本文關鍵詞： 耐低溫細菌 生物吸附 重金屬抗性 鉛 硫酸鉀　出處：《中國科學院大學(中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著工業(yè)化進程的快速推進,工業(yè)“三廢”的大量排放,致使環(huán)境重金屬污染日益嚴重。微生物修復法具有能耗低、高效、環(huán)境友好等優(yōu)點,引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關注。在含鉛廢水的治理過程中,許多修復方法特別是微生物修復在實際應用過程中受到了低溫環(huán)境的制約,影響了修復效果。因此,實現(xiàn)在低溫條件下高效去除水體中的鉛具有重要意義。本文從漠河濕地土壤中篩選耐低溫抗鉛細菌,從中選取對鉛離子(Pb~(2+))具有良好選擇性吸附能力的菌株,在低溫條件下,通過對比分析活菌體和死菌體對Pb~(2+)吸附性能的差異,探討活菌體和死菌體對Pb~(2+)的吸附特性及相關機理。為進一步提高菌體對Pb~(2+)的吸附能力,篩選一種可以在菌體生長過程中對其細胞壁進行定向修飾的營養(yǎng)鹽,進而提高菌株對Pb~(2+)的吸附能力,同時探究鹽試劑對菌體有效修飾的機制。主要實驗結果如下:從漠河濕地土壤中篩選到4株耐低溫抗鉛細菌,分別命名為I3、I4、I9和I10,并從上述菌株中篩選出對Pb~(2+)具有最佳選擇性吸附能力的菌株I3作為后續(xù)研究對象,通過形態(tài)學觀察和分子生物學鑒定,表明菌株I3屬于假單胞菌屬,將其命名為Pseudomonas sp.I3。最低抑菌濃度實驗表明Pb~(2+)對Pseudomonas sp.I3的最低抑菌濃度為7.5 mM,是參比菌株Escherichia coli DH5α的5倍,表明Pseudomonas sp.I3對Pb~(2+)具有良好的耐受性。對Pseudomonas sp.I3和E.coli DH5α的活菌體和死菌體吸附Pb~(2+)后進行酸消解實驗及透射電鏡-X射線能譜分析(TEM-EDS),發(fā)現(xiàn)無論是Pseudomonas sp.I3還是E.coli DH5α,其活菌體對水體中Pb~(2+)的去除機制主要包括細菌表面對Pb的吸附及細胞內(nèi)對Pb的累積,而死菌體對水體中Pb~(2+)的去除主要依賴于細胞壁的吸附作用。此外,酸消解實驗表明Pseudomonas sp.I3和E.coli DH5α對Pb~(2+)的吸附能力相近,說明細菌的吸附能力與其對重金屬的耐受性之間沒有必然聯(lián)系。傅里葉紅外光譜(FTIR)分析結果得出菌體表面的 CH2、C=O、C-N、N-H、-COO和-SO3官能團參與了Pseudomonas sp.I3吸附Pb~(2+)的過程,參與Pseudomonas sp.I3活菌體和死菌體對Pb~(2+)的吸附過程中的官能團種類基本相同,因此具有相同的表面吸附機制。Pseudomonas sp.I3的活菌體和死菌體最佳吸附條件為:pH值為5.0;溫度為15℃;菌體投加量為0.5 g/L;Pb~(2+)初始濃度為50 mg/L;活菌體和死菌體吸附的平衡時間分別為120 min和30 min。活菌體和死菌體對Pb~(2+)的吸附均符合Langmuir等溫吸附模型,說明Pseudomonas sp.I3對Pb~(2+)的吸附過程屬于單層吸附。根據(jù)Langmuir方程計算出的Pseudomonas sp.I3活菌體和死菌體對Pb~(2+)的理論最大飽和吸附能力分別為49.48和42.37 mg/g。Pseudomonas sp.I3活菌體和死菌體對Pb~(2+)的吸附過程都能較好的符合準二級動力學模型,說明吸附速率受到菌體表面官能團和Pb~(2+)之間的化學反應速率控制。Pseudomonas sp.I3活菌體和死菌體在低溫條件對Pb~(2+)都具有良好的吸附能力,有助于其在低溫環(huán)境下凈化含鉛廢水。成功篩選到一種對Pseudomonas sp.I3細胞表面官能團具有修飾效果的鹽試劑-K_2SO_4。在菌體培養(yǎng)過程中額外添加30 g/L K_2SO_4,可提高菌株I3(KSI3-30)對Pb~(2+)的吸附能力,在15℃條件下,KSI3-30對Pb~(2+)的吸附能力為62.89 mg/g,與對照組菌體相比,吸附能力提高了42.35%。掃描電鏡及X射線能譜分析(SEM-EDS)結果表明K_2SO_4的添加提高了細胞表面含K和含S官能團的豐度。FTIR和X-射線光電子能譜(XPS)分析結果證明菌體表面的N H/N C、C%PN、C%PO、O%PC O、C O/ OH和 SO3官能團參與了KSI3-30對Pb~(2+)的吸附過程,菌體對Pb~(2+)的吸附可能包含離子交換和化學螯合機制。KSI3-30吸附Pb~(2+)的最佳pH值為5.0,Pb~(2+)初始濃度為50 mg/L,吸附平衡時間為30 min。通過吸附-解吸附實驗證明KSI3-30具有良好的可重復利用性,此外,KSI3-30在低溫條件下對實際含鉛廢水也具有良好的處理效果,表明該生物吸附劑具有良好的應用前景。
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【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X172

【參考文獻】

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本文編號：1474629