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电子介导下铁基硫化物协同电活性铬还原菌矿化固定Cr(VI)及其微观机制的研究

批准号:
22106049
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:
张丽娟
依托单位:
学科分类:
水污染与控制化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张丽娟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微生物法在处理土壤中六价铬方面占有重要的优势,但其过程受限于外源电子供体的供给,成为影响微生物对六价铬矿化固定的关键因素。本项目使用生物电化学系统中阳极提供的清洁的外源电子供体,通过调控电子介导过程,研究生物膜中铬还原菌对迁移态铬还原和固定的影响,建立微生物基于外源电子还原Cr(VI)成矿的研究体系。重点探究此过程中微生物表面有机官能团的变化,分析参与固定铬的有机官能团及配位方式;进一步分析复合生物膜中铁基硫化物协同铬还原菌对迁移态铬还原和固定的影响及矿化过程中产生的铬铁矿物的微观形态、结构及物相演变规律,并结合微生物表面官能团变化信息,阐明铁基硫化物在微生物对六价铬还原和固定过程中的协同机制。最终将揭示电子介导下铁基硫化物协同微生物矿化固定Cr(VI)的原理,不仅将有助于深入理解自然界中微生物基于外源电子还原Cr(VI)成矿过程,也为铬污染物在土壤环境中的形成、演变提供重要的理论依据。
英文摘要
Microbiological method has an important advantage in the treatment of hexavalent chromium (Cr(VI)) in soil, but its process is limited by the supply of exogenous electron donors. It becomes the key factor affecting the mineralization and fixation of Cr(VI) by microorganisms. This project utilizes the clean exogenous electron donors provided by the anode in the bioelectrochemical system to study the influence of chromium reducing bacteria in the biofilm on the reduction and fixation of migrating chromium by regulating the electron-mediated process, so as to establish a research system of biological Cr(VI) reduction mineralization based on exogenous electrons. The change of organic functional groups on the surface of microorganism in biofilm during this process is studied with emphasis, and the organic functional groups and coordination modes that participate in the fixation of chromium are analyzed; Further analysis of the synergy between iron based sulfide in the composite biofilm and chrome-reducing bacteria on the reduction and fixation of migrating chromium and the microscopic morphology, structure and phase evolution of chromite produced in the mineralization process. Combining the change information of obtained microbial surface functional groups, the synergistic mechanism of iron-based sulfides in microbial reduction and fixation of Cr(VI) is elucidated. This project will eventually reveal the principles of Cr(VI) immobilization under the synergistic effect of electron-mediated iron based sulfide and microorganisms, which will not only benefit the understanding of the mineralization process of Cr(VI) reduction by microorganisms based on exogenous photoelectron in nature, but also provide an important theoretical basis for the formation and evolution of chromium pollutants in the soil environment.
微生物在还原Cr(VI)的过程中始终受到外源电子供体的限制,这成为影响微生物矿化和固定Cr(VI)的重要因素。本项目采用生物电化学系统中的三电极恒电位技术提供电子供体,从而构建了一种研究微生物基于外源电子还原Cr(VI)的矿化过程的体系。. 首先,调节恒电位成功组装了电子中介体与S. oneidensis MR-1,形成电活性复合生物膜。该复合生物膜有效促进了电子转移途径,增强了胞内外的电子转移。通过调控电子介导过程,研究了生物膜/复合生物膜对迁移态铬还原与固定的影响。结果表明:在恒电位-150 mV下,自养生物膜仅能依赖外源电子还原Cr(VI),其还原率达88.1%,24 h内实现了53 %的固定效率。而在相同电位下,异养生物阴极则可以通过外源电子补偿还原Cr(VI),还原率达99.1%,24 h内固定效率则达到74 %,且还原后的Cr(III)均以Cr2O3的形式存在。. 鉴于上述体系对铬还原能力的局限性,进一步构建了基于种间互营的功能菌群(Bacillus cereus与S. oneidensis MR-1)还原固定Cr(VI)的研究体系。通过探究微电场调控下该菌群间互营模式与机制,系统性地评估了该菌群构成的生物电极对Cr(VI)的还原固定性能,并探究了其还原/固定Cr(VI)的微观过程与机制。结果显示,该生物电极在24 h内完全还原Cr(VI),加入等量Cu(II)后,铬的固定率显著提升,超过80%,这主要归因于生物电极中功能菌群通过黄素结合的膜蛋白介导的直接与核黄素介导的间接电子传递共同作用结果。进一步结合功能菌群中与铬还原及转运相关基因和代谢途径的表达情况,系统揭示了在微电场调控下互惠共生的功能菌群还原与固定Cr(VI)的微观机制。. 本项目的研究不仅有助于深入理解自然界中微生物基于外源光电子还原Cr(VI)的过程,也为铬污染物在环境中的形成与演变提供了重要的理论基础。
基于SRB联合体诱导自生活性Fe1-xS矿物的nZVI原位硫化与共促脱氯机制
  • 批准号:
    42377130
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    张丽娟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金