【摘 要】
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随着我国经济的快速发展,印染等行业规模不断扩大,染料废水污染问题成为人们日益关注的焦点。由于染料废水具有化学稳定性和生物毒性,很难被自然降解。大量印染废水排放到自然环境后,对生态系统和人类健康造成极大危害。因此,探索高效环保的染料废水处理技术迫在眉睫。纳米硫化亚铁因其高效的催化性能而被应用于环境治理领域,但是存在消耗量大、不稳定、易团聚等问题;异化金属还原菌在生态修复方面扮演着重要角色,其反应条件
【基金项目】
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国家重点研发计划合成生物学重点专项（2021YFA0910400）； 国家自然科学基金； 教育部霍英东基金； 江苏省自然科学基金和江苏省农业科技自主创新资金；
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随着我国经济的快速发展,印染等行业规模不断扩大,染料废水污染问题成为人们日益关注的焦点。由于染料废水具有化学稳定性和生物毒性,很难被自然降解。大量印染废水排放到自然环境后,对生态系统和人类健康造成极大危害。因此,探索高效环保的染料废水处理技术迫在眉睫。纳米硫化亚铁因其高效的催化性能而被应用于环境治理领域,但是存在消耗量大、不稳定、易团聚等问题;异化金属还原菌在生态修复方面扮演着重要角色,其反应条件温和,但存在处理效率低的问题。因此,本研究将两者优势相结合,构建了一种FeS纳米材料/细胞杂合体系,并探究其对甲基紫和甲基橙染料的去除性能和去除机制,发现杂合体系能够高效去除有机染料,并显著提高FeS的利用率,为有机染料的高效去除提供了新的思路。本文研究结果如下:（1）建立了硫化亚铁纳米材料/细胞杂合体系的构建方法,构建了生物纳米杂合细胞。希瓦氏菌（Shewanella）在以氯化铁为铁源、硫代硫酸钠为硫源的厌氧反应体系中培养6 h后,通过扫描电镜和透射电镜观察细胞微观形貌,发现合成的纳米材料与细胞表面紧密结合,证明形成杂合细胞,通过荧光显微镜观察杂合细胞具有高活性。随后通过EDS和XRD表征,证明了纳米材料为纳米四方硫铁矿,证明成功构建了SW@FeS（Shewanella@FeS）杂合细胞。通过研究分析不同合成体系下构建的杂合细胞的微观形貌特征,得出生物纳米杂合细胞合成的最佳条件。研究表明,在氯化铁浓度、硫代硫酸钠浓度和希瓦氏菌OD600分别为0.1 m M、0.1 m M和0.1的合成条件下,硫化亚铁纳米材料能够较为均匀的分布在细胞表面,构成了一种理想的SW@FeS杂合细胞。（2）研究了杂合细胞对典型三苯甲烷类染料甲基紫的去除性能。研究表明,杂合细胞对甲基紫具有高效的去除性能,其对甲基紫的去除效率是无碳源希瓦氏菌的8.5倍,是希瓦氏菌的3.2倍,是无碳源杂合细胞的1.9倍。并且杂合细胞平均每消耗1 μM纳米硫化亚铁可去除0.45 mg/L甲基紫,是无碳源杂合细胞的4.7倍,显著提升了纳米硫化亚铁的利用效率。研究表明,在p H=7、温度为30℃和初始底物浓度为70 mg/L的条件下,杂合细胞的去除效果最好。最后研究发现,希瓦氏菌主要是通过自身代谢在胞内产生电子,并且通过Mtr电子传递途径将胞内电子传递至细菌表面的硫化亚铁纳米材料,从而实现铁离子的原位循环再生,使杂合细胞持续高效的去除污染物。（3）研究了杂合细胞对典型偶氮类染料甲基橙的去除性能。研究表明,杂合细胞对甲基橙的去除效率显著高于无碳源希瓦氏菌、希瓦氏菌和无碳源杂合细胞,是无碳源希瓦氏菌的2.4倍,是无碳源杂合细胞的1.8倍,是希瓦氏菌的1.6倍。并且1,4-Benzenediamine,N,N-dimethyl-是主要的去除产物,表明杂合细胞可以使甲基橙氮氮双键断裂,对甲基橙具有良好的去除性能。综上所述,本研究建立了一种硫化亚铁纳米材料/细胞杂合体系的构建方法,通过硫化亚铁纳米材料在希瓦氏菌表面的原位合成,构建了一种理想的高活性的生物纳米杂合细胞,实现了对典型三苯甲烷类染料甲基紫和典型偶氮染料甲基橙的持续高效去除,在染料污水治理领域具有一定的应用前景。
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