电活性生物膜介导Cu2+生物还原的试验研究

电活性生物膜形成、胞外电子传递机制以及环境效应研究已成为环境领域关注的热点.通过在碳毡上富集形成生物膜,采用电化学方法对生物膜的电活性进行了表征,对电活性生物膜直接介导Cu2+的还原转化进行了初探.利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)对Cu元素的形貌、含量以及价态进行分析,结果表明电活性生物膜能够利用乙酸作为电子供体,Cu2+作为电子受体,将Cu2+还原转化成Cu或Cu+.同时,通过激光共聚焦显微镜(LSCM)观察Cu2+对微生物的影响,结果显示Cu2+对微生物有明显的毒害作用,所以电活性生物膜介导Cu2+的转化只能在较低的铜离子浓度下进行.本研究结果将为电活性生物膜应用于环境中铜离子的固定和回收提供理论依据.     

石墨烯/血红素仿生涂层促进电活性微生物产电的效应和机理研究

阳极输出效率是决定生物电化学系统(BESs)能否实现工程化应用的基础和关键.但微生物/阳极界面的低效电子传递阻碍了 BESs整体输出效率的进一步提升.本研究通过模拟细胞色素c构建了一种石墨烯/血红素(GN/Hemin)复合仿生材料修饰的高性能BESs阳极.通过监测电活性菌ShewanellaloihicaPV-4的电能...     

Tween-80对生物淋滤法去除垃圾焚烧飞灰中重金属的影响

通过接种氧化硫硫杆菌和序批式培养试验,研究了不同浓度表面活性剂Tween-80对飞灰生物淋滤过程中重金属溶出的影响.Tween-80的作用表现为:低质量浓度促进,高质量浓度抑制,最佳质量浓度约为1.5g/L.ρ(Tween-80)为1.5 g/L时可显著提高元素硫的生物氧化速率,加速飞灰浆液的酸化,从而提高飞灰中重金属的溶出(去除)率.但是当ρ(Tween-80)超过3.0 g/L时,将对硫杆菌的生长与增殖产生抑制甚至毒害效应,使生物淋滤反应不能顺利进行.结果表明:在常规的飞灰生物淋滤处理中添加1.5g/L的Tween-80,经过15 d的淋滤,Cd,Zn,Cu与Pb的去除率最高分别达到87.1%,81.8%,72.3%与31.9%;而不加Tween-80的对照组,4种重金属的去除率分别为84.0%,74.4%,67.5%与27.1%.      

地杆菌中基因Gmet＿1513对其产电及生物膜形成的影响

Geobacter metallireducens GS-15中存在Gmet＿1513基因可编码具有自动诱导结合域的LuxR家族转录调控因子，使GS-15借助N-酰基高丝氨酸内酯促进产电及生物膜形成成为可能.而目前有关地杆菌群感效应的相关研究大多基于投加化学信号分子或信号分子淬灭剂的手段，缺乏靶向性与精确性.本研究构建了Geobacter metallireducens GS-15的Gmet＿1513基因缺失突变株（Δgmet＿1513），研究Gmet＿1513在GS-15菌株发挥电活性过程中的功能.实验结果表明，Δgmet＿1513与野生型菌株相比产生群感效应信号分子的能力减弱，Δgmet＿1513外膜蛋白种类减少，生物电化学系统的启动时间延长且电流输出减弱.与此同时，激光共聚焦图像对比结果表明Δgmet＿1513无法形成成熟致密电活性生物膜，EPS成分显示Δgmet＿1513的蛋白质含量低，多糖、脂质含量高，使其电子产量低且转移困难，无法进行AHLs的识别及结合导致电子传递相关蛋白无法表达，电子传递多重受阻.本研究为今后以Gmet＿1513基因为靶标，利用群感效应相关蛋白表达调控地...     

水溶性有机物的电子穿梭功能研究

以源于污泥的DOM(dissolved organic matter)为供试材料,以中国希瓦氏菌(Shewanella cinica)D14T为电子转移驱动力,研究了DOM的氧化还原性能与电子穿梭功能.结果表明,污泥DOM可作为末端电子受体接受醌还原菌D14T呼吸链上的电子,从而转变为还原态DOM,而还原态DOM可将电子再次转移给Fe(Ⅲ).经D14T还原后,DOM电子供给量(e-/C)由初始2.2~14μmol.g-1增加到253~347μmol.g-1.循环伏安法与多次还原-氧化循环实验表明,DOM呈现2对明显的氧化还原峰,经3次还原-氧化循环后电子供给量可稳定维持在150~250μmol.g-1之间,说明DOM具有重复利用、反复转移电子的特性.在菌株D14T还原水铁矿的体系中,加入DOM可提高水铁矿的还原溶解速率,其原因是DOM在D14T与水铁矿之间充当了电子穿梭体的角色.这些结果反映了DOM在电子转移反应中的重要性,为DOM的环境属性提出了一个新见解.     

低成本单室微生物燃料电池型BOD传感器的研制

生化需氧量(biochemical oxygen demand,BOD)是表征有机物污染程度的综合性指标,传统的检测方法为5 d 20℃培养法,费时费力,不宜现场实时监测.以MnO2代替金属铂作阴极催化剂、以阳离子交换膜代替昂贵的质子交换膜,构建单室微生物燃料电池(microbial fuel cell)型BOD传感器,考察外接电阻、阳极液pH值、检测时间和清洗时间对检测效果的影响,并用该传感器检测实际水样BOD值,与传统BOD5值进行比较.结果表明:①以廉价MnO2为阴极催化剂,阳离子交换膜为隔膜,构建的单室MFC型BOD传感器成本低,结构简单,操作方便,可用于BOD的在线检测;②该BOD传感器的适宜运行条件为样品pH7.0,外接电阻12 kΩ,检测时间2 h,清洗时间2~10 min;③实际水样检测结果显示,传感器最低检出限为0.2 mg/L,测量线性范围为BOD浓度5~50 mg/L,最佳测定范围为BOD浓度20~40 mg/L,精确度为0.33%,标准曲线线性相关系数达0.999 2,与BOD5比较,相对误差在4.0%以内.     

水热炭化终温对污泥生物炭产量及特性的影响

以市政污泥为原料,采用水热炭化法制备生物炭,研究水热炭化终温对生物炭产量及特性的影响,着重分析不同水热炭化终温(150~330℃)下生物炭的产率、工业成分、元素组成、重金属质量分数及表面官能团的变化。结果表明:随着水热炭化终温的增大,生物炭的产率从75.8%下降至60.6%,水分、挥发分分别从2.64%与23.62%下降至0.68%与12.57%,灰分从69.59%上升至82.50%,固定碳在3.67%~5.05%波动;N、O、C的质量分数下降,相对污泥分别减小46.4%~64.0%、39.2%~88.0%、24.5%~51.3%,H的则先下降后上升,减小3.3%~-27.6%;OH、C―H和C=C官能团逐渐降解,原子比n((O+N)/C)和n(O/C)下降,n(H/C)上升,芳香性和极性降低,水热炭化进程趋于脱水还原降解反应。生物炭中Zn、Pb、Cu、Cr的质量分数随水热炭化终温的增大而增大,Ni、Cd、As、Hg的则呈现出不一致的变化规律;相对污泥,Zn、Pb、Cu、Cr、Cd的质量分数分别增加14.5%~49.4%、39.1%~82.6%、28.5%~73.4%、7.2%~64.5%、53.8%~88.9%,Hg的减少20.5%~83.1%,Ni和As的则增减不一。     

甲烷生物燃料电池的产电影响因素及机制研究

考察了阳极电极材料、电极面积、电极电位、pH、阴极电子受体对甲烷生物燃料电池（MFC）产电性能的影响,并通过高通量测序、循环伏安法（CV）分析了其可能的电催化机制.结果表明,透气布/碳布（GTC）复合材料为阳极时产电性能（1251.3 mA·m^-2）最佳,分别是石墨烯/中空纤维膜（G-HFM）阳极（34.8 mA·m^-2）和碳布（CC）阳极（3.21 mA·m^-2）的36倍和390倍;阳极面积越大,MFC启动时间越快,电流密度越大;当电极恒电位为0.1 V （vs.SHE）时,其产电能力较-0.1、+0.3及+0.5 V时高;pH=7最有利于产电;溶解氧为MFC阴极电子受体时,最大功2率密度（703.9 mW·m^-2）优于铁氰化钾（457.2 mW·m^-2）、空气阴极（124.2 mW·m^-2）和高锰酸钾（20.7 mW·m^-2）作为电子受体的MFC.阳极室微生物群落结构分析显示,电活性细菌Geobacter（17.14%）和Desulfovibrio（8.51%）为优势种,其产电机理可能是甲烷氧化菌（Methanobacterium、Methylomicrobium等）与电活性细菌协同氧化甲烷驱动MFC产电.添加NO气体、N-乙酰蛋氨酸和蛋白酶K均可明显抑制阳极生物膜的电化学活性,表明其胞外电子传递过程依赖细胞色素c、Ni-Fe氢酶及与电极接触的外膜蛋白的介导作用.     

苏云金芽孢杆菌生物杀虫剂发酵生产的影响因素及其工艺选择

化学杀虫剂的长期使用给生态环境造成了严重破坏,也使害虫种群的抗药性日益提高,生物杀虫剂以其＂绿色环保＂的特点引起人们的广泛关注。其中,苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）制剂是目前世界上产量最大、应用最广的生物杀虫剂。它对鳞翅目、双翅目、鞘翅目、螨类等许多有害昆虫有毒杀作用,而对人类、动物和农作物无害。长期以来,人们一直致力于苏云金芽孢杆菌发酵过程的研究,以期获得高毒效的生物杀虫剂产品。本文首先对苏云金芽孢杆菌发酵生产的各种影响因素进行了综合分析,将影响因素分为培养条件和培养基组分两类,得出最佳培养条件为温度：（30±1）℃,pH：7.0±0.1,搅拌速度：400～600r·min-1,通气量：1∶0.6～1.2（发酵培养基体积与每分钟通入空气的体积之比）,接种时间：对数期初;最佳培养基配比为碳氮比：8～10∶1,无机盐含量：KH2PO4或K2HPO4为0.075%～0.2%;MgSO4·7H2O为0.075%～0.3%;CaCO3为0.075%～0.15%;MnSO4·H2O、FeSO4·7H2O各为0.002%。其次,对当前研究与工业化生产中的各种发酵工艺进行了评述,总结了现有发酵工艺的优缺点。在现有研究基础上,降低培养基原料成本、改进发酵工艺和采用基因学手段构建高效工程菌株将成为未来研究热点。     

红壤胶体铁氧化物界面有机氯的非生物转化研究进展

综述了红壤胶体铁氧化物的结构、形态及其转化;铁氧化物界面有机氯的非生物转化过程及其影响因素;异化铁还原作用下的有机氯转化过程。有机氯的非生物转化主要包括氧化转化与脱氯转化过程。氧化转化包括暗态下的化学氧化与光化学氧化过程;脱氯转化包括脱氢卤化、加氢脱氯、脱双卤、二聚脱氯与亲核置换脱氯等反应过程。有机氯的非生物转化主要受胶体界面pH、Eh、水溶性有机物、金属离子、铁氧化物形态与铁还原细菌等的显著影响。有机氯非生物转化的化学-微生物耦合机制、复合污染条件下重金属对界面有机氯非生物转化过程的影响机制、红壤胶体界面有机氯污染的综合调控技术方法等三个方面值得关注,有助于推动土壤胶体界面环境化学的发展。