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废水处理中白腐真菌胞外金属结晶颗粒聚集生长及其机理研究

邹正军  
【摘要】:白腐真菌是一类能同时处理有机—无机污染废水的微生物。通过分泌细胞膜外蛋白质、酶、离子等物质,白腐真菌不仅能降解废水中染料、激素、农药等有机污染物,还能处理废水中的Cd、Pb、Hg、Zn等多种重金属,因此有着广泛的应用前景。 随着研究的不断深入,有研究者发现,当在含重金属的水体中生长时,白腐真菌能够通过胞外合成金属结晶颗粒作为其解毒机制。在通常情况下,这些形成的金属结晶颗粒尺寸都非常小(纳米级),因此移动性比较大,分离成本比较高,且在环境条件变化下,其有可能再次溶解,导致水体的再次污染。而又有研究者发现纳米颗粒的聚集生长能降低其移动性和溶解性。因此探索一种胞外金属结晶颗粒的聚集生长方法十分必要。 本研究选用白腐真菌属中的杂色云芝(Coriolus versicolor)胞外合成镉纳米结晶颗粒,然后在适宜时机添加外源物质硫代乙酰胺(TAA),诱导镉纳米结晶颗粒聚集生长,采用环境扫描电镜和能谱分析表征其聚集生长过程的特征;并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)及紫外可见光分光光度计(UV-vis)等先进技术检测及分析镉结晶颗粒聚集生长前后的官能团变化及聚集生长后颗粒的相关性质,结合先前分析结果,探讨杂色云芝胞外镉结晶颗粒形成和聚集生长的机理。 结果显示,在适宜条件下,硫代乙酰胺成功地诱导了杂色云芝胞外镉结晶颗粒的聚集生长。同时,在聚集生长过程中,镉离子的去除率从17%提高到了87%,菌体的相应吸附容量从4mg/g提高到了24mg/g,且水溶液中的可溶性蛋白质的浓度从20μg/mL提高至61μg/mL。从SEM图可以看出,在TAA投加后,镉结晶颗粒的尺寸从100nm增大为大约2~3μm,增大后的镉结晶颗粒为方形;EDX分析表明在增大后的颗粒中存在着氨基酸、肽键或者蛋白质类物质。从TEM分析得知,聚集生长后的微米级镉结晶颗粒实际上是有许多不同尺寸的细小颗粒组成的。XRD的结果显示,聚集生长后的微米级镉结晶颗粒是属于立方晶型的CdS晶体。由FTIR分析可知,蛋白质在镉结晶颗粒的形成和聚集生长过程中发挥了重要的作用。


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