《基於分子模擬的過渡元素與生物磁體間趨聚特性研究》是依託山西大學，由宋慧平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於分子模擬的過渡元素與生物磁體間趨聚特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋慧平
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
掌握過渡元素在趨磁細菌吸附分離中的優先選擇性規律，對趨磁型生物治污技術的實際套用與推廣具有關鍵作用。本申請書擬基於元素周期律等化學化工基礎理論，結合分子模擬和實驗的方法，對過渡元素與趨磁生物體之間的趨向性聚集及吸附行為展開研究，建立抽象化的過渡元素、生物吸附壁面及固液界面體系的物理模型，分析被吸附元素的電子排布特性對趨磁生物體吸附選擇性的影響規律，從微觀粒子間相互作用的角度研究巨觀的生物吸附過程，深化巨觀研究的微觀理論基礎。本申請書的研究可望在趨磁生物吸附理論研究方面建立新的研究方法，並有助於獲取新的生物吸附套用技術方面的原理。
結題摘要
趨磁細菌具備獨特的趨磁性，能夠藉助高梯度磁場使附著金屬離子的生物體從溶液中快速地脫除，迴避常規微生物治污過程中離子被吸附後不易從水中直接分離出來的難題。 本項目的立題點即為趨磁細菌和重金屬離子之間的作用機理，研究目標為探索吸附過程中重金屬擴散特性與吸附選擇性的關係，研究方法是將元素周期律的思想耦合進趨磁生物吸附過程的研究之中，即基於元素周期律，從電子排布的角度出發，研究過渡元素的族與周期演變對趨磁性微生物吸附特性的影響規律。 在青年基金的資助下，研究工作得出的結論包括： （1）在完成菌株的分離、純化、生理生化及16SrDNA測序等實驗的基礎上，開展了金屬離子的吸附實驗，並建立了生物磁體和吸附過程固液體系的抽象物理模型。研究發現儘管培育趨磁菌種的經濟性還有待改善，但在多種水體中都容易收集到此類菌種；除了專門的培養基之外，常見的絮狀污泥水體環境也比較貼近趨磁細菌的生活習性，可以在未來的研究中考慮將此菌種進行實地培養。 （2）確定了固液體系中過渡元素離子被吸附前的穩定構型，基於元素原子外圍電子數及電子層數的原則，建立過渡元素離子的物理模型，根據元素周期律的特點，採用統一化的數學方程式表征被吸附離子，並用以預測吸附過程中離子被菌體捕集的傾向性。 （3）在吸附過程中，起作用的菌體表面功能基團主要包括-COOH、-PO3H、-OH等。發現了MTB吸附重金屬具備選擇性的原因之一在於菌體表面基團能幹擾周邊微電磁場，進而影響重金屬向基團擴散的先後次序，導致出現競爭吸附的現象。在多元重金屬體系中，各種菌體基團通過所產生的不同靜電力對不同組分的動態捕集傾向存在差異，致使巨觀吸附呈現出優先次序，如同-PO3H和-COOH之優先捕集Au(III)、-PO3H之優先捕集Ni(II)、-OH之優先捕集Cu(II)等；而各種菌體基團的數量和比例對巨觀吸附性質同樣會產生影響。 （4）本項目在探索MTB吸附機理的同時，也在嘗試用MTB的廉價仿生替代物（表面改性高鐵粉煤灰）實現重金屬的選擇性捕集。 目前為止，在本基金資助下共發表11篇外文論文（含1篇接收），5篇中文核心論文（含1篇接收），2篇中文論文；其中，5篇SCI收錄（含1篇SCI源刊接收），5篇EI收錄，1篇ISTP收錄；共申報2項國內發明專利。
