去除U(Ⅵ)的微生物选育及其与U(Ⅵ)的相互作用研究

铀的氧化还原论文 微生物培养基论文 菌株组合论文 小分子物质论文 红外光谱论文
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微生物修复现已成为当前治理铀污染的研究热点。为了获得去除U(Ⅵ)的高效微生物及其相互作用机制,本研究考察了微生物培养基对U(Ⅵ)测量的影响,筛选出了对U(Ⅵ)测量无影响的培养基,结合化学差减法建立了培养基中U(Ⅵ)和U(IV)的分光光度法;筛选出U(Ⅵ)的高抗微生物与微生物组合,采用正交实验获得U(Ⅵ)的抗性微生物组合的培养条件;考察小分子物质对微生物去除U(Ⅵ)的影响;采用红外光谱(FTIR)与扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱(SEM-EDX)分析微生物与U(Ⅵ)的相互作用机理。主要研究结果如下:(1)铀在微生物培养基中的稳定性研究:通过锌粒还原法得到制备U(IV)的优化参数,10.0 mg/L U(Ⅵ)、12.0 g/L锌粒、反应时间180 min,U(IV)的生成率可达到95%左右。NA、LB培养基对U(Ⅵ)的影响率在48 h时,可达到47.9%和37.3%;而TGY培养基分别对U(Ⅵ)和U(IV)的影响率仅为5.6%与8.6%。单组分中蛋白胨、牛肉膏对U(Ⅵ)测量影响最大,达到33.5%和19.7%;而胰蛋白胨、葡萄糖U(Ⅵ)的影响较小,分别为2.8%、2.7%。进一步证实了NA、LB培养基对U(Ⅵ)测量的影响,而TGY培养基无显著影响。(2)TGY培养基中U(Ⅵ)和U(IV)测量方法的建立:运用差减法,即通过总铀浓度减去U(Ⅵ)浓度获得U(IV),再结合U(Ⅵ)的偶氮胂(Ⅲ)分光光度法建立了TGY培养基中U(Ⅵ)和U(IV)的分光光度法。通过精密度和准确度分析该方法,获得U(Ⅵ)测量的线性范围在0.0-20.0 mg/L内,下限可达到0.05 mg/L,回收率为96%,RSD=1.7%,误差为-4%。(3)U(Ⅵ)的抗性微生物筛选:六种微生物分别是XJ1、XJ2、考式玫瑰菌、耐辐射奇球菌、柠檬酸杆菌、蜡样芽孢杆菌。对U(Ⅵ)去除率较高为耐辐射奇球菌、柠檬酸杆菌、蜡样芽孢杆菌三种微生物,在培养条件下对30.0 mg/L U(Ⅵ)去除率分别达到80.4%、84.8%、82.3%。(4)去除U(Ⅵ)的微生物组合构建及培养条件优化:利用单菌株和菌株组合对U(Ⅵ)的耐受性进行比较,筛选到蜡样芽孢杆菌-柠檬酸杆菌、柠檬酸杆菌-耐辐射奇球菌高效组合。以U(Ⅵ)去除率为指标,通过正交实验,得出蜡样芽孢杆菌-柠檬酸杆菌的优化条件,p H值7.0、温度35.0℃、U(Ⅵ)初始浓度为10.0 mg/L;柠檬酸杆菌-耐辐射奇球菌的优化条件,p H值6.0、温度30.0℃、U(Ⅵ)初始浓度为10.0 mg/L。(5)小分子物质对微生物去除U(Ⅵ)的影响:乙醇、乙酸钠、丙酮酸钠、葡萄糖对柠檬酸杆菌、蜡样芽孢杆菌和耐辐射奇球菌去除U(Ⅵ)有显著的促进作用,其中5.0-15.0 m M乙醇效果最显著,几乎能完全去除培养体系中的U(Ⅵ)。而柠檬酸钠则对U(Ⅵ)的去除产生严重的抑制作用。(6)微生物与U(Ⅵ)作用的FTIR和SEM-EDX表征:结果表明,柠檬酸杆菌、蜡样芽孢杆菌、耐辐射奇球菌与U(Ⅵ)的作用机制是不同的,主要包括-OH、-C=O、-NH2、-PO43-对U(Ⅵ)的相互作用、微生物成矿作用等。综上所述,U(Ⅵ)和U(Ⅵ)的分光光度法可用于生物样品中U(Ⅵ)和U(Ⅵ)的测试,筛选到蜡样芽孢杆菌-柠檬酸杆菌、柠檬酸杆菌-耐辐射奇球菌抗性组合,乙醇、乙酸钠、丙酮酸钠、葡萄糖能促进微生物对U(Ⅵ)的去除效应,微生物去除U(Ⅵ)的机理包括部分基团对U(Ⅵ)的相互作用、离子交换作用、微生物成矿作用等。
摘要第4-6页
Abstract第6-8页
1 绪论第13-24页
    1.1 核废物污染现状第13页
    1.2 铀的性质及应用第13-14页
    1.3 铀污染的传统处理方法第14页
    1.4 铀污染的生物治理第14-18页
        1.4.1 微生物修复第15页
        1.4.2 微生物与植物共修复第15-16页
        1.4.3 修复铀污染的微生物种类第16-18页
    1.5 微生物与铀作用的主要机理第18-20页
        1.5.1 微生物对铀的吸附作用第18-19页
        1.5.2 微生物对铀的还原作用第19-20页
        1.5.3 微生物对铀的矿化作用第20页
    1.6 影响微生物去除U(VI)的主要因素第20-21页
    1.7 本研究的目的意义第21-24页
2 微生物培养基中U(VI)和U(IV)测试方法的建立及其稳定性研究第24-40页
    2.1 材料与方法第25-29页
        2.1.1 材料第25页
        2.1.2 U(VI)标准曲线的制作第25页
        2.1.3 U(IV)的制备方法优化第25-27页
        2.1.4 微生物培养基中U(VI)和U(IV)测试方法的建立第27-28页
        2.1.5 U(VI)和U(IV)在培养基中的稳定性研究第28-29页
    2.2 结果与讨论第29-37页
        2.2.1 U(VI)标准曲线第29页
        2.2.2 U(IV)的优化参数第29-32页
        2.2.3 微生物培养基中U(VI)和U(IV)分光光度法的建立第32-34页
        2.2.4 微生物培养基对U(VI)和U(IV)测量的影响研究第34-37页
    2.3 讨论第37-39页
        2.3.1 氧化还原剂对铀的氧化还原作用第37-38页
        2.3.2 TGY培养基中U(VI)和U(IV)测量方法的分析第38页
        2.3.3 微生物培养基对重金属的影响分析第38-39页
    2.4 小结第39-40页
3 高效去除U(VI)的微生物选育及组合的构建第40-53页
    3.1 材料与方法第41-43页
        3.1.1 微生物菌种及来源第41页
        3.1.2 微生物培养基第41页
        3.1.3 培养条件下微生物对U(VI)的抗性与去除能力研究第41-42页
        3.1.4 高效去除U(VI)的微生物组合筛选第42页
        3.1.5 去除U(VI)的两种微生物组合培养条件优化第42-43页
    3.2 结果与分析第43-51页
        3.2.1 U(VI)对微生物生长的影响第43-45页
        3.2.2 微生物对U(VI)的去除能力研究第45-46页
        3.2.3 单菌株与混合菌株对U(VI)的耐受性比较第46-48页
        3.2.4 微生物组合去除U(VI)的正交实验结果分析第48-51页
    3.3 讨论第51-52页
        3.3.1 单菌株和组合菌对U(VI)的抗性及去除效应分析第51-52页
        3.3.2 微生物去除U(VI)的影响因素分析第52页
    3.4 小结第52-53页
4 小分子物质对抗性微生物去除U(VI)的影响第53-64页
    4.1 材料与方法第54-55页
        4.1.1 微生物菌株第54页
        4.1.2 小分子物质种类第54页
        4.1.3 小分子物质对三种微生物去除U(VI)的影响第54-55页
    4.2 结果与分析第55-60页
        4.2.1 小分子物质对柠檬酸杆菌去除U(VI)的影响第55-57页
        4.2.2 小分子物质对蜡样芽孢杆菌去除U(VI)的影响第57-58页
        4.2.3 小分子物质对耐辐射奇球菌去除U(VI)的影响第58-60页
    4.3 讨论第60-62页
        4.3.1 醇类对微生物去除重金属的影响第60-61页
        4.3.2 钠盐类对微生物去除重金属的影响第61-62页
        4.3.3 糖类对抗性微生物去除重金属的影响第62页
    4.4 小结第62-64页
5 微生物与U(VI)作用的红外光谱及扫描电镜表征第64-75页
    5.1 材料与方法第65-66页
        5.1.1 细菌电镜样品制备试剂第65页
        5.1.2 FTIR的细菌样品制备第65页
        5.1.3 SEM-EDX的细菌样品制备第65-66页
    5.2 结果与分析第66-73页
        5.2.1 柠檬酸杆菌与U(VI)作用的FTIR结果分析第66-67页
        5.2.2 蜡样芽孢杆菌与U(VI)作用的FTIR结果分析第67-68页
        5.2.3 耐辐射奇球菌与U(VI)作用的FTIR结果分析第68-69页
        5.2.4 柠檬酸杆菌与U(VI)作用的SEM-EDX结果分析第69-71页
        5.2.5 蜡样芽孢杆菌与U(VI)作用的SEM-EDX结果分析第71-72页
        5.2.6 耐辐射奇球菌与U(VI)作用的SEM-EDX结果分析第72-73页
    5.3 讨论第73-74页
        5.3.1 微生物与U(VI)作用的红外光谱分析第73页
        5.3.2 微生物与U(VI)作用的SEM-EDX分析第73-74页
    5.4 小结第74-75页
结论第75-77页
致谢第77-78页
参考文献第78-90页
攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果第90页
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