生物锰氧化物对重金属的去除机制研究(附件)
作为重要的类重金属元素，砷具有非常强的生物毒性，对自然环境以及生物体健康均会造成重大危害。自然界中广泛存在的生物锰氧化物可以通过吸附以及氧化还原作用降低砷在生态环境中的毒性，在生物地球化学循环中起着非常重要的作用。本实验基于土壤中分离出来的锰氧化菌FJ-6，通过L2培养基的培养制备生物氧化锰，测定生成的生物锰氧化物的表征，同时考察该生物锰氧化物对砷的氧化和吸附作用的效率，并将其与化学氧化锰的氧化和吸附效率进行对比。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1材料 2
1. 1．1供试土壤2
1.1.2 L2培养基2
1.2方法 3
1.2.1分离锰氧化菌3
1.2.2生物氧化锰的表征分析3
1.2.3锰氧化菌的最适pH值、锰的抗性和生长曲线的测定3
1.2.4 HPLCAFS联用测砷形态3
1.2.5 FJ6对As(III)的抗性实验及动力学氧化实验4
1.2.6锰氧化物对As(III)的动力学氧化实验4
1.2.7 pH值对锰氧化物氧化As（III）的影响4
1.2.8锰氧化物对As（V）的吸附动力学实验4
2结果与分析5
2.1生物锰氧化物表征5
2.1.1电镜扫描结果5
2.1.2 XRD图谱分析5
2.2锰氧化菌的最适pH值、锰的抗性和生长曲线5
2.3锰氧化物与砷的交互作用6
2.3.1 HPLCAFS联用测砷形态6
2.3.2 FJ6对As(III)的抗性实验6
2.3.3 FJ6对As(III)的动力学氧化实验7
2.3.4 pH值对锰氧化物氧化As(III)的影响7
2.3.5 锰氧化物对As(III)的动力学氧化实验8
2.3.6 锰氧化物对As(V)的吸附动力学实验9
3讨论 10
致谢10
参考文献11
生物锰氧化 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
物对重金属的去除机制研究
引言
引言
锰元素在地壳中的含量排名第十，广泛存在于湖泊、河流、海洋、矿物和沉积物中。游离态的锰离子多以二价锰的形式存在，这可能会对水体和土壤造成危害。二价的锰离子进入地球表面和水体后易被转化为三价锰和四价锰,生成不溶性锰氧化物。这些不溶性锰氧化物对于重金属离子有着重要的交互作用，比如氧化还原作用和吸附作用。
重金属毒性较强，难以在生态环境中降解，而且会严重危害土壤、水体等自然环境甚至人体健康。砷是一种重要的类重金属元素，会危害生物体健康，增大生物体突变或者畸形的可能性。砷广泛存在于土壤、水体和有机体中，但在空气中的含量则十分微弱。砷在自然界中主要以单质、负三价、正三价和正五价等形式存在。富氧环境中，大多为As(V)，而在还原性环境中主要为As(III)。As(III)的毒性和移动性都要远远大于As(V)。锰氧化物主要通过吸附作用吸附在溶液当中活跃的砷，以及氧化还原作用将As(III)转化为As(V)。所以锰氧化物可以通过影响砷在生态环境中的迁移转化，来降低砷对于环境的毒性。[2]
Mn(II)在自然环境中会被氧气所氧化，但此过程比较微弱，无法维持现有的地球化学循环，自然界中的氧化锰主要由自然界中的微生物氧化而形成。[8]微生物锰氧化物与化学合成锰氧化物相比有很大的差别，生物锰氧化物粒径较小，结晶较弱，八面体空穴较多，且具有更大的比表面积。[10]由于上述原因，生物锰氧化物对重金属离子具有更强的吸附作用。[7]另外生物锰氧化物氧化还原电位比较高，因此具有很强的氧化还原能力。
自然界中锰氧化物的产生路径主要包括化学路径和生物路径。锰的化学氧化非常缓慢，生物氧化是锰氧化物生成的主要路径，是地球锰循环的主要调节者。[3][12]现有文献指出，生物锰氧化物的形成主要有2种路径，一种是微生物通过代谢产生一些物质，这些物质帮助微生物间接氧化Mn(II)，另外一种是微生物分泌的物质直接氧化Mn(II)。微生物通过生成氧化锰的过程，利用游离态锰离子作为自己本身的需要，同时包被在微生物体外的锰氧化物可以保护微生物不受到侵害。[5][9][11]
具有锰氧化功能的微生物在环境中广泛存在，且以热液排放口或者氧化层厌氧层界面最为常见。[1]目前对于锰氧化菌和生物锰氧化物的研究多集中于海洋、湖泊等水体环境，而对于土壤中微生物氧化生成锰氧化物的研究非常少。[6]
自然界中锰氧化物和砷之间会相互作用。锰氧化物通过氧化和吸附还原的联合作用，影响自然界中砷的迁移转化。首先As(III)被吸附到锰氧化物表面，然后被氧化为As(V)，并且与锰氧化物结合生成络合物。接着，随着Mn2+的释放，As(V)脱附进入溶液中。最后溶液中的As(V)重新被锰氧化物吸附，由此锰氧化物通过一系列氧化和吸附还原作用，降低了砷在环境中的毒性。外部环境因素，如环境中pH值、Eh值等也对于锰氧化物调控砷循环的过程有一定影响。
1 材料与方法
1．1 材料
1．1．1 供试土壤及实验菌种
供试土壤取自福建漳平。实验所用的菌种为从福建漳平土壤中筛选的锰氧化细菌FJ6。
1．1．2 L2培养基
L2培养基成分：蛋白胨2g/L，酵母粉0.5g/L,人工海水50%，微量元素0.1%（V/V）。50%人工海水，NaCl 0.3M,0.7g；KCl 0.01M,0.3727g；MgSO4 0.05M;CaCl2 0.01M。调节培养基Ph到7，在110摄氏度下灭菌30分钟，使用前添加10mM hepes。
1．2 方法
本次试验基于取自福建漳平的土壤中筛选分离的锰氧化菌FJ6，生成生物氧化锰。测定生物锰氧化物的表征，同时研究生物锰氧化物对砷的氧化和吸附作用机制。采用锰氧化菌FJ6将Mn2+氧化生成为高价的锰氧化物，然后生物锰氧化物被分离出来。
1．2．1 分离锰氧化菌
使用镊子挑出土壤中铁锰结核颗粒。将铁锰结核颗粒用清水冲洗并用0.1％的NaClO溶液消毒，并将铁锰结核在无菌条件下研磨成粉状。用天平称取10g铁锰结核样品加入到三角瓶中（三角瓶中装有灭菌水90ml以及玻璃珠），摇动30分钟后开始梯度稀释。从上述装有铁锰结核样品的三角瓶中取出1ml溶液加入试管中，并向试管中再加9ml灭菌水，此时样品含量为102，然后再从该试管中取出1ml，并将其加入到另一支试管中（装有9ml灭菌水），以此类推，一直稀释到样品浓度为107为止。从样品浓度为105、106和107的试管中各吸取0.1ml稀释液涂布在L2培养基上（每个浓度设定涂布3个培养基），于30摄氏度的温度下培养数周。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1材料 2
1. 1．1供试土壤2
1.1.2 L2培养基2
1.2方法 3
1.2.1分离锰氧化菌3
1.2.2生物氧化锰的表征分析3
1.2.3锰氧化菌的最适pH值、锰的抗性和生长曲线的测定3
1.2.4 HPLCAFS联用测砷形态3
1.2.5 FJ6对As(III)的抗性实验及动力学氧化实验4
1.2.6锰氧化物对As(III)的动力学氧化实验4
1.2.7 pH值对锰氧化物氧化As（III）的影响4
1.2.8锰氧化物对As（V）的吸附动力学实验4
2结果与分析5
2.1生物锰氧化物表征5
2.1.1电镜扫描结果5
2.1.2 XRD图谱分析5
2.2锰氧化菌的最适pH值、锰的抗性和生长曲线5
2.3锰氧化物与砷的交互作用6
2.3.1 HPLCAFS联用测砷形态6
2.3.2 FJ6对As(III)的抗性实验6
2.3.3 FJ6对As(III)的动力学氧化实验7
2.3.4 pH值对锰氧化物氧化As(III)的影响7
2.3.5 锰氧化物对As(III)的动力学氧化实验8
2.3.6 锰氧化物对As(V)的吸附动力学实验9
3讨论 10
致谢10
参考文献11
生物锰氧化 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
物对重金属的去除机制研究
引言
引言
锰元素在地壳中的含量排名第十，广泛存在于湖泊、河流、海洋、矿物和沉积物中。游离态的锰离子多以二价锰的形式存在，这可能会对水体和土壤造成危害。二价的锰离子进入地球表面和水体后易被转化为三价锰和四价锰,生成不溶性锰氧化物。这些不溶性锰氧化物对于重金属离子有着重要的交互作用，比如氧化还原作用和吸附作用。
重金属毒性较强，难以在生态环境中降解，而且会严重危害土壤、水体等自然环境甚至人体健康。砷是一种重要的类重金属元素，会危害生物体健康，增大生物体突变或者畸形的可能性。砷广泛存在于土壤、水体和有机体中，但在空气中的含量则十分微弱。砷在自然界中主要以单质、负三价、正三价和正五价等形式存在。富氧环境中，大多为As(V)，而在还原性环境中主要为As(III)。As(III)的毒性和移动性都要远远大于As(V)。锰氧化物主要通过吸附作用吸附在溶液当中活跃的砷，以及氧化还原作用将As(III)转化为As(V)。所以锰氧化物可以通过影响砷在生态环境中的迁移转化，来降低砷对于环境的毒性。[2]
Mn(II)在自然环境中会被氧气所氧化，但此过程比较微弱，无法维持现有的地球化学循环，自然界中的氧化锰主要由自然界中的微生物氧化而形成。[8]微生物锰氧化物与化学合成锰氧化物相比有很大的差别，生物锰氧化物粒径较小，结晶较弱，八面体空穴较多，且具有更大的比表面积。[10]由于上述原因，生物锰氧化物对重金属离子具有更强的吸附作用。[7]另外生物锰氧化物氧化还原电位比较高，因此具有很强的氧化还原能力。
自然界中锰氧化物的产生路径主要包括化学路径和生物路径。锰的化学氧化非常缓慢，生物氧化是锰氧化物生成的主要路径，是地球锰循环的主要调节者。[3][12]现有文献指出，生物锰氧化物的形成主要有2种路径，一种是微生物通过代谢产生一些物质，这些物质帮助微生物间接氧化Mn(II)，另外一种是微生物分泌的物质直接氧化Mn(II)。微生物通过生成氧化锰的过程，利用游离态锰离子作为自己本身的需要，同时包被在微生物体外的锰氧化物可以保护微生物不受到侵害。[5][9][11]
具有锰氧化功能的微生物在环境中广泛存在，且以热液排放口或者氧化层厌氧层界面最为常见。[1]目前对于锰氧化菌和生物锰氧化物的研究多集中于海洋、湖泊等水体环境，而对于土壤中微生物氧化生成锰氧化物的研究非常少。[6]
自然界中锰氧化物和砷之间会相互作用。锰氧化物通过氧化和吸附还原的联合作用，影响自然界中砷的迁移转化。首先As(III)被吸附到锰氧化物表面，然后被氧化为As(V)，并且与锰氧化物结合生成络合物。接着，随着Mn2+的释放，As(V)脱附进入溶液中。最后溶液中的As(V)重新被锰氧化物吸附，由此锰氧化物通过一系列氧化和吸附还原作用，降低了砷在环境中的毒性。外部环境因素，如环境中pH值、Eh值等也对于锰氧化物调控砷循环的过程有一定影响。
1 材料与方法
1．1 材料
1．1．1 供试土壤及实验菌种
供试土壤取自福建漳平。实验所用的菌种为从福建漳平土壤中筛选的锰氧化细菌FJ6。
1．1．2 L2培养基
L2培养基成分：蛋白胨2g/L，酵母粉0.5g/L,人工海水50%，微量元素0.1%（V/V）。50%人工海水，NaCl 0.3M,0.7g；KCl 0.01M,0.3727g；MgSO4 0.05M;CaCl2 0.01M。调节培养基Ph到7，在110摄氏度下灭菌30分钟，使用前添加10mM hepes。
1．2 方法
本次试验基于取自福建漳平的土壤中筛选分离的锰氧化菌FJ6，生成生物氧化锰。测定生物锰氧化物的表征，同时研究生物锰氧化物对砷的氧化和吸附作用机制。采用锰氧化菌FJ6将Mn2+氧化生成为高价的锰氧化物，然后生物锰氧化物被分离出来。
1．2．1 分离锰氧化菌
使用镊子挑出土壤中铁锰结核颗粒。将铁锰结核颗粒用清水冲洗并用0.1％的NaClO溶液消毒，并将铁锰结核在无菌条件下研磨成粉状。用天平称取10g铁锰结核样品加入到三角瓶中（三角瓶中装有灭菌水90ml以及玻璃珠），摇动30分钟后开始梯度稀释。从上述装有铁锰结核样品的三角瓶中取出1ml溶液加入试管中，并向试管中再加9ml灭菌水，此时样品含量为102，然后再从该试管中取出1ml，并将其加入到另一支试管中（装有9ml灭菌水），以此类推，一直稀释到样品浓度为107为止。从样品浓度为105、106和107的试管中各吸取0.1ml稀释液涂布在L2培养基上（每个浓度设定涂布3个培养基），于30摄氏度的温度下培养数周。
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