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近年来,以白腐真菌为代表的微生物降解污染物的方式由于其潜在环境危害较小且适用范围广得到了国内外研究人员的普遍关注,但传统的微生物降解仍因为周期长或者效果不稳定而没有得到广泛的应用。单一的生物技术不能满足人们高效低风险的环境修复目标。纳米级的氧化铁材料既具有氧化铁材料本身的特性,又由于其纳米尺寸特点具有纳米材料的一般特性,因此纳米氧化铁被广泛的用于环境修复领域,包括废水修复,底泥修复和土壤修复等。因此本实验拟开展纳米材料和微生物修复技术的协同修复研究,把纳米材料应用到传统的生物降解过程中,从而提高修复效率和稳定性,减少污染物对环境的毒性。
本研究主要关注纳米氧化铁与白腐真菌联合体系对于不同环境条件下有机物的降解过程及协同作用机理。具体研究内容包括以下两个实验:
1)纳米氧化铁与白腐真菌在固态发酵体系中协同降解木质素能力研究
通过在传统的白腐真菌固态发酵体系中加入纳米氧化铁材料,在灭菌条件下探究不同比例(0%,2.5%,5%)的纳米氧化铁的加入对于整个体系中白腐菌木质素降解能力的影响。通过监测固态发酵体系中白腐真菌降解木质素的关键过程指标(胞外酶活、自由基含量变化等),可以发现添加了纳米材料的实验组有效促进了该降解过程的进行,其中添加量为2.5%的实验组平均促进效果最为明显,实验中期LiP酶酶活达到了139.84U/g,相比未添加纳米材料的实验组酶活水平提升了56%。此外,通过对稻草样品进行FTIR表征以及腐植酸的测定,结果表明纳米材料的添加组木质纤维素腐殖化程度相应较高,且基于XRD表征结果可以证明稻草的高度结晶的纤维素组分发生了解结晶化。基于上述发现,可以为该协同体系提出一种基于类芬顿反应的作用机理,为深入研究该协同体系对于其他污染物的降解能力奠定基础。
2)纳米氧化铁与白腐真菌协同降解底泥中邻苯二甲酸酯研究
底泥土著微生物的降解能力通常受底泥环境影响较大,降解时间长,且很难达到完全降解,因此,为进一步研究接种白腐真菌与氧化铁纳米材料联用强化修复技术的修复效果,建立纳米氧化铁-白腐真菌强化修复体系对河道底泥中邻苯二甲酸二辛酯(DEHP)降解体系,探究该体系对于真实底泥环境中以邻苯二甲酸酯为代表的内分泌干扰物的去除效果,并结合白腐真菌生物活性、底泥土著微生物活性以及纳米氧化铁转化过程分析以期阐明复合体系对邻苯二甲酸酯的修复机理,为该生物纳米技术协同修复环境污染的更广泛的实际应用奠定基础。实验结果表明,45天内,同时添加了白腐真菌和纳米材料的实验组的DEHP的去除率达到了96.63%,不仅降解速率有所提升,污染物的去除程度也在原有基础上提升了12%。这说明集吸附和生物降解为一体的该耦合强化修复技术有望用于沉积物中邻苯二甲酸酯代表的为内分泌干扰物的修复技术具有十分积极的科学意义,也进一步验证了该生物联合技术在环境修复领域的优势和潜力。
本研究主要关注纳米氧化铁与白腐真菌联合体系对于不同环境条件下有机物的降解过程及协同作用机理。具体研究内容包括以下两个实验:
1)纳米氧化铁与白腐真菌在固态发酵体系中协同降解木质素能力研究
通过在传统的白腐真菌固态发酵体系中加入纳米氧化铁材料,在灭菌条件下探究不同比例(0%,2.5%,5%)的纳米氧化铁的加入对于整个体系中白腐菌木质素降解能力的影响。通过监测固态发酵体系中白腐真菌降解木质素的关键过程指标(胞外酶活、自由基含量变化等),可以发现添加了纳米材料的实验组有效促进了该降解过程的进行,其中添加量为2.5%的实验组平均促进效果最为明显,实验中期LiP酶酶活达到了139.84U/g,相比未添加纳米材料的实验组酶活水平提升了56%。此外,通过对稻草样品进行FTIR表征以及腐植酸的测定,结果表明纳米材料的添加组木质纤维素腐殖化程度相应较高,且基于XRD表征结果可以证明稻草的高度结晶的纤维素组分发生了解结晶化。基于上述发现,可以为该协同体系提出一种基于类芬顿反应的作用机理,为深入研究该协同体系对于其他污染物的降解能力奠定基础。
2)纳米氧化铁与白腐真菌协同降解底泥中邻苯二甲酸酯研究
底泥土著微生物的降解能力通常受底泥环境影响较大,降解时间长,且很难达到完全降解,因此,为进一步研究接种白腐真菌与氧化铁纳米材料联用强化修复技术的修复效果,建立纳米氧化铁-白腐真菌强化修复体系对河道底泥中邻苯二甲酸二辛酯(DEHP)降解体系,探究该体系对于真实底泥环境中以邻苯二甲酸酯为代表的内分泌干扰物的去除效果,并结合白腐真菌生物活性、底泥土著微生物活性以及纳米氧化铁转化过程分析以期阐明复合体系对邻苯二甲酸酯的修复机理,为该生物纳米技术协同修复环境污染的更广泛的实际应用奠定基础。实验结果表明,45天内,同时添加了白腐真菌和纳米材料的实验组的DEHP的去除率达到了96.63%,不仅降解速率有所提升,污染物的去除程度也在原有基础上提升了12%。这说明集吸附和生物降解为一体的该耦合强化修复技术有望用于沉积物中邻苯二甲酸酯代表的为内分泌干扰物的修复技术具有十分积极的科学意义,也进一步验证了该生物联合技术在环境修复领域的优势和潜力。