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金属硫化物矿山的开发会造成严重的重金属污染,已经成为世界性的环境问题。氧化亚铁硫杆菌是金属硫化物矿山环境中常见的重要微生物类型,研究氧化亚铁硫杆菌的表面电化学特征对于解释微生物氧化作用和对重金属离子的吸附作用有着重要意义,有助于矿山重金属污染现象的认识和修复。本文通过酸碱滴定实验和Cu2+的吸附实验系统研究了不同生长阶段氧化亚铁硫杆菌的表面化学特征。
酸碱滴定分析表明:不同生长阶段的氧化亚铁硫杆菌表面电化学特征存在一定的差异。利用不同生长阶段的氧化亚铁硫杆菌进行酸滴定实验和zeta电位测量。发现三个不同生长阶段的细胞大量吸附质子的pH范围各不相同,三个不同生长阶段的等电点(IEP)分别为对数生长期:pH=7.23;稳定期:pH=2.58;衰亡期:pH=3.47。这可能与不同生长阶段细菌表面化学基团的组成发生变化有关。
不同生长阶段氧化亚铁硫杆菌表面化学特征的差异还影响其吸附重金属离子的性能。Cu2+吸附实验显示存在Cu2+与细菌表面质子的交换作用,溶液的pn值和细菌表面基团构成的变化对Cu2+的吸附有显著的影响。基于Cu2+吸附等温线的测定和模型分析,发现三个阶段的吸附等温线均符合Langmuir和Freundlich吸附模型,根据Langmuir模型计算得到不同生长阶段的每个细胞的Cu2+饱和吸附量为对数生长期6.53×10-12 g/cell;稳定期2.92×10-12 g/cell;衰亡期5.27×10-12 g/cell。对数生长期具有较强的吸附性能,衰亡期的吸附行为可能受EPS的影响较大。
鉴于微生物-矿物的直接接触作用是微生物分解矿物的重要机制,本文探索开展了不同生长阶段氧化亚铁硫杆菌在矿物表面附着的实验,发现黄铁矿对不同生长阶段的氧化亚铁硫杆菌的吸附量为:衰亡期>稳定期>对数期。推测细菌表面的电化学性质和EPS发育程度可能是影响附着行为的关键因素。