《微生物與納米材料組裝複合體降解有機污染物的研究》是依託山東大學，由王霞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微生物與納米材料組裝複合體降解有機污染物的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王霞
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
難降解有機污染物引起的環境污染越來越成為影響人類生存與健康的重大問題。研究新的有效控制難降解有機污染物的方法及所涉及機理已成為國內外十分關注的重要課題之一。本項目擬以可有效降解環境有機污染物的菌株Sphingomonas sp. XLDN2-5為研究對象，以Fe3O4納米顆粒、Fe2O3納米顆粒、碳納米管等納米材料為固定化載體，利用納米材料和納米結構本徵的敏感特性，通過交聯、共價或吸附等結合方式實現納米材料與微生物的複合。目標是製備新結構、新性能和高穩定性的微生物/納米材料複合體的新型固定化細胞；考察微生物/納米材料複合體的降解活性、穩定性；探討納米材料與細胞間相互作用；考察反應器中微生物/納米材料複合體對有機污染物的降解行為及其再生方法。該申請項目的研究為納米材料固定化細胞套用於難降解有機污染物的生物修復奠定一定的理論基礎。
結題摘要
本項目旨在將傳統固定化技術與納米技術相結合研究新的有效降解有機污染物的方法及所涉及機理。首先製備表征了Au、Al2O3和Fe3O4等納米顆粒。以咔唑高效降解菌Sphingomonas sp. XLDN2-5為研究對象，以Fe3O4、Fe2O3、Al2O3等納米顆粒及多壁碳納米管為載體，成功構建了微生物細胞/納米顆粒複合體。 與游離細胞相比，微生物細胞/Fe3O4納米顆粒複合體具有良好的咔唑降解活性。而微生物細胞/Fe2O3納米顆粒複合體、微生物細胞/Al2O3納米顆粒複合體、微生物細胞/碳納米管複合體的咔唑降解活性均有不同程度的降低。另外，Fe3O4納米顆粒具有超順磁性，可以利用外加磁場對微生物細胞/Fe3O4納米顆粒複合體進行回收利用。 微生物細胞/Fe3O4納米顆粒複合體咔唑降解性能的詳細研究表明，該複合體具有比游離細胞更寬廣的溫度和pH範圍；當加入LogP小於4的有機溶劑可使游離細胞和複合體均失去咔唑降解能力，LogP 6.6的十二烷可提高該複合體的咔唑降解性能。另外，複合體的咔唑降解性能隨著重複利用次數的增加顯著提高。在4℃保存100天后，複合體仍具有較高的咔唑降解性能。 納米材料與Sphingomonas sp. XLDN2-5細胞之間的相互作用機制研究表明，四種納米材料對微生物細胞的抑菌效應均表現出濃度依賴性。Zeta電位結果表明四種納米材料與Sphingomonas sp. XLDN2-5細胞表面均帶負電荷，靜電斥力的存在可減弱低濃度下納米材料對微生物細胞的毒性作用。對Fe3O4納米顆粒與微生物細胞之間的相互作用機制進行了詳細研究。透射電子顯微鏡結果表明，Fe3O4納米顆粒不僅在細胞表面吸附還能穿透細胞膜滲入到細胞內。且Fe3O4納米顆粒作用後，細胞中谷胱甘肽的含量隨Fe3O4納米顆粒濃度升高而降低，表明細胞內的氧化還原環境遭到破壞。雷射共聚焦顯微鏡觀察發現Fe3O4納米顆粒作用後的Sphingomonas sp. XLDN2-5細胞中出現一定的DNA損傷。 以微生物細胞/Fe3O4納米顆粒複合體為研究對象，建立了柱狀反應器模型和微生物燃料電池反應器模型。在柱狀反應器中，隨著使用批次的增加，咔唑的降解率顯著降低，柱狀反應器堵塞嚴重。而利用微生物燃料電池降解咔唑取得了較好的結果，在降解咔唑同時產生電能，起到了污染物資源化利用的效果。
