Microbial interactions with phosphorus containing glasses representative of vitrified radioactive waste.
Microbial interactions with phosphorus containing glasses representative of vitrified radioactive waste.
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微生物与代表玻璃化放射性废物的含磷玻璃的相互作用。
DOI：
10.1016/j.jhazmat.2023.132667
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发表时间：
2024
影响因子：
13.6
通讯作者：
Thorpe CL
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Thorpe CL
硼硅酸盐玻璃（P2O5 含量为 0.1 – 1.3 mol%）和磷酸铁玻璃（P2O5 含量为 53 mol%）中磷的存在刺激了模型系统中厌氧细菌的生长和代谢活动。这些含磷玻璃的溶解受到微生物代谢活动的抑制或加速，具体取决于溶液化学成分和玻璃成分。有机碳分解成挥发性脂肪酸增加了玻璃的溶解。在缺氧条件下微生物还原的 Fe(II) 与含磷玻璃的相互作用降低了溶解速率，而在有氧条件下 Fe(III) 与含磷玻璃的相互作用增加了玻璃的溶解。在硼硅酸盐玻璃中添加磷并没有显着影响存在的微生物种类，然而，磷酸铁玻璃表面的微生物群落的多样性得到了增强。结果表明，微生物有可能影响放射性废物处置环境的地球化学，从而影响废物形式的耐久性。环境相关性声明玻璃化放射性废物旨在将长寿命放射性核素固定长达 106 年，直到活性衰减到安全水平。放射性元素以化学方式融入玻璃网络中，因此随着玻璃溶解而释放出来。因此，了解地下环境中玻璃化放射性废物的耐久性非常重要，以便为其长期处置提供安全依据。本文使用放射性废玻璃的非活性替代物和相关厌氧微生物来研究玻璃与微生物的相互作用，以建立对复杂自然环境中玻璃溶解的机制的理解。
The presence of phosphorus in borosilicate glass (at 0.1 – 1.3 mol % P2O5) and in iron-phosphate glass (at 53 mol % P2O5) stimulated the growth and metabolic activity of anaerobic bacteria in model systems. Dissolution of these phosphorus containing glasses was either inhibited or accelerated by microbial metabolic activity, depending on the solution chemistry and the glass composition. The breakdown of organic carbon to volatile fatty acids increased glass dissolution. The interaction of microbially reduced Fe(II) with phosphorus-containing glass under anoxic conditions decreased dissolution rates, whereas the interaction of Fe(III) with phosphorus-containing glass under oxic conditions increased glass dissolution. Phosphorus addition to borosilicate glasses did not significantly affect the microbial species present, however, the diversity of the microbial community was enhanced on the surface of the iron phosphate glass. Results demonstrate the potential for microbes to influence the geochemistry of radioactive waste disposal environments with implication for wasteform durability.Environmental relevance statementVitrified radioactive waste is designed to immobilize long lived radionuclides for time periods up to 106years until activity has decayed to safe levels. Radioactive elements are chemically incorporated in the glass network and so are released as the glass dissolves. It is, therefore, important to understand the durability of vitrified radioactive waste in subsurface environments to inform the safety case for their long-term disposal. This paper investigates glass-microbe interactions using non-active surrogates for radioactive waste glasses and relevant anaerobic microorganisms to build a mechanistic understanding of glass dissolution in complex natural environments.
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