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氧化亚铁硫杆菌与黄铁矿表面发生的吸附作用,破坏了原本稳定的固液界面粒子分布格局,深刻地改变并将重新建立新的稳定的黄铁矿一溶液界面的双电层结构,它的结构改变必将影响细菌在黄铁矿表面的吸附以及电子在界面间的传递与迁移,进行微生物在黄铁矿表面吸附机制的研究,有助于寻找提高硫化矿微生物浸出反—应速度的有效途径,推动生物湿法冶金技术的发展。
论文以表面能检测(接触角和Zeta电位)及界面相互作用自由能计算等为主要手段,从热力学角度以及利用扩展DINO理论从Lifshitz-van der Waals(LW)引力、Lewis acid-base(AB)酸碱相互作用力和静电引力或斥力(EL)等微观力学方面揭示氧化亚铁硫杆菌在黄铁矿表面的吸附机制;采用单因素和正交试验法研进行了纯黄铁矿细菌浸出研究。
黄铁矿表面性质的测定结果表明:微生物浸出过程中黄铁矿的表面亲水性和表面能是逐渐下降的,氧化亚铁硫杆菌的表面能明显高于黄铁矿的表面能。Zeta,电位测量结果显示,黄铁矿和氧化亚铁硫杆菌的ζ电位随着溶液pH值的升高而逐渐下降,氧化亚铁硫杆菌的等电点小于pH2.5。
通过热力学方法计算发现氧化亚铁硫杆菌在黄铁矿表面吸附总自由能的Lifshitz-范德华组分为负值,表现为吸引力。而吸附总自由能的Lewis酸碱组分为正值,表现为排斥力,导致氧化亚铁硫杆菌在黄铁矿表面吸附的总自由能为正,由于热力学途径中没有考虑静电相互作用,所以从热力学角度无法说明氧化亚铁硫杆菌在黄铁矿表面的吸附。
通过扩展DINO途径建立的吸附势能曲线表明:黄铁矿与氧化亚铁硫杆菌之间的范德华作用力为长程吸引力,酸碱作用力表现为短程排斥力,静电作用在酸性条件中表现为吸引力,而在碱性条件中表现为排斥力。酸性条件下,当细菌由无穷远处向黄铁矿表面靠近时,在作用距离为40A左右,氧化亚铁硫杆菌与黄铁矿表面之间的吸引力达到最大值,从而使氧化亚铁硫杆菌吸附在黄铁矿表面,而碱性条件下,由于氧化亚铁硫杆菌与黄铁矿表面之间非常强的静电排斥力导致氧化亚铁硫杆菌不能吸附在黄铁矿表面,而是停留在介质溶液中。氧化亚铁硫杆菌在酸性条件中能产生聚集状态,碱性条件下分散在介所处细胞周期有关,快速增殖的BMSCs细胞呈现高表达CXCR4。