本文關(guān)鍵詞： 耐低溫細(xì)菌 生物吸附 重金屬抗性 鉛 硫酸鉀　出處：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)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(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn),工業(yè)“三廢”的大量排放,致使環(huán)境重金屬污染日益嚴(yán)重。微生物修復(fù)法具有能耗低、高效、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。在含鉛廢水的治理過(guò)程中,許多修復(fù)方法特別是微生物修復(fù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到了低溫環(huán)境的制約,影響了修復(fù)效果。因此,實(shí)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(xì)菌,從中選取對(duì)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(guò)對(duì)比分析活菌體和死菌體對(duì)Pb~(2+)吸附性能的差異,探討活菌體和死菌體對(duì)Pb~(2+)的吸附特性及相關(guān)機(jī)理。為進(jìn)一步提高菌體對(duì)Pb~(2+)的吸附能力,篩選一種可以在菌體生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)其細(xì)胞壁進(jìn)行定向修飾的營(yíng)養(yǎng)鹽,進(jìn)而提高菌株對(duì)Pb~(2+)的吸附能力,同時(shí)探究鹽試劑對(duì)菌體有效修飾的機(jī)制。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:從漠河濕地土壤中篩選到4株耐低溫抗鉛細(xì)菌,分別命名為I3、I4、I9和I10,并從上述菌株中篩選出對(duì)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(duì)象,通過(guò)形態(tài)學(xué)觀察和分子生物學(xué)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(shí)驗(yàn)表明Pb~(2+)對(duì)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(duì)Pb~(2+)具有良好的耐受性。對(duì)Pseudomonas sp.I3和E.coli DH5α的活菌體和死菌體吸附Pb~(2+)后進(jìn)行酸消解實(shí)驗(yàn)及透射電鏡-X射線能譜分析(TEM-EDS),發(fā)現(xiàn)無(wú)論是Pseudomonas sp.I3還是E.coli DH5α,其活菌體對(duì)水體中Pb~(2+)的去除機(jī)制主要包括細(xì)菌表面對(duì)Pb的吸附及細(xì)胞內(nèi)對(duì)Pb的累積,而死菌體對(duì)水體中Pb~(2+)的去除主要依賴(lài)于細(xì)胞壁的吸附作用。此外,酸消解實(shí)驗(yàn)表明Pseudomonas sp.I3和E.coli DH5α對(duì)Pb~(2+)的吸附能力相近,說(shuō)明細(xì)菌的吸附能力與其對(duì)重金屬的耐受性之間沒(méi)有必然聯(lián)系。傅里葉紅外光譜(FTIR)分析結(jié)果得出菌體表面的 CH2、C=O、C-N、N-H、-COO和-SO3官能團(tuán)參與了Pseudomonas sp.I3吸附Pb~(2+)的過(guò)程,參與Pseudomonas sp.I3活菌體和死菌體對(duì)Pb~(2+)的吸附過(guò)程中的官能團(tuán)種類(lèi)基本相同,因此具有相同的表面吸附機(jī)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(shí)間分別為120 min和30 min�；罹w和死菌體對(duì)Pb~(2+)的吸附均符合Langmuir等溫吸附模型,說(shuō)明Pseudomonas sp.I3對(duì)Pb~(2+)的吸附過(guò)程屬于單層吸附。根據(jù)Langmuir方程計(jì)算出的Pseudomonas sp.I3活菌體和死菌體對(duì)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(duì)Pb~(2+)的吸附過(guò)程都能較好的符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,說(shuō)明吸附速率受到菌體表面官能團(tuán)和Pb~(2+)之間的化學(xué)反應(yīng)速率控制。Pseudomonas sp.I3活菌體和死菌體在低溫條件對(duì)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(duì)Pseudomonas sp.I3細(xì)胞表面官能團(tuán)具有修飾效果的鹽試劑-K_2SO_4。在菌體培養(yǎng)過(guò)程中額外添加30 g/L K_2SO_4,可提高菌株I3(KSI3-30)對(duì)Pb~(2+)的吸附能力,在15℃條件下,KSI3-30對(duì)Pb~(2+)的吸附能力為62.89 mg/g,與對(duì)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(jié)果表明K_2SO_4的添加提高了細(xì)胞表面含K和含S官能團(tuán)的豐度。FTIR和X-射線光電子能譜(XPS)分析結(jié)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(tuán)參與了KSI3-30對(duì)Pb~(2+)的吸附過(guò)程,菌體對(duì)Pb~(2+)的吸附可能包含離子交換和化學(xué)螯合機(jī)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(shí)間為30 min。通過(guò)吸附-解吸附實(shí)驗(yàn)證明KSI3-30具有良好的可重復(fù)利用性,此外,KSI3-30在低溫條件下對(duì)實(shí)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(yīng)用前景。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：X172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1474629