《固定化釀酒酵母處理含鈾廢水的特性及機理》是依託清華大學，由陳燦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：固定化釀酒酵母處理含鈾廢水的特性及機理
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：陳燦
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
放射性廢物的安全處理處置是核工業可持續發展的保證。與傳統物理化學方法比較，生物法是具有較大潛力治理大規模放射性廢水的新方法。生物本身特性、對生物-放射性核素相互作用理解不足等因素，限制了生物法的套用。本項目擬以核工業的重要原料放射性核素鈾為對象，以釀酒酵母為模式生物，研究固定化新技術、製備適於處理含鈾廢水、具有實用潛力的固定化酵母，系統、深入地研究固定化酵母處理含鈾廢水的特性及機理。考察多種影響因素以及動力學、熱力學等過程，評價固定化酵母處理含鈾廢水的性能，獲得固定化酵母處理含鈾廢水的特性。結合重要影響因素如pH的控制與分析，綜合利用多種儀器分析手段（SEM-EDX,AFM,XPS,XAFS,FTIR等），在細胞/分子/原子微觀尺度上,分析鈾的去向與賦存形態、細胞固液界面反應機制與界面特徵、細胞內部特徵、水溶液體系變化特徵等,揭示固定化酵母與鈾的相互作用機理,為生物法治理含鈾廢水提供依據。
結題摘要
鈾主要用作為原子能發電的核燃料或製備核武器的原材料。放射性廢物的安全處理處置是核工業可持續發展的保證。生物法是具有較大潛力治理大規模放射性廢水的新方法。生物本身特性、對生物-放射性核素相互作用理解不足等因素，限制了生物法的套用。固定化細胞技術是改善生物法工業化套用的重要技術手段。本項目以核工業的重要原料放射性核素鈾為對象，以釀酒酵母為模式生物，探索比較了多種固定化細胞新技術，製備比較了不同包埋載體（海藻酸鈉/聚乙烯醇/氧化石墨烯）、不同來源形式酵母細胞（工業廢棄乾酵母、商業高活性乾酵母、新鮮培養濕酵母）、不同包埋方法（硼酸-氯化鈣法、磷酸鹽法、硫酸鹽法、硝酸鹽法、共培養方法）等製備的多種固定化酵母，對各類酵母進行了表征，探討了新型固定化酵母吸附鈾的特性及機理。綜合利用聚乙烯醇-硼酸和或海藻酸-氯化鈣兩種製備容易且價格低廉的固定化包埋方法，通過添加新型碳材料氧化石墨烯修飾聚合物材料，獲得了性能優良的新型固定化酵母。該方法降低了聚乙烯醇用量（從經驗值7.5%~15%降低到5%），例如聚乙烯醇、海藻酸鈉、氧化石墨烯分別為5%、1%、0.01%時製備的固定化廢棄酵母顆粒，增強了酵母的機械性能、對酸鹼鹽溶液長期（10個月）浸泡處理具有更強化學抗性，具有較寬泛的pH值使用範圍（3~9）、對鈾吸附穩定，酸脫附效率達到90%以上。分析了多種影響因素如時間、鈾濃度、pH值對固定化酵母吸附鈾的影響，探討了動力學等過程，表明一定反應條件下固定化酵母與自由細胞比較，吸附量從32 mg/g降低到21.4~27.4 mg/g，符合準二級動力學過程。包埋的活性乾酵母具有較高活性，葡萄糖（初始濃度16.3 g/L）利用率達到98.5%以上，乙醇濃度達到6.7 g/L以上。研究證實本項目提供了一種利用氧化石墨烯修飾聚乙烯醇-海藻酸鈉包埋固定化微生物處理含鈾廢水的新方法。結合各類現代儀器檢測技術, SEM-EDS、FTIR、TEM-EDS、XPS、XAFS、ICP-MS、ICP-OES、UV-VIS等證明，固定化細胞中起主要吸附作用的是微生物酵母；吸附的鈾不均勻分布於細胞表面以及細胞內部；細胞含氧含磷基團發揮了重要的鈾吸附作用；固定化酵母不同程度釋放K、Na、Ca、Mg離子；固定化酵母吸附鈾的過程是靜電吸引、離子交換、表面絡合等多種機制共同發揮作用的結果。本研究為含鈾廢水治理提供了依據。
