微生物與鍶鈾相互作用及其機(jī)理研究.pdf

1、放射性廢物處理是一個(gè)世界難題。生物吸附是近年來受到越來越多關(guān)注的一種高效低成本廢物處理方法；但培養(yǎng)條件微生物與核素相互作用及其機(jī)理研究很少。本研究從微生物的篩選馴化著手，系統(tǒng)研究了培養(yǎng)條件下微生物對(duì)鍶鈾的吸附富集、相互作用機(jī)理和細(xì)胞耐受機(jī)制。具體研究結(jié)果如下：
　　（1）通過脈沖X-射線輻照和脅迫誘導(dǎo)馴化了8株高耐鍶酵母菌株，系統(tǒng)研究了在培養(yǎng)條件下微生物與鍶鈾的相互作用。研究結(jié)果表明酵母菌細(xì)胞能耐受高劑量脈沖 X射線的輻照，馴化后

2、對(duì)鍶鈾表現(xiàn)出很高的耐受能力，只有當(dāng)鍶鈾離子濃度超過500 mg/L時(shí)才表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)抑制。篩選微生物對(duì)鍶鈾的吸附率達(dá)90％。細(xì)胞對(duì)鍶的主要吸附部位為細(xì)胞壁，占生物積累量的90%左右；胞內(nèi)富集量約為10%。在培養(yǎng)條件下，高濃度鍶鈾離子部分與培養(yǎng)基成分形成沉淀，造成表觀吸附量增大。濕法灰化獲得的細(xì)胞壁吸附量可用于吸附平衡和吸附動(dòng)力學(xué)擬合。在胞內(nèi)富集分析基礎(chǔ)上提出了一種新的細(xì)胞富集動(dòng)力學(xué)模型。
　?。?）模擬中低放廢液對(duì)篩選的四種微生

3、物毒性較低，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)細(xì)胞的抑制作用較小。四種微生物對(duì)模擬中低放廢液中鍶離子具有較高的選擇性吸附能力，最高吸附率可達(dá)90%以上。但四種微生物對(duì)模擬廢液中吸附量最大的是離子濃度較高的鐵、鎳、鉻等離子。利用濕法灰化分析表明模擬廢液中鍶離子在細(xì)胞壁上吸附量占生物積累量的90%，胞內(nèi)富集占10%左右。吸附平衡滿足等溫方程，吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，胞內(nèi)富集動(dòng)力學(xué)在中高濃度時(shí)擬合較好。
　?。?）海藻酸鈣固定化酵母菌對(duì)低濃度鍶離子的

4、吸附率可達(dá)80%。固定化酵母菌顆粒填充柱對(duì)鍶離子的靜態(tài)吸附研究表明，填充柱具有較高的吸附容量，吸附平衡時(shí)平均吸附率88%左右；動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明固定化酵母菌顆粒填充柱在不同鍶離子起始離子濃度下都具有很高的吸附率、較高的穩(wěn)定性與操作重現(xiàn)性。
　　（4）介觀分析表明，鍶鈾與微生物細(xì)胞相互作用中首先吸附在細(xì)胞壁上，然后通過跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，儲(chǔ)存在細(xì)胞的液泡等處。原子力顯微鏡結(jié)果表明鍶離子在與細(xì)胞表面相互作用中會(huì)形成納米級(jí)的礦化顆粒，能

5、譜分析表明其為SrCO3等含鍶礦物。而模擬廢液在細(xì)胞表面會(huì)形成一層沉積物，覆蓋整個(gè)細(xì)胞表面，并影響細(xì)胞的通透性。
　?。?）理化分析和紅外分析表明酵母菌細(xì)胞表面活性基團(tuán)在吸附鍶鈾離子中氨基、羧基貢獻(xiàn)最大。在培養(yǎng)條件下，細(xì)胞表面的酰胺基團(tuán)、羥基、氨基、磷酸基等是主要的活性基團(tuán)。鍶鈾與細(xì)胞表面活性基團(tuán)的O、N、P等形成配位絡(luò)合物。XPS結(jié)果表明在吸附過程中存在離子交換。在高濃度下，一部分鍶鈾與溶液中的陰離子形成化合物沉淀下來，而另一部

6、分通過與細(xì)胞表面活性基團(tuán)通過配位、絡(luò)合等吸附在細(xì)胞表面。
　　（6）培養(yǎng)基成分對(duì)鍶的吸附富集有重要影響。當(dāng)鍶離子濃度過高時(shí)，培養(yǎng)基中的硫酸根、磷酸根、碳酸根等可與鍶離子作用形成沉淀，降低溶液中鍶的濃度，從而避免對(duì)微生物的離子濃度脅迫。同時(shí)，細(xì)胞也在此過程中起一定作用。因此提出生物沉淀或生物礦化是細(xì)胞在培養(yǎng)條件下的一種耐受機(jī)制。
　?。?）通過減容比、減重比分析表明，培養(yǎng)條件下微生物對(duì)核素的吸附富集與離心、灰化一起可獲得巨大的