總Cd含量逐漸增加,MECs對Cd(Ⅱ)還原一周期(5 h)時,四株電化學(xué)活性菌膜總Cd含量占整體的最多：結(jié)合生物陰極MECs反應(yīng)器,得出Cd在電極上、陰極液以及生物電化學(xué)活性菌中的分布,隨著MECs對Cd(Ⅱ)的還原,電極上吸附的總Cd含量逐漸增加,陰極液中的總Cd含量逐漸減少,菌中總Cd含量先增加后減少,MFCs對Cd(Ⅱ)還原一周期(5 h)時,電極上吸附的Cd含量占整體的最多。
【關(guān)鍵詞】：生物電化學(xué)系統(tǒng) 生物陰極 重金屬回收 金屬熒光探針 熒光成像
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X172
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 研究背景10-20
• 1.1 生物電化學(xué)系統(tǒng)10-11
• 1.2 BESs技術(shù)處理重金屬11-14
• 1.2.1 重金屬廢水的傳統(tǒng)處理方法11-13
• 1.2.2 BESs處理重金屬廢水的研究13-14
• 1.3 金屬離子熒光探針14-16
• 1.3.1 熒光分子探針14-15
• 1.3.2 金屬離子熒光探針15-16
• 1.4 共聚焦激光掃描顯微鏡16-19
• 1.4.1 共聚焦激光掃描顯微鏡16
• 1.4.2 生物細胞內(nèi)金屬離子熒光成像的研究16-18
• 1.4.3 研究意義和內(nèi)容18-19
• 1.5 實驗技術(shù)路線19-20
• 2 實驗材料與方法20-27
• 2.1 實驗材料20-24
• 2.1.1 實驗裝置20-21
• 2.1.2 實驗儀器與試劑21-23
• 2.1.3 電極材料及交換膜23
• 2.1.4 接種污泥和陽極溶液組成23-24
• 2.2 分析方法24-27
• 2.2.1 鉻、銅和鎘的分析方法24-25
• 2.2.2 金屬離子的熒光檢光譜測儀測定25
• 2.2.3 電化學(xué)活性菌膜間質(zhì)、細胞內(nèi)液的提取25
• 2.2.4 共聚焦激光掃描顯微鏡25-26
• 2.2.5 生物陰極電化學(xué)活性菌26-27
• 3 結(jié)果與討論27-49
• 3.1 R1、R2、Q3熒光探針的合成27-28
• 3.1.1 R1熒光探針的合成27
• 3.1.2 R2熒光探針的合成27
• 3.1.3 Q3熒光探針的合成27-28
• 3.2 R1熒光探針示蹤Cr(Ⅲ)28-35
• 3.2.1 檢測體系的影響28-29
• 3.2.2 陰極液的影響29-30
• 3.2.3 電子介體的影響30
• 3.2.4 吐溫的影響30-31
• 3.2.5 生物電化學(xué)活性菌胞內(nèi)液中R1探針檢測Cr(Ⅲ)的標準曲線31-32
• 3.2.6 CLSM圖像32-35
• 3.3 R2熒光探針示蹤Cu(Ⅱ)35-43
• 3.3.1 檢測體系的影響35
• 3.3.2 陰極液的影響35-36
• 3.3.3 電子介體的影響36-37
• 3.3.4 吐溫的影響37-38
• 3.3.5 生物電化學(xué)活性菌胞內(nèi)液中R2探針檢測Cu(Ⅱ)的標準曲線38-39
• 3.3.6 CLSM圖像39-41
• 3.3.7 細胞膜、膜間質(zhì)以及細胞內(nèi)的Cu分布41-42
• 3.3.8 Cu在電極上、陰極液以及生物電化學(xué)活性菌的分布42-43
• 3.4 Q3熒光探針示蹤Cd(Ⅱ)43-49
• 3.4.1 生物電化學(xué)活性菌胞內(nèi)液中Q3探針檢測Cd(Ⅱ)的標準曲線43-44
• 3.4.2 CLSM圖像44-47
• 3.4.3 細胞膜、膜間質(zhì)以及細胞內(nèi)的Cd分布47
• 3.4.4 Cd在電極上、陰極液以及生物電化學(xué)活性菌中的分布47-49
• 結(jié)論49-50
• 附錄 金屬離子探針的核磁圖譜50-52
• 參考文獻52-59
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況59-60
• 致謝60-61

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