輻照條件下模擬放射性核素Sr2+的微生物吸附研究.pdf

1、鍶作為核爆、核事故等引起的全球性沉降中危害最大的核素之一，其污染具有隱蔽性和滯后性等特點。為尋求Sr2+的高效微生物吸附劑，探索微生物在放射性環(huán)境下對Sr2+吸附富集的可能性。實驗以直接從自然環(huán)境（土壤）分離獲得菌株和利用工業(yè)酵母分別作為活菌體與死菌體的研究對象，開展特定輻照條件對實驗微生物吸附特性影響對比研究。
　　在對活菌體微生物吸附劑的Sr2+吸附研究中，通過對土壤樣品中分離的47株微生物進行Sr2+的吸附效果對比分析，確定

2、其中1株真菌和11株細菌對Sr2+的吸附效果較好。經(jīng)過長期反復在含Sr2+培養(yǎng)液中的脅迫誘導馴化，所選12株菌在含Sr2+液體培養(yǎng)基中的生長能力、吸附效率及吸附速率均有增強。其中，各土壤分離菌的最大生長速率(υODmax）位置整體提前了0.5d，各菌株吸附吸附平衡基本出現(xiàn)在2.0d～3.0d之間，較馴化前提前了1.0d～2.5d。并通過研究確定實驗條件下較佳吸附條件為初始pH=6.0～7.0，初始接種量Vi=0.5mL/25mL(1/5

3、0)，初始Sr2+濃度C0=25mg/L～100mg/L。
　　各株菌對Sr2+動力學吸附過程為初期吸附平衡、快速吸附增長和二次吸附平衡等三個吸附階段（10＃菌只有后兩個吸附過程），且三個階段均符合準二級反應動力學模型，分階段擬合結果也足反映了活菌體吸附過程復雜，不僅在于復雜的吸附機理，還有其吸附體系的復雜性。在對各株土壤分離菌吸附Sr2+進行等溫吸附模型擬合時發(fā)現(xiàn)，各菌的Sr2+吸附對Langmuir均比Freundlich吸附

4、模型要符合的好，相關系數(shù)R基本在0.98以上，但對qmax分析認為，Langmuir吸附模型對于活菌體吸附Sr2+的研究具有一定局限性。
　　各株菌吸附Sr2+的等溫吸附類型參數(shù)KR均小于0.82，確定其對應等溫吸附類型為有利于吸附行反應進行。各株菌在30℃、pH7.0等實驗條件下，其△G0均為負值，表明實驗條件下各株菌對Sr2+的吸附均能自發(fā)進行。
　　通過對各株土壤分離菌進行輻照條件下篩選及吸附特性研究過程中發(fā)現(xiàn)，0.5

5、kGy和1.0kGy的輻照劑量下，觀察所選12株土壤分離菌在平板上的生長情況，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)實驗菌株的生長受到明顯抑制，但輻照情況下有無Sr2+對于各菌株的菌落形成無明顯影響。其中6＃菌在所有實驗菌株中對輻照的耐受性最好，最后對相對耐輻照的高效土壤分離細菌進行16S rDNA序列測定并與GeneBank數(shù)據(jù)庫進行比對，表明該菌株屬于芽孢桿菌屬(Bacillus)，與短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）序列相似性高達100％。

6、r>　　輻照條件下液相吸附實驗發(fā)現(xiàn)，就整個動力學吸附曲線而言，輻照組菌體對液相中Sr2+的吸附比無輻照對照組有遲滯現(xiàn)象，而接種12.0h實驗組受輻照影響比接種1.0h實驗組受輻照的影響要小些。先吸附Sr2+再輻照實驗顯示，處于吸附初期階段(1.0d～2.0d)的實驗組受輻照的影響較為顯著，而吸附后期輻照前后吸附效率差值不超過1.00％。先輻照后吸附Sr2+實驗認為，吸附時間對各菌株對Sr2+吸附效果的影響比輻照影響更顯著。
　　從

7、不同輻照條件實驗下各菌株的FTIR譜圖變化情況來看，來自菌體細胞上的多糖、蛋白質(zhì)酰胺、脂類等成分變化，反映了實驗輻照條件對各菌株產(chǎn)生的具體損傷作用，且輻照條件下液相中的Sr2+具有一定協(xié)同損傷作用。
　　在對以面包酵母菌為對象的死菌體吸附Sr2+研究過程中，通過批量實驗室實驗確定酵母菌對Sr2+較佳吸附條件為:pH=4.0～5.5，吸附溫度T=20℃～40℃，酵母菌施加濃度Cm=2.0～6.0g/L，Sr2+初始濃度C0=0.25

8、～1.0mmol/L。FTIR分析認為，酵母菌吸附Sr2+的過程的確存在化學吸附過程;相對而言，酵母菌細胞上的多糖、蛋白質(zhì)酰胺成分更多地參與了對Sr2+的吸附過程。
　　1.0kGy劑量輻照面包酵母菌，發(fā)現(xiàn)輻照前后其在不同溫度下對Sr2+的等溫吸附結果均能很好符合Langmuir和Freunlich兩個吸附模型。同時，根據(jù)其對應KR取值在0.88＜KR＜0.11范圍內(nèi)，判定其吸附反應與土壤分離菌活體吸附結果一樣，各實驗溫度下有利于

9、酵母菌對Sr2+的吸附反應進行。對輻照前后不同溫度下酵母菌吸附Sr2+的熱力學分析發(fā)現(xiàn)，其自由能△G0均為負值，且輻照后的菌體對應△G0比輻照前的要低。這首先說明實驗條件下輻照前后酵母菌對Sr2+的吸附反應都能夠自發(fā)進行，同時也能反映出實驗條件下，輻照和溫度提高均能有利于酵母菌對Sr2+吸附反應的自發(fā)進行。
　　對輻照前后酵母菌吸附Sr2+的動力學分析發(fā)現(xiàn)，酵母菌對Sr2+的吸附是一個快速進行的反應過程，30℃下吸附速度要略快一些

10、;且整個吸附動力學過程中，qt均存在30℃＞20℃＞10℃。另外，輻照后酵母菌對Sr2+的吸附效果比相同溫度條件下輻照前實驗組要略好。各實驗溫度下酵母菌對Sr2+的動力學二級吸附速率方程擬合結果中R均在0.999以上，擬合程度較好。在此基礎上，計算獲得酵母菌輻照前后吸附Sr2+的反應活化能Ea分別為9.955kJ/mol和9.162kJ/mol。這一定程度上能夠表明實驗條件下的輻照更有利于酵母菌對Sr2+的吸附反應順利進行。
　　

11、酵母菌對5種重金屬離子與Sr2+吸附的效果綜合分析發(fā)現(xiàn)，其對所選二價離子的吸附具有相似性特性。在相對最佳吸附條件:pH=4.5，Cm=4.0 g/L，C0=1.0mmol/L下，對酵母菌對6種重金屬離子的動力學吸附過程中，其單位吸附量qt和n大小順序均為:Pb2+＞Cd2+＞Sr2+＞ Cu2+＞Zn2+＞ Ni2+。
　　通過論文研究結果認為，從無放射污染土壤中分離的菌株，經(jīng)過實驗條件下的脅迫誘導馴化，可以提高其對Sr2+的吸附