一株重金属耐受菌的分离鉴定及其生物吸附Zn2+特性与机理研究

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随着工业的快速发展,含有大量的有毒重金属的废水排放到环境当中,成为污染水源的重要因素,对人类的身体健康、生活环境和生态系统造成了严重的威胁。常规的从工业废水中除去重金属的技术效果欠佳且运行成本高,同时这些技术产生含重金属的污泥造成二次污染。而利用微生物吸附法处理重金属污染这种新型技术,已成为近年来国内外学者研究的热点。本研究从福建厦门某电镀厂排水口污水和底泥中,经过连续富集培养,在Zn2+浓度达到5000 mg/L培养基上筛选到一株细菌,命名为XMHC-1。对菌株进行形态观察、分子生物学鉴定及生理生化特性实验,确定该菌株属于节杆菌属(Arthrobacter sp.)。同时质粒检测与消除实验表明,未能提取出质粒,其抗锌基因可能位于染色体上。菌株生长的基本特性研究结果表明,菌株XMHC-1生长的较好条件是pH值在8.0左右,温度30℃,摇床转速120 r/min,NaCl质量分数0.5%。该菌株对不同浓度如Zn、Cd、Cr、Ni、Cu等8种重金属都具有抗性,其中对Zn2+的耐受性最高。考察了接触时间、pH值、初始锌浓度、吸附剂用量、温度和共存离子实验参数对锌离子吸附效果的进行评估。优化吸附工艺,菌株较适宜的实验参数为:吸附pH值7.0浓度为10 mg/L锌离子溶液,摇床温度25℃,干菌体浓度1.7 g/L,接触时间90 min后吸附效果90%以上。对菌株动力学和等温吸附模型研究表明:XMHC-1吸附Zn2+过程遵循Lagergren伪二级动力学方程,相关系数R2大于0.99。该菌株吸附Zn2+的过程更符合Langmuir等温吸附模型。本研究通过FTIR、SEM-EDX、XRD、XPS实验对菌株XMHC-1吸附Zn2+的机理进行初步探讨。红外光谱和扫描电镜结果表明,在吸附过程中菌体表面的活性基团参与Zn2+的反应;SEM-EDX分析表明吸附后的细胞表面紧密发亮,有沉积物产生,并且推测在吸附过程中,细胞表面发生了离子交换作用;X-射线衍射分析表明,菌体吸附Zn2+后无明显晶相结构的衍射峰。另外,X-射线光电子能谱对吸附剂表面的化学结构进行分析,推测在吸附过程中可能存在氧化还原反应,吸附在菌体表面的Zn以ZnO的形式存在。菌株XMHC-1具有耐受和吸附Zn2+的特性,可应用于含锌废水的处理,作为一种生物吸附剂具有实际的应用价值。
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