三株細(xì)菌胞外聚合物(EPS)對礦物細(xì)顆粒表面性質(zhì)的影響及改性作用.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，大氣可吸入顆粒物污染日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響著人類的身體健康。礦物細(xì)顆粒和微生物同時(shí)作為大氣污染物的主要組成成分，目前，微生物活體細(xì)胞對礦物細(xì)顆粒的毒性研究、表面性質(zhì)的相關(guān)研究還很有限。胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)在微生物對礦物作用過程中起著重要作用。因此，細(xì)菌 EPS對大氣礦物細(xì)顆粒作用的相關(guān)研究顯得非常必要。
　　本文以大氣顆粒物中典

2、型的礦物方解石、納米碳酸鈣、石英、納米二氧化硅和鈉長石為研究對象。選取土壤常駐菌（即硅酸鹽細(xì)菌）、空氣常見致病菌（即金黃色葡萄球菌）和人體正常菌（即大腸桿菌）為實(shí)驗(yàn)菌株，目的是分析礦物細(xì)顆粒從土壤—空氣—人體過程中與不同常見菌之間的作用過程。通過高效液相色譜法定性、定量分析了三株常見細(xì)菌 EPS主要成分（即胞外低分子有機(jī)酸、氨基酸及多糖中的單糖成分）。利用等離子發(fā)射光譜儀（ICP）、X射線熒光光譜儀（XRF）、X射線衍射儀（XRD）、傅

3、里葉紅外光譜儀（FTIR）、掃描電鏡（SEM）、Zeta電位分析儀等分析測試手段，考察了三株細(xì)菌及其EPS和EPS主要成分對礦物細(xì)顆粒溶出離子、表面電性、表面基團(tuán)和表面形貌的影響。結(jié)果如下：
　?。?）三株常見細(xì)菌EPS主要成分特征表現(xiàn)：有機(jī)酸主要組分包括草酸、乳酸、琥珀酸和檸檬酸；氨基酸主要組分包括組氨酸、精氨酸、酪氨酸和胱氨酸；多糖水解液中的單糖主要組分包括甘露糖、核糖和葡萄糖醛酸。
　?。?）三株細(xì)菌EPS均能使五種礦

4、物表面性質(zhì)（溶出離子、表面電性、表面基團(tuán)和表面形貌）發(fā)生明顯變化，其中對碳酸鹽礦物的影響大于硅鋁酸鹽礦物大于硅酸鹽礦物，即幾種礦物表面性質(zhì)的變化程度為方解石>鈉長石>石英，納米碳酸鈣>納米二氧化硅。
　?。?）三株細(xì)菌EPS對微米級礦物和納米級礦物影響差異較大，納米級礦物表面具有高的化學(xué)活性和吸附能力，使其更容易與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。溶出離子結(jié)果表明，有機(jī)酸、氨基酸和單糖對納米級礦物的溶出離子明顯高于微米級礦物，F(xiàn)TIR結(jié)果表明，納米

5、級礦物表面能吸附更多的有機(jī)物或有機(jī)物基團(tuán)，其吸附能力明顯高于微米級礦物，而納米顆粒的表面能高使有機(jī)酸、氨基酸和單糖對其表面電性的影響明顯小于微米級礦物。細(xì)菌EPS對礦物顆粒表面性質(zhì)的影響明顯大于EPS主要成分，當(dāng)細(xì)菌或者細(xì)菌 EPS對納米級礦物作用時(shí)，納米顆粒表面的這種特性被打破，由Zeta電位結(jié)果可知，細(xì)菌及其細(xì)菌EPS能明顯使納米級礦物表面Zeta電位向負(fù)電荷方向發(fā)生明顯移動。
　?。?）細(xì)菌EPS對礦物細(xì)顆粒表面性質(zhì)的影響過

6、程中，對礦物表面性質(zhì)的影響順序?yàn)榧?xì)菌大于細(xì)菌的EPS大于去EPS后菌體。SEM圖結(jié)果表明，在細(xì)菌對礦物表面形貌的影響過程中，EPS起主要貢獻(xiàn)作用。
　　綜上所述，三株細(xì)菌 EPS對實(shí)驗(yàn)所選五種礦物表面性質(zhì)均有顯著影響，不同細(xì)菌EPS對同一礦物影響不同，同一細(xì)菌EPS對不同礦物表面性質(zhì)影響不同，同一細(xì)菌EPS對微米級礦物和納米級礦物影響有明顯差異，這與細(xì)菌EPS的組分和礦物表面的性質(zhì)密切相關(guān)。以上結(jié)果表明，礦物細(xì)顆粒在整個(gè)遷移過程中