嗜酸菌作用下黄铜矿表面铁/硫形态转化对其表面钝化的影响和机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41802038
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    刘红昌
  • 依托单位：
    中南大学
  • 学科分类：
    D0203.矿物学(含矿物物理学)
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Microbially mediated mineral dissolution is a kind of widespread mineral-microbe interaction, including bioleaching of chalcopyrite by acidophiles which plays an important role in many aspects. During bioleaching of chalcopyrite, the passivation layers, formed by aggregation of intermediate products onto the mineral surface, lead to the low leaching rate. Although more studies have observed leaching products relating to passivation layers, the impacting mechanism of passivation is rarely involved, especially the correlation of passivation to leaching process and the microbial iron/sulfur activity. Therefore, the project is to research the iron/sulfur speciation transformation on the surface of chalcopyrite dissolved by acidophiles and mechanism of its impact on surface passivation. On the basis of a variety of means, such as high-resolution spectroscopy, the iron/sulfur speciation transformation and microbial iron/sulfur activity, as well as the impact of environmental parameters will be studied during bioleaching of chalcopyrite, to establish the relation between iron/sulfur speciation and bioleaching efficiency, and elucidate the relatedness and mechanism among surface passivation, microbial iron/sulfur activity and chalcopyrite dissolution pathway. It is expected by this study to provide theoretical and experimental basis of abating passivation and optimizing the industrial bioleaching process of chalcopyrite.
微生物活动促进矿物的分解是一种广泛存在的矿物-微生物作用，其中嗜酸菌作用下黄铜矿的分解是一种典型的生物浸出作用，并具有多方面的重要意义。黄铜矿生物浸出过程中，反应产物可聚集在矿物表面并阻碍其持续分解，造成表面钝化。尽管诸多研究都提到钝化现象并检测到与钝化有关的产物，但钝化制约机制很少涉及，尤其是钝化效应与浸矿菌铁/硫氧化活性及黄铜矿浸出途径的相关性和机理研究缺乏。因此，本项目立题研究嗜酸菌作用下黄铜矿表面铁/硫形态转化对其表面钝化的影响和机理。拟采用多种高分辨光谱学等手段，深入研究黄铜矿生物浸出过程中矿物表面的铁/硫赋存形态和浸矿菌的铁/硫氧化活性及其受环境因素的影响，建立铁/硫赋存形态与黄铜矿生物氧化分解之间的制约关系，探明黄铜矿钝化现象与浸矿菌铁/硫氧化活性及黄铜矿浸出途径的相关性和机制。为寻找合适条件与方法以减弱钝化现象及优化黄铜矿生物浸出工艺提供理论和实验依据。

结项摘要

微生物活动促进矿物的分解是一种广泛存在的矿物-微生物作用，其中嗜酸菌作用下黄铜矿的分解是一种典型的生物浸出作用，并具有多方面的重要意义。本项目针对黄铜矿生物浸出过程中反应产物在矿物表面聚集产生的钝化现象，围绕不同温度特性、不同能量代谢特征典型浸矿菌-黄铜矿相互作用体系，基于同步辐射X射线吸收近边结构（XANES）光谱学等手段研究了黄铜矿生物浸出过程中铁/硫形态转化，解析了关键中间产物和钝化作用及其消解机理；针对关键中间产物S0，基于转录组测序和比较转录组分析研究了外加不同形态S0（α-S8和μ-S）对黄铜矿生物浸出过程中浸矿菌代谢特征的差异影响，结合密度泛函理论（DFT）计算，解析了其促进或抑制浸出的分子机制。此外，还针对典型浸矿菌和浸出过程中产生的重金属砷离子，研究了外加As(III)离子条件下典型嗜酸菌铁硫氧化还原作用及其耦合As(III)归趋的相关机制。.针对上述研究内容，所取得的主要成果为：（1）揭示了嗜酸菌作用下黄铜矿表面的铁/硫赋存形态转化及其与钝化作用产生和消解的关联性，阐明了外加条件对黄铜矿生物浸出的钝化/强化作用的分子机制。（2）发展了基于同步辐射高分辨光谱学、微生物组学和DFT计算联合表征矿物-微生物相互作用的方法。（3）参加国内学术交流会议3次，国际学术交流会议1次。（4）发表文章12篇，专著1部，培养硕士生3名。.这些研究成果为阐明黄铜矿钝化现象与黄铜矿浸出途径的关联性，进一步加深对黄铜矿浸出机理的认识奠定了理论基础，也为寻找合适条件与方法以减弱钝化现象及优化黄铜矿生物浸出工艺提供理论和实验依据。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（4）
专利数量（0）
Taking insights into phenomics of microbe-mineral interaction in bioleaching and acid mine drainage: Concepts and methodology
深入了解生物浸出和酸性矿山排水中微生物-矿物相互作用的表型组学：概念和方法
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2020.139005
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Science of the Total Environment
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Xia Jinlan;Liu Hongchang;Nie Zhenyuan;Fan Xiaolu;Zhang Duorui;Zheng Xingfu;Liu Lizhu;Pan Xuan;Zhou Yuhang
  • 通讯作者：
    Zhou Yuhang
The mechanism by which FeS2 promotes the bioleaching of CuFeS2: An electrochemical and DFT study
FeS2 促进 CuFeS2 生物浸出的机制：电化学和 DFT 研究
  • DOI：
    10.1016/j.mineng.2021.107233
  • 发表时间：
    2021-11
  • 期刊：
    Minerals Engineering
  • 影响因子：
    4.8
  • 作者：
    Zheng Xingfu;Nie Zhenyuan;Jiang Qian;Yao Xin;Chen Jianhua;Liu Hongchang;Xia Jinlan
  • 通讯作者：
    Xia Jinlan
Correlation Between Fe/S/As Speciation Transformation and Depth Distribution of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidiphilium acidophilum in Simulated Acidic Water Column.
模拟酸性水柱中氧化亚铁硫杆菌和嗜酸酸杆菌Fe/S/As形态转变与深度分布的相关性
  • DOI：
    10.3389/fmicb.2021.819804
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Frontiers in microbiology
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Zhou YH;Wang C;Liu HC;Xue Z;Nie ZY;Liu Y;Wan JL;Yang Y;Shu WS;Xia JL
  • 通讯作者：
    Xia JL
Mechanical Activation on Bioleaching of Chalcopyrite: A New Insight
黄铜矿生物浸出的机械活化：新见解
  • DOI：
    10.3390/min10090788
  • 发表时间：
    2020-09
  • 期刊：
    Minerals
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Cao Si-Ting;Zheng Xing-Fu;Nie Zhen-Yuan;Zhou Yu-Hang;Liu Hong-Chang;Chen Jian-Hua;Yang Hong-Ying;Xia Jin-Lan
  • 通讯作者：
    Xia Jin-Lan
Effect of the surface microstructure of arsenopyrite on the attachment of Sulfobacillus thermosulfidooxidans in the presence of dissolved As(III)
溶解 As(III) 存在下毒砂表面微观结构对热硫化氧化硫化杆菌附着的影响
  • DOI：
    10.1007/s12613-020-2231-9
  • 发表时间：
    2021-07
  • 期刊：
    International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Xue Zhen;Nie Zhenyuan;Liu Hongchang;Ling Weibo;Pan Qian;Xia Jinlan;Zheng Lei;Ma Chenyan;Zhao Yidong
  • 通讯作者：
    Zhao Yidong

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    唐成林;罗夫来;赵致;杭烨;王华磊;陈松树;刘红昌
  • 通讯作者：
    刘红昌

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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