锰氧化菌Arthrobacter sp.HW-16的锰氧化特性和氧化机制

锰作为一种常见的无机污染物,难以从环境中除去.本研究采用选择性培养基从锰矿土壤中分离到1株高效锰氧化细菌Arthrobacter sp.HW-16.此外,高通量测序发现,不同驯化条件下微生物群落结构有明显差异,且Arthrobacter在含Mn(Ⅱ)培养基里为优势菌属.本文对Arthrobacter sp.HW-16的微生物特性和锰氧化机制进行了初步的研究.结果表明,菌株HW-16的Mn(Ⅱ)耐受质量浓度高达5 000 mg·L~(-1),菌株HW-16在3 000 mg·L~(-1)Mn(Ⅱ)培养基里取得最大Mn(Ⅱ)氧化率为66.28%.单因素变量实验表明环境因子影响菌株HW-16的生长和Mn(Ⅱ)氧化率.菌株HW-16在30℃,pH 7.0,1%或3%盐度,200 r·min-1下生长得最好.高温(≥40℃),高pH(≥7),高转速和低盐度条件下Mn(Ⅱ)氧化率高.菌株HW-16通过合成锰氧化活性因子促使Mn(Ⅱ)氧化和产生碱性代谢产物促使Mn(Ⅱ)转化为沉淀.     

锰氧化菌Aminobacter sp.H1的分离鉴定及其锰氧化机制研究

从某水厂的生物除锰滤池中分离出1株新的高效锰氧化菌,命名为H1.通过生理生化及16S rDNA序列对比分析鉴定为氨基杆菌(Aminobacter sp.),国内外未曾有对该菌株具有锰氧化能力的相关报道.本文对Aminobacter sp.H1的微生物特性、锰氧化机制及生成的生物氧化锰的性质进行了研究.结果表明,Aminobacter sp.H1的锰耐受浓度高达50 mmol·L-1,可完全去除浓度低于10 mmol·L-1的Mn(Ⅱ).菌株H1对Mn(Ⅱ)的氧化主要是通过产生锰氧化活性因子和碱性代谢产物提高pH两个因素共同作用的结果,活性因子细胞内合成后分泌到细胞外起作用.氧化过程中发现有Mn(Ⅲ)中间体出现,XRD、XPS、SEM-EDX等分析菌株H1介导生成的生物氧化锰发现,生物氧化锰与菌体结合紧密,弱结晶、无固定形态,成分主要为MnCO3、MnOOH、Mn3O4和MnO2等.     

自然水体中铁-锰氧化细菌的研究

通过在河流中悬吊自行设计的载玻片架,获取了具有由铁-锰氧化细菌产生的特异的铁锰氧化物结构的生物膜,设计了4种培养基,采用2种不同的细菌分离方法,对生物膜上的铁细菌进行分离,应用荧光X射线分析仪(XRF)分析了分离菌株产物的化学元素组成,并对分离菌株的铁锰氧化形态进行了观察.研究发现,铁细菌2号培养基为合适的分离培养基;采用平板涂布法分离出的2株氧化铁和锰的细菌,经系统发育地位的分析确定为纤发菌属;对运动纤发菌的产物分析确定无定形铁和锰为其主要金属元素;形态观察确定霍氏纤发菌呈树枝状鞘结构,而运动纤发菌呈蛛网状鞘结构.采用原位培养法分离出1株具有独特铁锰氧化物结构的细菌,经基因序列比对,确定为丛毛菌属.该实验获得的3株铁-锰氧化细菌的序列为设计针对于自然水体中的铁-锰氧化细菌FISH探针及PCR引物提供了关键数据.     

4株耐酸锰氧化菌的分离鉴定及性能测定

耐酸锰氧化菌可应用于酸性含锰废水治理,是探讨酸性锰氧化机制的良好研究材料。该研究从酸性矿山废水中筛选获得了4株耐酸除锰细菌,比对16S rRNA序列发现,4株菌株Y1、Y2、Y3、Y4分别为Rhizobium pusense、Serratia marcescens subsp、Bacillus weihenstephanensis和Bacillus mycoides。这4株细菌在pH=5.0、4 000 mg/L MnSO4浓度的PYCM培养基上均生长良好,其中Y4菌株的锰氧化能力最强,培养8 d后,其生物锰氧化量为0.305 mmol/L。扫描电镜能谱分析、X射线衍射分析结果显示菌株Y1、Y3和Y4表面的锰氧化产物可能为Mn2O3,菌株Y2的锰氧化物产物可能为MnCO3。该研究发现了能在酸性条件下除锰的新型锰氧化细菌,为微生物治理AMD提供了新的理论依据。     

聚乙烯醇固定锰氧化细菌的试验研究

在传统聚乙烯醇-硼酸固定法的基础上,利用不同交联剂与聚乙烯醇二次交联进行聚乙烯醇固定锰氧化细菌的试验研究,以克服传统交联法水溶膨胀性的缺点。结果表明:磷酸氢二钠作为交联剂时,固定细菌的活性较高,但是其固定细菌的机械强度较差,限制了磷酸氢二钠的应用;硫酸钠、硝酸钠、氯化钙作为交联剂时,可以改善聚乙烯醇的水溶膨胀性,固定细菌的机械强度较高,但传质效果差,导致固定细菌的活性较低,对此可通过向聚乙烯醇载体中加入活性炭,以改善其传质性,提高固定细菌的活性;而戊二醛因其具有毒性,且固定细菌的机械强度差,不宜作为交联剂。     

酸性矿山废水中锰氧化菌的分离鉴定及其对Mn2+的去除作用

含锰（Mn）重金属废水的处理是行业痛点与难点,近年来高效的生物脱锰技术得到广泛关注,但具有较高锰氧化效率菌株的报道仍然有限.本研究从酸性矿山废水中分离纯化出一株锰氧化细菌,并深入探究其微生物特性以及对Mn²⁺的去除作用.通过生理生化及16S rRNA序列分析鉴定该菌株为短芽孢杆菌,并命名为Brevibacillus brevis MM2.进一步通过单因素实验探究了环境因子和初始锰浓度对菌株MM2的生长和锰去除率的影响.结果表明,菌株MM2对Mn²⁺的最高耐受浓度可达1000 mg·L^-1,且在弱酸条件下（pH 6、pH 5）仍然显现出良好的生长趋势,具有较高的锰去除率（91.93%,pH=6）.此外,菌株MM2在 30~35 ℃,pH 7,转速180 r·min^-1条件下生长趋势最好,当初始Mn²⁺浓度为100 mg·L^-1时,Mn²⁺的最高去除率为92.76%.最后,通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）对代谢固相产物分析表明,菌株MM2介导生成的生物氧化锰附着在菌株表面并以层状和颗粒状两种形态呈现,锰平均氧化度为3.55,其成分主要为无定形的Mn₂O₃和MnO₂.综上所述,本研究分离纯化的菌株MM2不仅能在弱酸性条件下生长且对锰具有较高的耐受和去除能力,在含锰废水的处理中具有较好应用前景.     

土壤中耐受Mn(Ⅱ)真菌菌株的分离及氧化Mn(Ⅱ)特性研究

采用分离纯化的方法从锰矿企业含锰土壤中筛选分离能够耐受并氧化二价锰离子(Mn(Ⅱ))的真菌,并研究分离菌株的生长特性及对Mn(Ⅱ)的氧化能力。共分离得到4株具有耐受Mn(Ⅱ)的真菌菌株,分别为XS2-1,XS2-2,XS3-2-4,XS3-2-5。其中XS2-2,XS3-2-4,XS3-2-5能够将Mn(Ⅱ)氧化生成锰氧化物(Mn(Ⅲ,Ⅳ))。根据ITS(Internal Transcribed Spacer)rRNA基因测序结果,这4株真菌菌株分别属于Cladosporium、Plectosphaerella、Epicuccum和Phaeosphaeriopsis属。考察了pH值以及Mn(Ⅱ)浓度对菌株生长和氧化Mn(Ⅱ)能力的影响。发现这4株真菌菌株的生长受pH值影响较小,但受Mn(Ⅱ)浓度影响较大;菌株的Mn(Ⅱ)氧化能力受pH值和Mn(Ⅱ)浓度的影响均较为显著。菌株XS3-2-5的Mn(Ⅱ)氧化能力最为突出,随着Mn(Ⅱ)浓度的增加(最高至15 000μmol/L),其Mn(Ⅱ)氧化能力不断升高,并未出现不耐受的情况。能够氧化Mn(Ⅱ)的真菌菌种的发现对于治理受锰污染的水及土壤具有潜在的实际意义。     

锰氧化菌Pseudomonas sp. QJX-1对氧四环素的去除作用与机制

氧四环素（Oxytetracycline,OTC）的大量使用可能导致环境中抗性基因的生成和传播.锰氧化菌及其催化产生的生物锰氧化物（Biogenic manganese oxides,BMO）在自然界中广泛存在,但对其去除OTC的过程与机制仍不明确.因此,本研究探讨了锰氧化菌Pseudomonas sp. QJX-1对微量（5 μg·L^-1）OTC的去除作用与机制.结果表明,微量的OTC可以促进QJX-1的生长及其对Mn²⁺的氧化.QJX-1及其催化生成的BMO对OTC的去除效果较好,在第168 h时对OTC的去除率达到99%.转录组结果表明,OTC会导致细菌的pstA、pstB、pstC、urtA和urtD等ABC转运蛋白编码基因表达上调,说明OTC可能是通过ABC转运蛋白泵出QJX-1体内进而让BMO更有效地接触OTC,从而达到OTC被吸附、氧化去除的目的.RT-qPCR结果表明,微量的OTC促进了细菌多铜氧化酶基因cumA的表达,提高了BMO的生成速率,增强了对OTC的去除效果.     

纯种氨氧化细菌Comamonas aquatic LNL3的固定化及短程硝化性能研究

采用辐射技术,以共聚物Poly(HEA)-Poly(HEMA)为载体将纯种AOB-Comamonas aquaticLNL3固定化,研究了固定化纯种AOB在不同温度、pH、DO、FA条件下的短程硝化性能.结果表明,纯种AOB-Comamonas aquaticLNL3具有短程硝化性能,固定化纯种AOB-Comamonas aquaticLNL3的短程硝化反应的最佳温度、pH、DO、FA分别为30℃、8.5、4.03 mg/L和9 mg/L,相应的氨氮去除率和亚硝化率分别为93.52%、94.73%;79.74%、94.67%;91.17%、94.66%和90%、94.4%,FA对短程硝化亚硝化率影响不大.     

H-ZSM-5分子筛吸附-氧化NOx的研究

针对湿法脱硫后船舶尾气特点,考察了3种不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛对船舶脱硫后尾气中NO_x的吸附-氧化过程及其影响因素,并采用TPD研究了干气下不同硅铝比的分子筛吸附饱和后的脱附情况.结果表明:干气条件下,硅铝比低的分子筛具有较好的吸附效果;硅铝比高的分子筛具有较好的抗水性,但从干气到饱和湿度下,硅铝比为300的分子筛的NO氧化率从36%降至18%;干气下,低温有利于分子筛的吸附-氧化;分子筛用量增加能够增加其对NO_x的吸附效果和氧化效果.TPD结果表明:NO和NO2共吸附在分子筛上,3种分子筛中脱附出的NO_x中NO2均占脱附总量的80%以上,但在600℃时,NO_x在分子筛上脱附仍不完全.     

一株穗花狐尾藻内生菌的分离鉴定及其溶磷特征研究

通过组织表面消毒、切面培养和共生培养的方法从健康的穗花狐尾藻植株体内分离获得了一株具有较强溶磷能力的内生菌,系统发育分析和VITEK 2系统鉴定结果表明,内生菌与沙雷氏菌的亲缘关系最近,因此,命名为Serratia sp.SP5.纯培养实验表明,菌株SP5通过产生酸性物质溶磷,在培养96 h后溶磷能力达到最大,溶解性磷酸根的浓度高达269.60 mg·L-1,培养液的p H值下降至4.32.氮源通过降低菌株SP5的产酸能力而间接影响了其对磷的释放能力,菌株SP5溶磷的氮源优先利用顺序为铵根离子硝酸根离子尿素.适宜菌株SP5生长的p H值范围为5~9,酸性条件下菌株的溶磷能力大于碱性条件,而在p H值为7时与对照相比菌株对磷的相对释放量最大.p H值达到9时,菌株无明显溶磷能力.共存高浓度的金属离子时菌株SP5的溶磷效果明显降低,影响程度的大小顺序为MnFeMg.菌株SP5溶磷的最佳碳氮比为35∶1,在相同碳氮比下,不同的碳氮量会明显影响溶磷效果.底泥模拟培养条件下,菌株SP5可通过释放底泥中的闭蓄态磷(O-P)和钙磷(Ca-P)而明显提高水相中的磷酸根离子浓度,与对照相比,底泥中这两种磷形态分别下降了15.21%和34.87%,而水相中溶解性磷酸根离子是对照的1.5~2.0倍.研究结果为研究富营养化水体中磷的生物地球化学过程提供了新的科学数据.     

耐砷芽孢杆菌对As3+的吸附性能与机制研究

为了给砷污染水体的微生物修复提供理想材料和必要的理论依据,从湖南某矿区筛选分离得到一株高耐砷菌株,利用16S rDNA基因测序分析对其进行鉴定.同时,采用单因素试验研究了耐性菌吸附As³⁺的影响因素及规律,通过研究等温吸附属性、吸附动力学和热力学属性,分析亚细胞赋存特性,并结合扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）等技术手段,初步探讨了吸附发生的可能机理.结果表明,通过形态学、生理生化及分子鉴定,初步鉴定为芽孢杆菌属（Bacillus sp.）,命名为Bacillus sp. strain AsT4.该菌株固体平板培养对砷的耐受阈值为40 mmol·L^-1;菌株最适生长条件为温度35℃、pH=7.0、NaCl浓度5 g·L^-1、转速180 r·min^-1;芽孢杆菌湿菌体吸附As³⁺的优化条件为：温度35℃,溶液pH=6.0,培养时间36 h,As³⁺初始浓度10 mg·L^-1,菌量1.5 mL,此条件下的去除率为69.3%.干菌体吸附As³⁺的优化条件为：温度35℃,pH=7.0,吸附时间90 min,As³⁺初始浓度10 mg·L^-1,投加量0.5 g·L^-1,此条件下的吸附率为72.8%.无论是湿菌体还是干菌体,Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学方程能更好地描述耐砷芽孢杆菌AsT4对As³⁺的吸附过程,并且是自发、墒增的吸热过程.耐性菌对As³⁺的生物吸附和累积以胞内累积和细胞壁富集为主,菌粉表面的羧基、羟基、胺基等活性基团可能在吸附过程中起主要作用.     

重庆市北碚大气中PM2.5、NOx、SO2和O3浓度变化特征研究

重庆是我国西南工业重镇,但长期受大气污染困扰.利用全自动在线环境监测仪器,于2012年1月—2014年2月,对重庆市北碚区大气中的典型污染物PM2.5、NO_x、SO_2和O_3进行了观测研究.结果表明:重庆北碚大气首要污染物为PM2.5,2012和2013年平均浓度分别为(67.5±31.9)和(66.6±37.5)μg·m~(-3),是国家环境空气质量一级标准35μg·m~(-3)的1.9倍,两年超过国家二级标准的天数分别为119和126 d,年超标率均大于1/3;两年NO_x,SO_2及O_3的年平均浓度分别为(57.1±24.6)和(55.1±36.6),(43.1±24.0)和(35.0±21.9)及(31.1±24.9)和(48.5±37.4)μg·m~(-3).大气污染物浓度具有明显的季节变化特征,PM2.5和NO_x冬季污染最为严重,两年冬季平均值分别比两年年平均值高33.6%、59.6%和43.2%、8.5%;O_3表现为夏高冬低;SO_2春季最高且污染最轻.大气污染物日变化显示PM2.5和NO_x浓度呈双峰日变化形式,有早晚两个峰值,与城市交通高峰相对应.SO_2和O_3浓度呈单峰日变化,前者峰值出现在午前10∶00—12∶00大气对流层被打破之后,而后者峰值出现在午后16∶00局地光化学最强之时.消减各种污染源的颗粒物直接排放,消减气态污染物SO_2和NO_x的工业排放,消减机动车NO_x和VOCs等的排放,才有可能使重庆北碚的大气污染状况得到改善.     

水相中CCl4和CHCl3的紫外光解机理

利用瞬态吸收光谱技术研究水体污染物CCl₄和CHCl₃在紫外光照条件下的转化和归宿,表明在248nm激光作用下,CCl₄解离为CCl₃和Cl自由基;CHCl₃在此条件下不解离,但加入少量的苯后即发生明显解离,产生CHCl₂和Cl自由基.在有氧条件下,光解产生的CCl₃和CHCl₂自由基均与O₂反应分别生成CCl₃O₂和CHCl₂O₂;在无氧条件下,CCl₃和CHCl₂则发生偶合反应分别生成C₂Cl₆和C₂H₂Cl₄.本研究还得出了一些微观速率常数.     

环境水对FeMnO3和NiMnO3室温催化氧化甲醛的影响

环境水会影响催化剂的性能,设计合成耐湿的锰复合氧化物催化剂用于甲醛氧化具有重要实用意义 . 采用共沉淀法合成了 FeMnO₃和NiMnO₃催化剂,研究了不同湿度条件（RH=0、40%、65% 和 90%）对 FeMnO₃和 NiMnO₃催化剂室温催化氧化甲醛活性及稳定性的影响 . 结果表明,在相对湿度为 40% 和 65% 时,水的加入在催化剂表面形成缔结吸附水,提高了甲醛室温催化氧化的转化率 . 在反应10h后,FeMnO₃和NiMnO₃催化剂上甲醛的转化率都大于 15%. 在相对湿度为 40% 时,水的加入有利于增加催化剂表面高价态 Fe 和 Ni 金属及表面氧物种含量,并且有利于生成易于分解成 CO₂和 H₂O 的碳酸盐中间物种 . 该研究可为制备甲醛催化氧化的耐湿催化剂提供参考及加深人们对环境水影响下甲醛催化氧化机理的理解 .     

V2O5/TiO2催化剂中毒机理的试验研究

选择性催化还原(SCR)催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心,是整个SCR系统脱硝效率和经济性的决定因素.本文工作的主要研究思路是以钒钛SCR催化剂为研究对象,研究了H2O和SO2,以及相同含量下K、Na、Ca、Pb的氧化物对钒钛催化剂NO转化率的影响.H2O的存在会抑制V2O5/TiO2催化剂脱硝活性,而SO2在一定程度上促进(V2O5/TiO2)催化剂的SCR脱硝反应,提高NO转化率;碱金属K对钒钛催化剂的钝化作用都是最强,K2O和Na2O的掺入会抑制钒钛催化剂上V2O5的还原能力,而CaO和PbO的掺入对钒钛催化剂上V2O5的还原能力影响较小.     

天津冬季一次污染过程中NOx和O3的立体分布特征

由于大气是一个复杂介质,低层大气中湍流的存在使物质和能量的交换很剧烈,污染物的扩散传输现象明显.对不同高度不同区域的低层大气做立体观测,获取气态污染物浓度分布最直接的资料很有必要.综合利用地面观测站点、系留气球和飞机平台,于2016年11月25—26日在天津武清高村一次污染天气条件下对NO_x和O₃进行立体观测,得到了污染物的地面、垂直和低空区域分布特征,并结合气象因子进行分析研究.观测结果表明,地面$\varphi $（NO_x）水平较高,日均值为230×10-9,超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准的限值,反映了高村冬季较高的污染水平,主要受当地交通源排放的影响.$\varphi $（NO_x）随高度的上升呈下降趋势,受风速的影响明显,主要积聚在逆温层以下.低空$\varphi $（NO_x）市区高于郊区,而处于更远郊区的高村$\varphi $（NO_x）与市区相当,也反映了高村本地较高的NO_x污染.高村地面$\varphi $（O₃）低,日最大8 h平均值为8×10-9,反映了冬季低温辐射弱、光化学反应强度低的特点.随高度增加$\varphi $（O₃）呈上升趋势,垂直分布特征主要与温度层结有关.低空$\varphi $（O₃）呈郊区高于市区,高村（远郊区）高于近郊区的特征.研究显示,$\varphi $（NO_x）的升高导致$\varphi $（O₃）下降,这可能与高村冬季的$\varphi $（VOCs）/$\varphi $（NO_x）偏低有关,需要结合VOCs观测数据做进一步分析.      

Effect of TiO2 calcination temperature on the photocatalytic oxidation of gaseous NH3

Carbon-modified titanium dioxide(TiO2) was prepared by a sol-gel method using tetrabutyl titanate as precursor, with calcination at various temperatures, and tested for the photocatalytic oxidation(PCO) of gaseous NH3 under visible and UV light. The test results showed that no samples had visible light activity, while the TiO2 calcined at 400℃ had the best UV light activity among the series of catalysts, and was even much better than the commercial catalyst P25. The catalysts were then characterized by X-ray diffractometry, Brunauer-Emmett-Teller adsorption analysis, Raman spectroscopy, thermogravimetry/differential scanning calorimetry coupled with mass spectrometry, ultraviolet-visible diffuse reflectance spectra, photoluminescence spectroscopy and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy. It was shown that the carbon species residuals on the catalyst surfaces induced the visible light adsorption of the samples calcined in the low temperature range( 300℃). However, the surface acid sites played a determining role in the PCO of NH3 under visible and UV light over the series of catalysts. Although the samples calcined at low temperatures had very high SSA, good crystallinity, strong visible light absorption and also low PL emission intensity, they showed very low PCO activity due to their very low number of acid sites for NH3 adsorption and activation. The TiO2 sample calcined at 400℃ contained the highest number of acid sites among the series of catalysts, therefore showing the highest performance for the PCO of NH3 under UV light.     

NOx和/或NH3气氛下SO2在高岭土表面非均相转化的实验研究

利用自制气溶胶反应器研究了NO_x和/或NH_3气氛下SO_2在高岭土表面的非均相转化过程,应用扫描电镜(SEM)对高岭土颗粒物形貌进行了表征.结果表明:高岭土颗粒表面的SO_2非均相转化致使其成分和形貌产生了较大变化.相同实验条件下,SO_2转化的协同作用程度由高到低依次为NH_3、NO_x/NH_3和NO_x气氛,相对湿度40%、有光照条件下,SO_2转化量增幅最高可分别达125%、75%和50%.所有气氛下,协同作用在无光照时在高相对湿度(40%~70%)区间更为突出,有光照时其显著性则体现在低相对湿度(20%~40%)区间.SO_2、NO_x、NH_3三者共存时,在高岭土颗粒表面发生的非均相反应过程既有协同作用又存在竞争反应.     

聚合物辅助成型法制备纳米Co3O4/CeO2催化剂及其对CO低温氧化性能研究

采用聚合物辅助成型法,以乙二胺四乙酸(EDTA)和聚乙烯亚胺(PEI)为配位体制备了Co_3O_4/CeO_2催化剂,对其进行了氮气吸附、XRD、XPS、SEM、TEM、H2-TPR和CO-TPR等表征,并考察了材料的CO低温催化性能.结果表明,采用聚合物辅助成型法能够合成出具有三维空间网络结构的纳米Co_3O_4/CeO_2催化剂,Ce的加入有利于获得具有更小尺寸的Co_3O_4颗粒,并提高Co3+的相对含量,从而有利于CO低温催化性能的提高;Ce/Co的摩尔比为1时,样品具有最佳的CO催化性能,在催化温度为30℃时,可使初始浓度为100 ppm的CO完全转化;同时,纯氧气加热吹扫有利于催化剂的稳定再生.本研究可为CO低温催化剂的制备提供重要参考.