一种微生物固结污染体系中Cu~(2+)的研究

利用碳酸盐矿化菌在底物诱导下的酶化作用,分解产生碳酸根离子,矿化固结环境(土壤、水体)当中的游离重金属离子,减少其危险。文章以Cu2+溶液模拟重金属离子污染体系,进行微生物矿化试验,研究过程中发现,铜离子并非转化成为单一的碳酸铜沉积固结,而是生成以Cu2(OH)2CO3为主的混合矿化产物。文中对CuCl2、CuSO4体系中产生的矿化产物进行了XRD、SEM、TG分析,并对生成原因和机理进行了研究。并对这种利用微生物矿化原理来修复重金属污染的方法进行了初步探讨。     

零价铁（ZVI）去除Cu2+的特性及机制研究

研究了零价铁去除水溶液中铜离子的影响因素及动力学特性,并利用X射线衍射(XRD)分析对反应机制进行了探讨.结果表明,当溶液中Cu2+的浓度为300 mg/L,零价铁的用量为1 g/L时,Cu2+的去除率99%.Cu2+的去除速度很快,且反应前30min零价铁去除Cu2+的过程可以用一级反应动力学方程模拟.零价铁去除Cu2+的机制主要基于氧化还原反应,Cu2+的还原产物主要为Cu和Cu2O.     

不同EPS组成生物膜对Cu2+吸附的研究

采用自行设计的反应器,通过调节培养液的配比对载体进行挂膜,得到蛋白质和多糖含量比分别为7:1、5:1和10:1的3种生物膜作为吸附剂,用其对Cu2+进行吸附试验,同时对吸附机理进行探讨.结果表明,培养8d后,生物膜可挂膜成熟,在C/N=12时,生物膜上的菌落数较C/N=4和C/N=37条件下多.PN/PS值越小,生物膜对铜的吸附量越高,EPS3对Cu2+的吸附量分别高出EPS1 7.37 %, EPS2 7.62%.在生物膜吸附Cu2+后,溶液中Ca2+、Mg2+、K+含量明显升高,表明离子交换对生物膜吸附Cu2+起主要作用,且Cu2+更易与Ca2+和Mg2+产生离子交换作用.当KNO3浓度在0.1~0.6mol/L之间,随着离子强度的增加,生物膜吸附Cu2+的量迅速减少,当KNO3浓度大于0.6mol/L时,生物膜对Cu2+吸附量的变化趋于平缓,说明生物膜对Cu2+的吸附同时包括离子交换吸附和化学吸附.     

嗜麦芽窄食单胞菌对铜镉的吸附特性与离子交换

研究了投菌量、金属浓度和戊二醛浓度对嗜麦芽窄食单胞菌吸附水体中Cu2+和Cd2+特性的影响,分析了重金属生物吸附、NO3-去除与菌体离子释放的关联,从离子吸附、交换、转化与释放的角度探讨了重金属生物吸附机制.结果表明嗜麦芽窄食单胞菌对Cu2+和Cd2+吸附性能良好,0.2 g·L-1干重菌体处理浓度为0.05 mmol·L-1的Cu(NO3)2和Cd(NO3)2溶液120 min后,Cu2+和Cd2+的吸附率分别达96.3%和83.9%.菌体对Cu(NO3)2和Cd(NO3)2溶液的吸附过程存在Cu2+和Cd2+的表面吸附与胞内运输、NO3-胞内积累、NO3-还原为NO2-等行为,而且Cu2+和Cd2+的胞内运输、NO3-积累和还原需要消耗能量,并会促进Cl-、PO43-、SO42-、Na+、NH4+、K+和Ca2+等离子的释放.红外光谱分析表明菌体酰胺基、羟基与羧基均参与了Cu2+和Cd2+的吸附.X-光电子能谱分析显示吸附后Cu2+和Cd2+的价态不发生变化.     

改性蓝藻生物炭促进微生物电合成系统产乙酸的机制研究

微生物电合成系统(MES)是一种以微生物作为催化剂,在阴极电驱动下还原CO₂产生简单化学品的新型碳捕获利用技术.为探究蓝藻生物炭在MES中的添加强化乙酸合成的潜力,本研究通过不同蓝藻生物炭的投加,检测乙酸合成性能及电子回收率,观察阴极微生物分布及形态特征,分析微生物群落结构特征,探究蓝藻生物炭添加对乙酸合成的影响及机制.结果表明,添加蓝藻生物炭(ABC)和过氧化氢改性蓝藻生物炭(ABC-H₂O₂),使MES乙酸产量分别增加了33.8%和77.0%,电子回收率均有所上升,且ABC-H₂O₂组电子回收率高于ABC组.分析蓝藻生物炭电子传递性能和氧化还原活性表明,经过氧化氢改性后的蓝藻生物炭表面含氧官能团数量增加,增强了电子传递能力及氧化活性,有利于微生物通过蓝藻生物炭介导进行间接电子传递.在微生物群落结构方面,蓝藻生物炭的添加降低了产乙酸菌丰度,但提高了微生物群落中电活性微生物和产氢微生物的丰度,使得产乙酸微生物获得更多的电子,实现乙酸合成性能增强.本研究揭示了蓝藻生物炭,特别是改...     

奥奈达希瓦氏菌MR-1还原U(VI)的特性及影响因素

探讨了在腐殖质模式物蒽醌?2?磺酸钠(AQS)存在条件下,奥奈达希瓦氏菌MR-1的还原U(VI)特性.结果表明,在厌氧环境下奥奈达希瓦氏菌以AQS为电子穿梭载体,利用电子供体高效还原U(VI).当菌体投加量为1.2×109 个时,其还原铀的效率达95.09%; AQS的浓度低于0.5mmol/L时有利于MR-1菌厌氧还原U(VI),AQS浓度的升高U(VI)的还原明显受到抑制.当U(VI)初始浓度为30.0mg/L时,分别以甲酸盐、乙酸盐和乳酸盐为电子供体,经过7d后其还原率分别达到95.37%、92.41%和95.65%.金属离子(Cu2+、Mn2+、Ca2+)、有毒有机物等对U(VI)还原产生影响.当Ca2+的浓度为2.0mmol/L时,对U(VI)的还原有微弱的促进作用,而当Cu2+和Mn2+浓度为2.0mmol/L时,则存在较强的抑制作用.奥奈达希瓦氏菌也能利用环境中甲苯、三氯乙酸、顺丁烯二酸等有毒物质高效还原U(VI),同时使有毒物质得到降解.扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)分析结果表明,奥奈达希瓦氏菌菌体中沉积了铀元素.     

铜离子对双室微生物燃料电池电能输出的影响研究

通过分别或同时向阳极室和阴极室添加Cu2+,借助铜在体系中的分布解析,研究了Cu2+对体系内阻及其分布、电能输出、库仑效率等的影响,以期为微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)处理含铜废水的相关研究提供有益参考.结果表明,阳极添加10 mg·L-1的Cu2+会增大体系阳极反应的活化内阻及总体表观内阻,降低体系的电能输出和库仑效率,而阴极添加500 mg·L-1的Cu2+可显著降低阴极反应的活化内阻及总体表观内阻,提高体系产电效率.铜在体系中分布的研究表明,阳极室Cu2+不会向阴极室迁移扩散;当阴极添加Cu2+时,大部分被还原沉淀,另一部分因浓度梯度透过质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)迁移扩散至阳极室(2.8%),影响产电微生物活性及系统的电能输出,仅有少部分Cu2+残留于阴极上清液中.     

产气肠杆菌燃料电池产电机制研究

基于铁还原菌的微生物燃料电池（MFCs）与基于产氢细菌的MFCs各有优劣,前者能量利用效率高,但底物利用范围有限;后者底物利用广泛,但其依靠悬浮细胞产电,电子回收率较低.本研究以1株具有铁还原活性的产氢菌Enterobacter aerogenes XM02为产电微生物,构建了3种不同阳极材料的空气阴极MFCs,通过输出电压和库仑效率的比较以及扫描电镜观察阳极形貌等方法对此菌的产电机制进行探讨.结果发现,采用比表面积大且具有氢催化活性的碳毡作为阳极材料时,可显著改善MFCs性能,库仑效率由载铂碳纸阳极MFC的1.68% 提高至42.49%,远高于已报道的其它产氢菌燃料电池.扫描电镜证实大量细菌细胞附着在阳极表面,形成阳极生物膜.采用非生长基质实验排除悬浮细胞的产电作用,证明附着在阳极的生物膜对产电起主导作用,认为生物膜原位产氢-氧化是此菌的主要产电机制.     

微生物还原石墨烯修饰碳毡电极的电化学特征

本文探讨了腐败希瓦氏菌（Shewanellaputrefaciens ATCC 8071）与生物呼吸驱动下自组装3D-br-GO修饰碳毡电极之间相互作用的电化学特性,并且进一步探究了施加+0.1V（vs.Ag/AgCl）电势于生物电极对其相互作用的影响.X射线衍射检测表明GO在微生物呼吸驱动下生成了还原态氧化石墨烯（br-GO）.扫描电镜图像显示GO修饰电极表面有大量的br-GO包裹细菌的复合结构,说明br-GO对微生物具有较好的生物相容性,且由微生物呼吸驱动得到的三维br-GO自组装地修饰到生物电极上增加了其比表面积和细菌负载量.通过生物膜生长过程中的产电监测、循环伏安法测试,结果表明GO的修饰有利于细菌附着于电极形成活性生物膜,促进了微生物与电极之间的电子转移.而施加+0.1V（vs.Ag/AgCl）电势于GO修饰的电极,结果显示电极上仅有少量的细菌负载,没有形成活性生物膜,微生物与电极之间的电子转移行为明显减少,表明施加+0.1V（vs.Ag/AgCl）电势可能对电极上微生物呼吸生长有抑制作用.     

Cu-Al2O3中骨架铜类芬顿催化去除水中有机污染物

为解决传统铁基芬顿催化剂在水体通常酸碱(pH6)条件下活性低的问题,采用简单共沉淀法制备了Cu掺杂的Al_2O_3类芬顿催化剂.通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见(UV-vis)吸收光谱分析表明,Cu-Al_2O_3中铜掺杂的质量分数低于4.77%时,催化剂中铜主要以Cu~(2+)和Cu~+的形式共存于Al_2O_3的骨架结构中,形成Al—O—Cu键;过量的铜掺杂会导致外骨架铜物种如铜氧化物团簇的存在.以难降解有机污染物2-氯苯酚(2-chlorophenol,2-CP)和染料罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标污染物,对Cu-Al_2O_3的类芬顿催化性能进行了详细地研究.结果表明,骨架铜物种在中性温和条件下对2-CP和Rh B显示出很高的催化去除效率和稳定性,反应2 h,Cu-Al_2O_3(Cu质量分数4.77%)对2-CP的去除率达到54%,相应的TOC去除率达到49%,而铜离子溶出浓度仅为0.025 5 mg·L-1,而Cu-Al_2O_3(Cu质量分数7.58%)由于外骨架铜的存在导致催化活性增加缓慢和稳定性下降.ESR测试结果表明,·OH和HO_2~-/O_2~-·是反应中主要的活性物种.     

土壤胡敏素对铜离子的吸附作用及其机理研究

以暗棕壤为供试土壤,研究了不同溶液pH值、离子强度、接触时间、反应温度和初始铜离子(Cu~(2+))浓度条件下,胡敏素对Cu~(2+)的吸附作用;利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能量色散谱(EDS)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS),对胡敏素/胡敏素-Cu~(2+)复合物的表面形貌、元素分布和官能团组成进行了分析;应用延展X-射线吸收精细结构谱(EXAFS),对吸附态Cu~(2+)的局域配位结构进行了表征.结果表明:胡敏素对Cu~(2+)的吸附量随pH值、接触时间、反应温度和Cu~(2+)浓度的增加而增加,但随离子强度的增加而下降;吸附动力学符合准二级动力学方程,而吸附等温线用Langmuir方程的拟合效果较好;吸附过程需要能量,是自发、吸热和自由度增加的缔合反应;吸附Cu~(2+)之后,胡敏素表面产生了团聚现象,表面羧基、羟基、吡啶氮和N—O基团参与了Cu~(2+)的吸附作用,同时吸附态Cu~(2+)是以内层配位形式与胡敏素表面的O/N和C原子结合.     

圩区河道底泥腐殖酸对重金属和抗生素的共吸附

为识别重金属、抗生素与腐殖酸之间的相互作用,提取圩区河道底泥中腐殖酸,以铜（Cu²⁺）与土霉素（OTC）及诺氟沙星（NOR）作为探针物,研究了腐殖酸在单一Cu²⁺体系、单一OTC体系、单一NOR体系以及Cu²⁺+OTC和Cu²⁺+NOR共存体系下的吸附行为,利用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射和BET等方法进行了物相表征,并就可能存在的作用机制进行了分析讨论.结果表明,腐殖酸属典型的无定型非结晶体,其表面荷负电,具有非均匀多孔结构,孔径分布在介孔尺度,以3.76~6.40 nm孔体积占比最大.单一体系下,腐殖酸对Cu²⁺、OTC和NOR的饱和吸附量分别为33.043、19.521和26.676 mg·g^-1;在质量浓度比为1：1的Cu²⁺+OTC和Cu²⁺+NOR共存体系下,Cu²⁺的饱和吸附量分别为38.053 mg·g^-1和39.187 mg·g^-1,OTC和NOR的饱和吸附量分别为25.965 mg·g^-1和32.728 mg·g^-1.单一和共存体系下的吸附特征具有相似性,吸附过程符合准二级动力学方程,吸附等温线遵循Sips模型,吸附热力学特征为自由能降低、熵变和熵变增加的自发型吸热反应,反应类型接近于化学性吸附和络合性吸附.共存体系中的Cu²⁺与OTC及NOR可生成络合物,这增加了腐殖酸可吸附的物种数量,而已吸附的Cu²⁺亦可通过吸附架桥等形式结合OTC和NOR,吸附量因此较单一体系下有所增加.腐殖酸所含羧基、酚羟基、酮基和醛基等含氧官能团普遍参与了吸附反应.     

Preparation and evaluation of aminopropyl-functionalized manganese-loaded SBA-15 for copper removal from aqueous solution

A novel material, aminopropyl-functionalized manganese-loaded SBA-15 (NH₂-Mn-SBA-15), was synthesized by bonding 3-aminopropyl trimethoxysilane (APTMS) onto manganese-loaded SBA-15 (Mn-SBA-15) and used as a Cu^2 + adsorbent in aqueous solution. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction spectra (XRD), N₂ adsorption/desorption isotherms, high resolution field emission scanning electron microscopy (FESEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to characterize the NH₂-Mn-SBA-15. The ordered mesoporous structure of SBA-15 was remained after modification. The manganese oxides were mainly loaded on the internal surface of the pore channels while the aminopropyl groups were mainly anchored on the external surface of SBA-15. The adsorption of Cu^2 + on NH₂-Mn-SBA-15 was fitted well by the Langmuir equation and the maximum adsorption capacity of NH₂-Mn-SBA-15 for Cu^2 + was over two times higher than that of Mn-SBA-15 under the same conditions. The Elovich equation gave a good fit for the adsorption process of Cu^2 + by NH₂-Mn-SBA-15 and Mn-SBA-15. Both the loaded manganese oxides and the anchored aminopropyl groups were found to contribute to the uptake of Cu^2 +. The NH₂-Mn-SBA-15 showed high selectivity for copper ions. Consecutive adsorption–desorption experiments showed that the NH₂-Mn-SBA-15 could be regenerated by acid treatment without altering its properties.     

Metal loaded zeolite adsorbents for hydrogen cyanide removal

Metal(Cu,Co,or Zn) loaded ZSM-5 and Y zeolite adsorbents were prepared for the adsorption of hydrogen cyanide(HCN) toxic gas.The results showed that the HCN breakthrough capacity was enhanced significantly when zeolites were loaded with Cu.The physical and chemical properties of the adsorbents that influence the HCN adsorption capacity were analyzed.The maximal HCN breakthrough capacities were about the same for both zeolites at 2.2 mol of HCN/mol of Cu.The Cu2p XPS spectra showed that the possible species present were Cu2O and CuO.The N1s XPS data and FT-IR spectra indicated that CNwould be formed in the presence of Cu+/Cu2+ and oxygen gas,and the reaction product could be adsorbed onto Cu/ZSM-5 zeolite more easily than HCN.     

Preparation and evaluation of aminopropyl-functionalized manganese-loaded SBA-15 for copper removal from aqueous solution

A novel material, aminopropyl-functionalized manganese-loaded SBA-15 (NH₂-Mn-SBA- 15), was synthesized by bonding 3-aminopropyl trimethoxysilane (APTMS) onto manganeseloaded SBA-15 (Mn-SBA-15) and used as a Cu²⁺ adsorbent in aqueous solution. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction spectra (XRD), N₂ adsorption/ desorption isotherms, high resolution field emission scanning electron microscopy (FESEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to characterize the NH₂-Mn-SBA-15. The orderedmesoporous structure of SBA-15 was remained aftermodification. The manganese oxides were mainly loaded on the internal surface of the pore channels while the aminopropyl groups were mainly anchored on the external surface of SBA-15. The adsorption of Cu²⁺ on NH₂-Mn-SBA-15 was fitted well by the Langmuir equation and the maximum adsorption capacity of NH₂-Mn-SBA-15 for Cu²⁺ was over two times higher than that of Mn-SBA-15 under the same conditions. The Elovich equation gave a good fit for the adsorption process of Cu²⁺ by NH₂-Mn-SBA-15 and Mn-SBA-15. Both the loaded manganese oxides and the anchored aminopropyl groups were found to contribute to the uptake of Cu²⁺. The NH₂-Mn-SBA-15 showed high selectivity for copper ions. Consecutive adsorption-desorption experiments showed that the NH₂-Mn-SBA-15 could be regenerated by acid treatment without altering its properties.     

过硫酸钾氧化去除Cu (CN)32-中的氰污染物

近年来,氰化物污染问题日益严重,冶金工业、电镀工业中含有大量氰化物.采用常规的物化法难以对Cu(CN)_3~(2-)中的CN~-达到很好的去除效果,因此探索高效、环保的氰化物处理方法迫在眉睫.过硫酸钾作为一种绿色清洁氧化剂,目前被广泛应用于有机污染物废水的处理.采用均相过硫酸钾对Cu(CN)_3~(2-)中CN~-进行降解,并分析其降解机制,详细研究过硫酸钾投加量、铜氰络合比对CN~-去除率的影响.CN~-的去除率随着过硫酸钾量的增加而升高,当过硫酸钾量为2 mmol·L~(-1),反应时间为60 min时,CN~-的去除率可达89.6%;铜氰络合比的增加促进CN~-的降解.Cu~+被氧化为Cu~(2+)并且以氧化铜的形式存在于沉淀中.采用电子自旋共振波谱仪和自由基猝灭实验对反应过程中可能的自由基进行研究,结果表明在过硫酸钾氧化去除CN~-的过程中,既存在硫酸根自由基氧化途径,又存在非自由基氧化途径.     

红纺锤水蚤(Acartia erythraea)对Cu2+和Ag+的吸收

通过对桡足类动物红纺锤水蚤(Acartia erythraea)分别在Cu2 、Ag 、Cu2 Ag 混合溶液中的暴露实验,测定了其对Cu2 、Ag 的吸收速率常数、排出速率常数,并对Cu2 和Ag 在动物体内的分布状况进行了分析.结果表明,在单金属暴露的条件下,红纺锤水蚤对Cu2 、Ag 的吸收速度分别为1.09×104L·g-1·d-1、3.31×104L·g-1·d-1,排出速率常数分别为0.096 d-1、0.1056 d-1.而在Cu2 Ag 的混合暴露体系中,红纺锤水蚤对Cu2 、Ag 的吸收速率分别下降到9.17×103 L·g-1·d-1、2.87×104L·g-1-d-1,Cu2 和Ag 的排出速度常数则分别降到0.084 d-1和0.1008 d-1.动态模型的模拟结果表明,Cu2 和Ag 存在一定程度的拮抗作用.与暴露在单金属溶液中的红纺锤水蚤相比较,在暴露于Cu2 、Ag 混合体系中动物体内的非极性部分所占的比重明显增加,说明其在食物链中对于上一营养级的生物有效性将明显增加.     

K2S2O8强化g-C3N4薄膜电极光电催化降解Cu(CN)32-并同步回收Cu

采用高温液相生长法制得g-C_3N_4薄膜电极并作为光阳极,以石墨毡作为阴极,建立了光电催化系统.通过对比光电催化体系、K_2S_2O_8体系以及外加K_2S_2O_8到光电催化体系,发现在光电催化系统下外加K_2S_2O_8可以有效地提高光电催化降解Cu(CN)_3~(2-)的效率,并实现了Cu在阴极上的有效回收.探究了K_2S_2O_8投加量对CN-降解率和Cu回收率的影响,发现当K_2S_2O_8浓度为1 mmol·L~(-1),偏压为1.0 V时,CN-的去除率和Cu回收率分别达到86.23%和82.11%.通过SEM、EDS和XPS分析阴阳极表面形貌,发现部分Cu+被氧化以CuO的形式存在于沉淀和阳极表面,大部分铜离子通过电化学还原作用以单质铜的形式沉积于阴极表面,铜离子有效地从体系中去除.电子顺磁共振及淬灭实验分析表明,CN-的氧化去除是硫酸根自由基(SO·-4)氧化和非自由基氧化共同作用.     

铜对缘管浒苔（Enteromorpha linza）的毒性效应

研究了铜对缘管浒苔（Ｅｎｔｅｒｏｍｏｒｐｈａｌｉｎｚａ）的毒性效应，试验了不同的配合剂对铜的毒性效应及累积量的影响。结果发现，铜对缘管浒苔的毒性效应阈值为０．１０ｍｇ／Ｌ；０．５０ｍｇ／ＬＣｕ￣（２＋）可使缘管浒苔迅速死亡，培养９６ｈ后光合作用强度下降为零。ＥＤＴＡ可抑制铜在藻体中的累积，缓解毒性；８－羟基喹啉则促进铜在藻体中的累积，加刷了毒性。和铜污染的培养介质短期接触（＜１ｍ后，加入足量ＥＤＴＡ，藻体生长和对照组相当，较长时间接触（＞４ｈ）后，ＥＤ－ＴＡ不能使藻恢复生长。结合ＥＤＴＡ“洗脱”实验提出，Ｃｕ￣（２＋）可能首先经离子交换机制结合于藻体表面，之后，才逐步向细胞内转移。     

Simultaneous removal of Cu(II) and Cr(VI) by Mg–Al–Cl layered double hydroxide and mechanism insight

Mg–Al–Cl layered double hydroxide (Cl-LDH) was prepared to simultaneously remove Cu(II) and Cr(VI) from aqueous solution. The coexisting Cu(II) (20 mg/L) and Cr(VI) (40 mg/L) were completely removed within 30 min by Cl-LDH in a dosage of 2.0 g/L; the removal rate of Cu(II) was accelerated in the presence of Cr(VI). Moreover, compared with the adsorption of single Cu(II) or Cr(VI), the adsorption capacities of Cl-LDH for Cu(II) and Cr(VI) can be improved by 81.05% and 49.56%, respectively, in the case of coexisting Cu(II) (200 mg/L) and Cr(VI) (400 mg/L). The affecting factors (such as solution initial pH, adsorbent dosage, and contact time) have been systematically investigated. Besides, the changes of pH values and the concentrations of Mg²⁺ and Al³⁺ in relevant solutions were monitored. To get the underlying mechanism, the Cl-LDH samples before and after adsorption were thoroughly characterized by X-ray powder diffraction, transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. On the basis of these analyses, a possible mechanism was proposed. The coadsorption process involves anion exchange of Cr(VI) with Cl⁻ in Cl-LDH interlayer, isomorphic substitution of Mg²⁺ with Cu²⁺, formation of Cu₂Cl(OH)₃ precipitation, and the adsorption of Cr(VI) by Cu₂Cl(OH)₃. This work provides a new insight into simultaneous removal of heavy metal cations and anions from wastewater by Cl-LDH.