新型生物光電還原體系的構建及其降解機理研究

《新型生物光電還原體系的構建及其降解機理研究》是依託江蘇大學，由李潛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型生物光電還原體系的構建及其降解機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李潛
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

產電微生物因其特有的非特異性還原降解能力而在有機污染物的生物修復中得到廣泛套用。但是產電微生物所釋放的電子能量較低的缺陷嚴重製約了其對很多污染物的降解能力。本課題擬採用將產電微生物和可見光回響型光催化材料相結合，將產電微生物代謝生成的電子傳遞給納米材料，利用可見光激發將電子的能量提高，從而建立新型的生物光電降解體系，實現對有機污染物的高效還原降解。根據這一理論設計，本項目從可見光催化納米材料的合成表征、產電微生物電子傳遞機制、以及納米材料的生物相容性三個方面入手，通過最佳化自行設計的小型厭氧可見光還原降解裝置的運行參數實現對有機廢水的高效降解，並結合分子生物學、微生物學、分析化學等多種方法，解析生物電子傳遞機制和化學降解過程，闡釋生物光電還原降解機理。本項目的順利開展將能顯著增強產電微生物的降解能力，擴展其在環境修復中的套用範圍，具有重要的學術價值和良好的套用前景。

結題摘要

產電微生物因其特有的非特異性還原降解能力而在有機污染物的生物修復中得到廣泛套用。但是產電微生物所釋放的電子能量較低的缺陷嚴重製約了其對很多污染物的厭氧降解能力。因此，本項目針對產電微生物所釋放電子能量較低、還原能力不足的缺點，通過模式產電菌株S. oneidensis MR-1和光還原納米材料聯用構建新型的“生物光電”降解體系，從而將產電微生物代謝生成的電子傳遞給納米材料，並通過光激發將電子的能量提高，從而實現對有機污染物的高效還原降解。根據這一理論設計，本項目首先從光催化納米材料的生物合成及表征著手，研究利用S. oneidensis MR-1為生物催化劑，生物合成具有光催化能力的ZnS、CdS等金屬硫化物納米材料；然後再通過多種技術方法解析了產電微生物對有機污染物厭氧降解的機制，證實了產電微生物細胞表面的非特異電子釋放介導了胞外污染物廣譜降解能力；在此基礎上，我們開發了利用染料作為指示劑評估微生物產電能力的方法，並進一步發展了用於研究污染物厭氧降解的高通量測量方法；在納米材料生物相容性研究方面，我們證實光催化納米材料可以通過產生ROS進行群體感應信號分子的淬滅來控制生物膜的形成。而光照條件能影響Ag基納米材料的生物毒性；在上述研究的基礎上，我們分別利用生物合成的CdS納米顆粒和化學合成的Ag3PO4納米材料與S. oneidensis MR-1聯用，構建了新型生物光電還原體系，成功實現了對多種污染物的高效厭氧降解。本項目的順利開展極大地增強產電微生物的降解能力，擴展其在環境修復中的套用範圍，為難降解有機污染物的高效生物處理提供一種全新的技術手段，具有重要的學術價值和良好的套用前景。