【摘要】：離子特異性效應(yīng)又稱Hofmeister效應(yīng),大量的研究表明其廣泛存在于土壤膠體的凝聚過程和微生物的生長過程中。土壤膠體與微生物的相互作用影響著土壤中微生物膜的形成、土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定、元素循環(huán)、礦物的風(fēng)化等諸多地球化學(xué)過程。本研究選用革蘭氏陰性細(xì)菌惡臭假單胞菌和革蘭氏陽性細(xì)菌蘇云金芽孢桿菌作為實(shí)驗(yàn)菌株,以高嶺石膠體作為土壤礦物質(zhì)膠體,借助動(dòng)態(tài)靜態(tài)激光散射儀和Zeta電位分析儀等儀器,在DLVO理論的指導(dǎo)下研究了“細(xì)菌-高嶺石”混合膠體的凝聚動(dòng)力學(xué)過程。本研究獲得了以下的研究成果:(1)惡臭假單胞菌和蘇云金芽孢桿菌的水動(dòng)力學(xué)直徑為961.2和1286.6 nm。在0.3g/L的細(xì)菌懸液中即使加入450 mmol/LLiNO_3、700 mmol/LKNO_3、900mmol/LCsNO_3的電解質(zhì),仍未見細(xì)菌懸液發(fā)生凝聚。(2)高嶺石膠體(細(xì)菌含量為0%的“細(xì)菌-高嶺石”混合膠體)、“惡臭假單胞菌-高嶺石”混合膠體、“蘇云金芽孢桿菌-高嶺石”混合膠體在LiNO_3、KNO_3、CsNO_3這三種電解質(zhì)作用下的膠體凝聚過程中表現(xiàn)有強(qiáng)烈的離子特異性效應(yīng)。具體表現(xiàn)有四點(diǎn):第一,相同細(xì)菌含量的混合膠體在相同濃度不同種類的電解質(zhì)作用下,經(jīng)過相同的凝聚時(shí)間混合膠體最終的凝聚體大小遵循LiNO_3KNO_3CsNO_3。例如,對(duì)于“惡臭假單胞菌-高嶺石”當(dāng)細(xì)菌含量為3.33%且電解質(zhì)濃度為20 mmol/L時(shí),Li~+、K~+、Cs~+的凝聚體大小分別為3374.2、3292.8、3777.8 nm;對(duì)于“蘇云金芽孢桿菌-高嶺石”分別為504.9、2206、2731.4 nm。第二,相同細(xì)菌含量的混合膠體在相同濃度不同種類的電解質(zhì)作用下膠體的凝聚速率遵循LiNO_3KNO_3CsNO_3。例如對(duì)于“惡臭假單胞菌-高嶺石”當(dāng)細(xì)菌含量為3.33%且電解質(zhì)濃度為5mmol/L時(shí),Li~+、K~+、Cs~+的凝聚速率分別為48.2、34.9、80.5 nm/min;對(duì)于“蘇云金芽孢桿菌-高嶺石”分別為1.2、17.5、55.3 nm/min。第三,相同細(xì)菌含量的混合膠體在不同種類的電解質(zhì)作用下,混合膠體最終的臨界聚沉濃度遵循LiNO_3KNO_3CsNO_3。例如對(duì)于“惡臭假單胞菌-高嶺石”,當(dāng)細(xì)菌含量為3.33%時(shí),Li~+、K~+、Cs~+的臨界聚合濃度分別為18.7,16.7和9.4 mmol/L;對(duì)于“蘇云金芽孢桿菌-高嶺石”分別為83.5、27.2、11.6 mmol/L。第四,相同細(xì)菌含量的混合膠體在相同濃度不同種類的電解質(zhì)作用下,混合膠體的凝聚活化能遵循LiNO_3KNO_3CsNO_3,例如對(duì)于“惡臭假單胞菌-高嶺石”,當(dāng)細(xì)菌含量為3.33%且電解質(zhì)濃度為5mmol/L時(shí),Li~+、K~+、Cs~+的活化能分別為1.5、1.4、0.7 kJ/mol;對(duì)于“蘇云金芽孢桿菌-高嶺石”分別為4.5、2.1、0.9 kJ/mol。(3)細(xì)菌含量的增加會(huì)導(dǎo)致“細(xì)菌-高嶺石”混合膠體的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。這種穩(wěn)定性增強(qiáng)具體表現(xiàn)為兩點(diǎn):第一,不同細(xì)菌含量的混合膠體在同種類同濃度的電解質(zhì)作用下,經(jīng)過相同的凝聚時(shí)間混合膠體最終的凝聚體大小與細(xì)菌的含量成反比。例如對(duì)于“惡臭假單胞菌-高嶺石”,在LiNO_3濃度為100 mmol/L時(shí),細(xì)菌含量為3.33、6.67、16.67、33.33、50%的混合凝聚體大小為3932.5、3979.8、2477.7、604.1、464.3 nm;對(duì)于“蘇云金芽孢桿菌-高嶺石”分別為2337.1、2410.2、1808、2041.4、1432.8、1215 nm。第二,不同細(xì)菌含量的混合膠體在同種類同濃度電解質(zhì)作用下,混合膠體的凝聚活化能與細(xì)菌的含量成正比。例如,在LiNO_3濃度為5 mmol/L時(shí),惡臭假單胞菌含量為3.33、6.67、16.67%的混合膠體的凝聚活化能分別為1.5、2.6、3.9 kJ/mol;蘇云金芽孢桿菌含量為3.33、6.67、16.67、33.33%的混合膠體的凝聚活化能分別為4.5、3.8、2.1、2.0 kJ/mol。(4)細(xì)菌與高嶺石混合體系中的聚合行為由體系的靜電力和分子力的平均效應(yīng)決定,而不是由細(xì)菌或高嶺石各自決定。這一發(fā)現(xiàn)為研究“細(xì)菌-粘土”混合體系的聚合行為提供了重要的方法學(xué)指導(dǎo)。(5)惡臭假單胞菌和蘇云金芽孢桿菌其組成對(duì)“細(xì)菌-高嶺石”混合膠體的改變是有差異的。實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)為:對(duì)于“惡臭假單胞菌-高嶺石”混合膠體,在同種電解質(zhì)作用下,混合膠體的臨界聚沉濃度隨惡臭假單胞菌含量的增多而明顯增大;對(duì)于“蘇云金芽孢桿菌-高嶺石”混合膠體,在同種電解質(zhì)作用下,混合膠體的臨界聚沉濃度隨蘇云金芽孢桿菌含量的增多先是增大,隨后保持不變。進(jìn)一步理論和計(jì)算分析發(fā)現(xiàn),惡臭假單胞菌含量的增加導(dǎo)致了“惡臭假單胞菌-高嶺石”混合膠體的總體Hamaker常數(shù)的顯著降低。蘇云金芽孢桿菌含量的增加導(dǎo)致了“蘇云金芽孢桿菌-高嶺石”混合膠體的總體Hamaker常數(shù)先降低隨后保持不變。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S154.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 高曉丹;李航;朱華玲;田銳;;特定pH條件下Ca~(2+)/Cu~(2+)引發(fā)胡敏酸膠體凝聚的比較研究[J];土壤學(xué)報(bào);2012年04期

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本文編號(hào)：2631473