發(fā)布時間：2018-02-27 04:31

  本文關(guān)鍵詞： Cupriavidus gilardii CR3 銅離子 吸附 生物膜 遷移　出處：《東北師范大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：重金屬銅離子進入地下環(huán)境的第一道天然屏障是含有多孔介質(zhì)的土壤水帶層,也是微生物主要存在和運動的區(qū)域。在地下環(huán)境中,微生物通常以生物膜形式存在,并且微生物的生物膜影響重金屬銅在地下環(huán)境中的遷移。本文以具有天然銅抗性的細菌(Cupriavidus gilardii CR3)活細胞為研究對象,探討了C.gilardii CR3對重金屬銅的吸附特性和機理,及重金屬銅對C.gilardii CR3生物膜的影響,同時,研究了不同銅離子濃度在C.gilardii CR3生物膜-石英砂柱中的遷移。在此基礎(chǔ)上,研究了生物膜對重金屬銅遷移的影響及其生物膜胞外聚合物(EPS)作用。主要研究結(jié)論如下:(1)C.gilardii CR3對重金屬銅的吸附特性。利用重金屬抗性細菌C.gilardii CR3吸附重金屬銅離子,研究pH、初始銅離子濃度和吸附時間對C.gilardii CR3吸附銅的影響,采用等溫吸附和動力學(xué)模型擬合實驗結(jié)果。發(fā)現(xiàn)C.gilardii CR3對銅離子吸附量隨pH的增加而增加,最適的pH為5.0,實際最大吸附量是18.33mg/g;吸附過程符合Langmuir模型,理論預(yù)測的最大吸附量是18.25 mg/g,與實測數(shù)值接近;吸附過程分兩步進行,即初始的快速反應(yīng)和后續(xù)的緩慢反應(yīng);吸附過程符合二級動力學(xué)和顆粒內(nèi)擴散方程,這些結(jié)果表明該吸附過程是單分子化學(xué)吸附和物理內(nèi)部擴散共同作用。(2)C.gilardii CR3對重金屬銅的吸附機理。通過Zeta電位、掃描電子顯微鏡-X射線能量散射能譜(SEM-EDX)和傅里葉紅外光譜(FTIR)方法對吸附銅離子前后的C.gilardii CR3形貌和結(jié)構(gòu)進行表征。Zeta電位表明靜電引力使官能團發(fā)生去質(zhì)子化,C.gilardii CR3表面負電荷吸附銅離子。SEM-EDX證明C.gilardii CR3對銅離子的吸附為表面吸附。FTIR結(jié)果顯示參與吸附的官能團主要有羥基、羧基、磷酸和氨基等。此外,當(dāng)銅離子存在時,C.gilardii CR3具有自我保護能力,分泌網(wǎng)狀的EPS保護細胞受到破損,在實際應(yīng)用中具有潛在的應(yīng)用價值。(3)重金屬銅對C.gilardii CR3生物膜的影響。利用不同濃度的LB培養(yǎng)基模擬細菌地下環(huán)境生存的營養(yǎng)條件,運用結(jié)晶紫染色方法分析確定C.gilardii CR3生物膜形成的最適營養(yǎng)條件,發(fā)現(xiàn)20%LB可以使C.gilardii CR3形成較好的生物膜。通過結(jié)晶紫染色法和CLSM分析32 mg/L銅離子可以促進抗性菌C.gilardii CR3分泌較多的蛋白和多糖,形成的生物膜面積最大。(4)重金屬銅在C.gilardii CR3生物膜-石英砂柱中的遷移。在C.gilardii CR3生物膜-石英砂柱中注入12 h的20%LB使C.gilardii CR3短期饑餓,形成均勻穩(wěn)定生物膜。生物膜柱對三種濃度的銅離子遷移都有影響,并且6.4 mg/L、32 mg/L和64 mg/L銅離子的穿透曲線(BTCs)在生物膜柱中呈現(xiàn)不規(guī)則的“幾”字形,隨著銅離子濃度升高,生物膜柱對銅離子的截留越小,穿透能力越大。另外,生物膜柱對銅離子的截留和生物量分布趨勢一致,即實驗柱兩端較多,中間最少,并且銅離子在柱中截留主要是EPS對銅離子的吸附作用。
[Abstract]:The first natural barrier for copper ions to enter the underground environment is the soil water belt layer containing porous media, which is also the main area where microorganisms exist and move. In the underground environment, microorganisms usually exist in the form of biofilms. The biofilm of microorganism affected the migration of heavy metal copper in underground environment. In this paper, the adsorption characteristics and mechanism of C. gilardii CR3 on copper were studied in the living cells of Cupriavidus gilardii CR3, a bacterium with natural copper resistance. And the effect of heavy metal copper on C. gilardii CR3 biofilm. The migration of copper ions in C. gilardii CR3 biofilm-quartz sand column was studied. The effects of biofilm on the migration of heavy metal copper and the effect of biofilm extracellular polymer (EPS) on copper transfer were studied. The main conclusions were as follows: 1. The adsorption characteristics of heavy metal copper by CR3. Heavy metal copper ions were adsorbed by heavy metal resistant bacteria C. gilardii CR3. The effects of pH, initial copper concentration and adsorption time on the adsorption of copper by C. gilardii CR3 were studied. The experimental results were fitted by isothermal adsorption and kinetic model. It was found that the adsorption capacity of C. gilardii CR3 increased with the increase of pH. The optimum pH value is 5.0, the actual maximum adsorption capacity is 18.33 mg / g, the adsorption process accords with Langmuir model, and the predicted maximum adsorption amount is 18.25 mg / g, which is close to the measured value, and the adsorption process is divided into two steps, that is, the initial rapid reaction and the subsequent slow reaction. The adsorption process accords with the second-order kinetics and intraparticle diffusion equation. These results indicate that the adsorption process is the adsorption mechanism of heavy metal copper by means of monolayer chemisorption and physical internal diffusion. SEM and FTIR methods for characterizing the morphology and structure of C.gilardii CR3 before and after copper ion adsorption. Zeta potential indicates that electrostatic gravitation results in deprotonation of functional groups by deprotonation of C. gilardii CR3 table. Surface negative charge adsorption of copper ions. SEM-EDX showed that the adsorption of copper ions by C.gilardii CR3 was surface adsorbed. FTIR results showed that the functional groups involved in the adsorption were mainly hydroxyl groups. In addition, when copper ions exist, C. gilardii CR3 has the ability to protect itself, secreting reticular EPS to protect cells from being damaged. The effect of heavy metal copper on C. gilardii CR3 biofilm was studied. The nutrient conditions of bacteria in underground environment were simulated by using different concentration LB medium. The optimum nutritional conditions for the formation of C. gilardii CR3 biofilm were determined by crystal violet staining. It was found that 20LB could make C.gilardii CR3 form a better biofilm. The copper ions of 32 mg/L could be detected by crystal violet staining and CLSM analysis, which could promote the secretion of protein and polysaccharide by C. gilardii CR3. The migration of heavy metal copper in C. gilardii CR3 biofilm-quartz sand column was the largest in the biofilm formed. 20 LB was injected into C. gilardii CR3 biofilm-quartz sand column for 12 hours to cause C. gilardii CR3 to starve for a short time. A uniform and stable biofilm was formed. The biofilm column had an effect on the migration of copper ions at all three concentrations, and the penetration curves of 6.4 mg / L ~ (32 mg/L) and 64 mg/L Cu ~ (2 +) were irregular in the biofilm column, with the increase of Cu ~ (2 +) concentration. The smaller the cupric ion interception, the greater the penetration ability of the biofilm column. In addition, the biofilm column has the same trend of cupric ion interception and biomass distribution, that is, there are more ends of the experimental column, and the middle of the column is the least. The adsorption of copper ions in the column was mainly due to the adsorption of EPS to copper ions.
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X14;O647.3

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本文編號：1541142