深海锰氧化细菌Brachybacterium sp. Mn32对Mn（Ⅱ）的氧化及生物锰氧化物对Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）的吸附研究

论文摘要

锰氧化微生物存在于土壤、淡水、污泥沉积物、海洋等环境。这些微生物能够将可溶的Mn2+氧化为不溶的锰氧化物沉淀。同时,生物锰氧化物具有很强的重金属吸附能力。因此,锰氧化微生物在治理重金属污水中具有重要的应用价值。海洋锰氧化细菌Brachybacterium sp.Mn32分离自太平洋深海底锰-钴结核区,革兰氏阳性。该菌具有高抗及快速氧化Mn2+的特点。本课题研究了Mn32对Mn2+的去除特点,并对其氧化机制进行了初步研究。本课题还对Mn32氧化生成的生物锰氧化物吸附重金属离子Zn2+、Ni2+的能力进行了研究,并与非生物锰氧化物（商品二氧化锰和化学合成的二氧化锰）进行了对比。实验结果表明,海洋锰氧化细菌Mn32具有很强的锰氧化和去除能力。在5d内,Mn32能近100%去除150mL培养液中初始浓度为0.2mmol/L的Mn2+。研究发现,Mn32对培养液中Mn2+的去除包括两个方面,一方面是通过氧化酶的作用氧化Mn2+生成锰氧化物沉淀,另一方面是通过Mn32产生的蛋白质及生物锰氧化物吸附Mn2+。本课题研究了Mn32生成的生物锰氧化物以及商品二氧化锰、化学合成的二氧化锰对重金属离子Zn2+、Ni2+的吸附能力。结果显示Mn32生成的生物锰氧化物对Zn2+、Ni2+的吸附摩尔比分别为0.206和0.132,商品二氧化锰对Zn2+、Ni2+的吸附摩尔比分别为0.059和0.06,化学合成二氧化锰对Zn2+、Ni2+的吸附摩尔比分别为0.064和0.063。生物锰氧化物的吸附能力是非生物锰氧化物吸附能力的2-3倍。对生物锰氧化物、商品二氧化锰以及化学合成的二氧化锰进行扫描电镜观察,发现生物锰氧化物颗粒比商品二氧化锰以及化学合成的二氧化锰更规则,这是造成对重金属吸附能力差异的一个重要原因。本实验还对三种锰氧化物进行了X射线衍射分析,发现Mn32生成的生物锰氧化物与另外两种非生物锰氧化分属于不同的晶体类型,这也是生物锰氧化物重金属吸附能力强的一个重要原因。该研究为重金属的微生物净化提供了有较大应用潜力的锰氧化菌,对其重金属吸附机制提供了科学依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 自然界中的锰
• 1.2 锰与人体健康
• 1.3 锰污染与除锰技术
• 1.4 微生物对锰的氧化作用
• 1.4.1 微生物锰氧化的生物学作用
• 1.4.2 细菌对锰的氧化
• 1.4.3 真菌对锰的氧化
• 1.5 生物锰氧化物与金属或类金属的反应
• 1.6 研究目的与实验路线
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验菌种
• 2.1.2 培养基及组分
• 2.1.3 主要试剂
• 2.1.4 主要仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 锰氧化细菌Mn32对几种重金属的抗性
• 2.2.2 锰氧化细菌Mn32最佳生长pH值
• 2+对Mn32生长的影响及Mn32生长曲线'>2.2.3 Mn²⁺对Mn32生长的影响及Mn32生长曲线
• 2+的氧化去除'>2.2.4 Mn32对Mn²⁺的氧化去除
• 2+机制初探'>2.2.5 锰氧化细菌Mn32氧化Mn²⁺机制初探
• 2+、Ni²⁺的吸附测定'>2.2.6 锰氧化细菌Mn32对Zn²⁺、Ni²⁺的吸附测定
• 2+、Ni²⁺的吸附测定'>2.2.7 生物锰氧化物对Zn²⁺、Ni²⁺的吸附测定
• 2对Zn²⁺、Ni²⁺的吸附测定'>2.2.8 商品MnO₂对Zn²⁺、Ni²⁺的吸附测定
• 2对Zn²⁺、Ni²⁺的吸附测定'>2.2.9 化学合成MnO₂对Zn²⁺、Ni²⁺的吸附测定
• 2.2.10 锰氧化物的扫描电镜观察
• 2.2.11 锰氧化物的X射线晶体衍射分析
• 3 结果与分析
• 3.1 锰氧化细菌Mn32对几种重金属的抗性
• 3.2 锰氧化细菌Mn32最佳生长pH值
• 2+对Mn32生长的影响及Mn32生长曲线测定'>3.3 Mn²⁺对Mn32生长的影响及Mn32生长曲线测定
• 2+的氧化去除'>3.4 锰氧化细菌Mn32对Mn²⁺的氧化去除
• 3.5 锰氧化机制初探
• 3.5.1 铜离子螯合剂对氧化的影响
• 2+的诱导作用'>3.5.2 Mn²⁺的诱导作用
• 2+、Ni²⁺的吸附'>3.6 锰氧化细菌对Zn²⁺、Ni²⁺的吸附
• 2+、Ni²⁺的吸附'>3.7 锰氧化物对Zn²⁺、Ni²⁺的吸附
• 3.8 锰氧化物的电镜扫描
• 3.9 锰氧化物的X射线晶体衍射分析
• 4 讨论
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢