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土壤中固相腐植酸介导微生物远程还原U(VI)的机理研究

批准号:
42107238
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:
汪彩琴
依托单位:
学科分类:
环境地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪彩琴

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
铀(U)是富铀煤矿及周边的重要污染物,对人体健康有潜在威胁。研究表明,土壤中固相腐植酸,与溶解态腐植酸一样,可介导强化微生物胞外电子传递的效率与距离,但其电子传递特性及介导微生物远程还原U(VI)的机理和贡献尚不清楚。本项目拟以伊犁富铀煤矿区铀污染土壤中固相腐植酸为研究对象,应用AFM-IR(原子力显微镜-红外光谱联用系统)对腐植酸颗粒官能团组成、理化性质进行纳米尺度空间成像,结合13C-NMR、电化学分析和微生物实验,研究固相腐植酸电子传递机制,揭示固相腐植酸对微生物远程还原U(VI)介导机理与贡献。研究内容包括:1)固相腐植酸颗粒结构与其电子传递特性的构效关系;2)固相腐植酸对微生物远程还原U(VI)的介导机理与贡献;3)土壤体系验证固相腐植酸对微生物远程还原U(VI)的介导作用。本研究可为铀污染土壤的环境风险评估及微生物修复提供思路和理论支撑。
英文摘要
Uranium is an important pollutant in uranium-rich coal mines and surroundings, which has potential threat to human health. Previous studies have shown that solid humic acids, like dissolved humic acids, can improve the efficiency and distance of microbial extracellular electron transfer via mediating electron transfer, but their electron transfer characteristics, and the mechanism and contribution of solid humic acids enabling long-distance electron transfer for microbial reduction of U(VI) are still unclear. In this project, solid humic acids from uranium contaminated soil in Yili uranium-rich coal mine area will be taken as the research object. AFM-IR (atomic force microscope-infrared spectroscopy) will be used, to image the functional group compositions and physicochemical properties of humic acids particles at nano-scale. Combining with the result of 13C-NMR, electrochemical analysis and microbial experiments, the electron transfer mechanism of solid humic acids will be elucidated, and the mechanism and contribution of solid humic acids enabling long-distance microbial reduction of U(VI) will be revealed. The research contents include: 1) structure-activity relationship between particle structure and electron transfer characteristics of solid humic acids; 2) mechanism and contribution of solid humic acids enabling long-distance electron transfer for microbial reduction of U(VI); 3) verifying the effect of solid humic acids on long-distance microbial reduction of U(VI) in soil. This study can provide ideas and theoretical support for environmental risk assessment and microbial remediation of uranium contaminated soil.
铀(Uranium,简称为U)作为一种常见的核素,具有潜在的生物化学毒性和高放射性,对人体健康有潜在威胁。前人研究表明,土壤中固相腐植酸可介导强化微生物胞外电子传递的效率与距离,但其电子传递特性及介导U(VI)远程还原的机理和贡献尚不清楚。本项目应用电化学手段表征评估了水稻土、森林土、河道沉积物等典型土壤中固相腐植酸的氧化还原出峰、电子接受能力、电子供给能力和电导率等电化学活性,发现水稻土因其长期耕作形成氧化还原波动的环境,导致其固相腐植酸氧化还原活性最高;同时采用先进的原子力显微镜-红外连用仪(AFM-IR)分析了固相腐植酸纳米尺度化学结构,发现腐植酸纳米结构与酸碱度密切相关,当pH从5.0增加到10.0时,固相腐植酸纳米颗粒变得小而松散,其电导率也下降42.86%,结合统计学分析,发现固相腐植酸电子传递活性与其纳米结构密切相关,其电子介导性能主要通过固相腐植酸的酚羟基、醌基、苯环上的π-π作用和氢键等传递电子而实现。分析新疆伊犁富铀煤矿周边土壤样品发现,土壤中铀平均含量为2.28±0.03 mg/kg,易与阴离子CO32-/HCO3-结合形成可溶态碳酸铀酰,进而影响U(VI)的可还原性。固相腐植酸在单向电子传递过程中会吸收部分电子并发生解聚,导致腐殖化程度下降,电子转移能力降低,但在一定程度上仍可介导电子强化U(VI)的还原稳定。项目成果为重金属还原稳定和土壤原位修复提供科学依据和理论支撑。
土壤中固相腐植酸对微生物还原降解氯代硝基苯的介导机理与贡献
  • 批准号:
    LQ22D030004
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    汪彩琴
  • 依托单位:
国内基金
海外基金