课题基金 / 基金详情

抗菌性稳定化分子筛负载Fe@Cu的构型及其去除抗生素抗性基因的机理

批准号:
52100199
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
郭祎阁
依托单位:
学科分类:
环境污染治理与修复
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
郭祎阁

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
抗生素抗性基因(ARGs)是重要的新兴污染物,如何高效去除ARGs是控制抗生素耐药性传播亟待解决的问题。申请者前期探索发现茶叶提取物稳定化纳米零价铁(T-nZVI)可提升纳米零价铁(nZVI)的反应活性,获得更高的ARGs去除效能,但反应机制尚不明确。在此基础上,本项目以高效去除ARGs为目标,针对nZVI易钝化、中/碱性条件下Fe0腐蚀速率低的问题,提出构建稳定化分子筛负载型Fe@Cu复合材料(T-Fe@Cu-MCM-41)去除ARGs的研究思路。重点探究稳定化技术对nZVI粒径、晶型、表面电荷、抗菌性和反应活性等的影响,通过多因素正交试验分析ARGs去除的变化规律,解析T-Fe@Cu-MCM-41去除ARGs的构效关系;明确电子供体Fe2+产率与ARGs去除率的关系;明晰茶多酚等生物活性物质的反应增效方式;阐明ARGs去除的作用机制,为nZVI在环境中ARGs去除中的应用奠定理论基础。
英文摘要
Antibiotic resistance genes (ARGs) are important new contaminants. How to remove ARGs efficiently is an urgent problem in the control of the spread of antibiotic resistance.The applicant's previous exploration found that the stabilization of nano-zero-valent iron (T-nZVI) by tea extracts can improve the reactivity of nano-zero-valent iron (nZVI) and shows higher ARGs removal performance, but the synergistic mechanism remains unclear. On this basis, this project aims at the efficient removal of ARGs. Aiming at the problems of easy passivation of nZVI and low corrosion rate of Fe0 under medium/alkaline conditions, a research idea of constructing a green stabilized molecular sieve loaded Fe@Cu (T-Fe@Cu-MCM-41) to remove ARGs was proposed. The influence of green stabilization on particle size, crystal shape, surface charge, antibacterial activity and reactivity of nZVI will be explored. The change rule of ARGs removal under multiple factors will be analyzed by orthogonal test, and the structurally-activity relationship of T-Fe@Cu-MCM-41 will be analyzed. The relationship between Fe2+ which act as the electron donor and ARGs removal efficiency will be determined. The synergistic ways of reaction with tea polyphenols and other bioactive substances will be clarified; The mechanism of removing ARGs will be elucidated.The research conclusions of this project will lay a theoretical foundation for the application of nZVI in the removal of ARGs.
城市污水处理厂出水是环境新兴污染物抗生素抗性基因(ARGs)的主要来源之一,如何高效去除其中的ARGs是控制抗生素耐药性传播降低城市环境卫生健康风险亟待解决的问题。随着材料科学的快速发展,纳米零价铁(nZVI)具备比表面积大和反应活性高等优势成为水处理领域的热门材料,并且有前期研究基础证明零价铁可用于去除环境中的抗生素以及抗生素抗性基因等污染物。本项目研究分析了西安市某城市污水处理厂抗生素及ARGs的分布规律,通过硫化、分子筛负载分散、植物提取剂稳定化等方法制备了一系列稳定化nZVI并初步探究了其对城市污水处理厂出水中ARGs的去除效果。研究结果表明CMC-S-nZVI-MCM-41-A稳定化性能最优;污水处理厂二级出水中最丰富的ARGs种类为抗磺胺类(sulfonamide),抗多药类(multidrug),抗氯霉素(chloramphenicol)和抗氨基糖苷类(aminoglycoside),出水中存在PHI致病基因;在投加量1.5g/L,pH7.0,DO浓度2.0mg/L,温度20℃,转速150r/min条件下稳定化nZVI可有效去除水样中的ARGs,单项ARGs亚类最大去除率为78.9%,耐多药菌的ARGs丰度由30.82%降低至19.08%,综上所述,nZVI在城市水环境中ARGs的高效去除中有一定的应用前景,本研究可为城市污水处理厂出水中新兴污染物ARGs去除提供基础数据,为应对ARGs污染新环境卫生问题相关控制技术的开发提供科学参考。
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