【摘要】：生物電化學(xué)系統(tǒng)(Bioelectrochemical systems,BESs)是近年來(lái)興起的、依靠電化學(xué)活性菌(Electrochemically Active Bacteria,EAB)的催化,實(shí)現(xiàn)污染物的處理與能源回收的新技術(shù),包括微生物燃料電池(Microbial fuel cells,MFCs)和微生物電解池(Microbial electrolysis cells,MECs),其中的電化學(xué)活性菌使得BESs在金屬回收與資源化領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而,EAB的金屬去除與回收的作用機(jī)制一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。小分子金屬熒光探針(fluorescent probe)不僅可透過細(xì)胞膜,而且在不損傷細(xì)胞的情況下有效示蹤胞內(nèi)金屬離子,是一種可視化并定量化細(xì)胞內(nèi)金屬離子的有效方法。然而,基于典型小分子金屬熒光探針的EAB中目標(biāo)金屬的有效示蹤與定量研究還鮮有報(bào)道。本研究分別通過Cr(III)和Cd(II)熒光探針示蹤BESs的陰極EAB內(nèi)金屬離子,進(jìn)而定量化不同價(jià)態(tài)金屬在EAB中的分布,闡明生物陰極BESs去除金屬的過程機(jī)制。主要結(jié)論如下:(1)從混菌馴化的還原Cr(VI)的生物陰極MFCs中分離四株EAB,經(jīng)鑒定分別為:Stenotrophomonas sp.YS1、Stenotrophomonas maltophilia YS2、Serratia marcescens YS3和Achromobacter xylosoxidans YS8。菌株YS3的電化學(xué)活性最好,開路電勢(shì)達(dá)0.384 V,最大功率18μW,平均電路電流0.19±0.01 m A,陰極電勢(shì)-0.13±0.00 V,Cr(VI)還原率為84.0±1.6%,且細(xì)胞內(nèi)總鉻含量最高。Cr(III)的探針示蹤結(jié)果表明,陰極電子使得更多的Cr(VI)穿過細(xì)胞膜后被還原。(2)從混菌馴化的去除Cd(II)的生物陰極MECs中分離四株EAB,經(jīng)鑒定分別為:Ochrobactrum sp.X1、Pseudomonas sp.X3、Pseudomonas delhiensis X5和Ochrobactrum anthropi X7。在0.5 V的外壓下,加入0.25 mM的2,4-二硝基苯酚(2,4-dinitrophenol,2,4-DNP)后改變了EAB的Cd(II)去除與產(chǎn)氫性能;電流決定了Cd(II)離子在電化學(xué)活性菌中的分布,使得Cd(II)更快的進(jìn)入細(xì)胞且隨后的較快的泵出,加入2,4-DNP后抑制了其輸入與泵出過程。電流也決定了陰極室中的總鎘分布且不受2,4-DNP的影響。借助Cd(II)熒光探針的示蹤與定量分析,闡明了EAB在電流、2,4-DNP存在下Cd不同價(jià)態(tài)的分布以及EAB去除Cd(II)的過程機(jī)制,即主要通過改變細(xì)胞對(duì)Cd(II)離子的輸入與泵出來(lái)進(jìn)行調(diào)控。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703;TM911.45

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本文編號(hào)：2800186