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关键词：
类Fenton,橙黄Ô,羟基自由基,高价铁,离子交换树脂
发表时间：
2013-02-03 16:55:52
摘要: 从土壤铁锰结核及其附近土壤中分离、培养并筛选到3 株锰氧化细菌: 芽孢杆菌( Baci llu s sp. )WH 4 和GY16, 假单胞菌( P seud om onassp. )WH S26, 应用这3 个菌株大量合成了生物氧化锰. 在此基础上, 比较研究了这3个菌株催化合成的生物氧化锰与一种化学合成锰氧化物矿物( S-M nOx : Syn thes izedM n oxide)对重金属Cu2+ 、Zn2+ 、Cd2+ 的吸附特征. 结果表明, 3 种生物氧化锰对重金属的吸附具有明显优势, 其对C u2+ 、Zn2+ 、C d2+ 的最大吸附量约为S-M nOx的10~ 100倍; 各种氧化锰对Cu2+ 、Zn2+ 、C d2+ 的吸附过程均符合Langmu ir等温吸附模型, 且是一个快速吸附的过程; 3 种锰氧化物对Cu2+ 、Zn2+ 、C d2+ 3 种重金属的最大吸附量与其比表面积呈正相关, 吸附过程受pH 影响, 最适的pH 范围为3~ 6.
锰氧化物是自然界广泛存在的具有高度反应活性的一类氧化物. 作为天然强氧化剂, 锰氧化物广泛参与自然界中各种有机和无机化合物的氧化还原反应, 对土壤、沉积物和水体的化学组成及化学性质有着广泛影响( Pos,t 1999) . 锰氧化物还具有很强的吸附能力, 能吸附多种重金属和微量元素(如Cu、Zn、Pb、Co、Cd、H g、As、Cr等) , 控制着海洋、地壳中的放射性元素(如U、Pu、Th、Ra)和其它重要元素的形态、迁移和转化( Todd et al. , 1988; Tebo
et al. , 2004; 赵安珍等, 2006; 郑德圣等, 2003).
虽然化学氧化Mn2+ 离子形成Mn3+ /Mn4 + 氧化物是热力学的自发过程, 但此氧化过程的动力学速
度较慢. 微生物, 特别是细菌可强烈催化Mn2 + 的氧化及锰氧化物的生成, 使Mn3+ /Mn4 + 的生成速率比表面化学氧化快得多(快至105倍) ( Tebo et a l. ,2004) . 因此, 生物氧化被认为是控制环境中锰氧化物形成的重要因素之一. 生物催化氧化形成的氧化锰再经过其它无机反应或老化过程, 形成各种具有规则结构的锰氧化矿物(M iyata et al. , 2007) . 很多研究表明, 由微生物催化合成的锰氧化物即生物氧(L ep tothrix d iscophora) SP-6菌株能合成类似钙锰矿( Todorokite)的生物氧化锰, 其长和宽分别为20 ~100 nm 和1. 5~ 4 nm, 具有纳米材料的结构和性质( K im et al. , 2003). 盘状纤发菌的另一菌株SS-1的锰氧化产物也具有相似的特点, 对Pb 的吸附能力高达化学合成锰氧化物的500 ~ 5000 倍( Ne lsonet al. , 2002) . 恶臭假单胞菌(P seudomonas putida )MnB1生成的锰氧化物吸附的Zn2+ 位于其结构空穴的上下方, 最大吸附量达4. 1 mol#kg- 1, 与锰氧化物
的阳离子空穴量相吻合, 而且锰氧化物优先于其它生物物质(生物膜等) 吸附重金属( Toner et a l. ,2006) . 更多的研究还表明, 生物合成的锰氧化物对Co2+ 、N i2+ 、Cd2+ 、U6+ 、A s3 + 等金属元素也有较强的吸附和氧化能力, 是具有重要开发潜能的新型吸附剂、离子交换剂和催化剂材料( Ne lson et al. , 1999;2002; Tani et al. , 2004; V illalobos et al. , 2005a;W ebb et al. , 2006; M iyata et al. , 2007), 也是目前国际上研究的热点.
et al. , 2004; 赵安珍等, 2006; 郑德圣等, 2003).
虽然化学氧化Mn2+ 离子形成Mn3+ /Mn4 + 氧化物是热力学的自发过程, 但此氧化过程的动力学速
度较慢. 微生物, 特别是细菌可强烈催化Mn2 + 的氧化及锰氧化物的生成, 使Mn3+ /Mn4 + 的生成速率比表面化学氧化快得多(快至105倍) ( Tebo et a l. ,2004) . 因此, 生物氧化被认为是控制环境中锰氧化物形成的重要因素之一. 生物催化氧化形成的氧化锰再经过其它无机反应或老化过程, 形成各种具有规则结构的锰氧化矿物(M iyata et al. , 2007) . 很多研究表明, 由微生物催化合成的锰氧化物即生物氧(L ep tothrix d iscophora) SP-6菌株能合成类似钙锰矿( Todorokite)的生物氧化锰, 其长和宽分别为20 ~100 nm 和1. 5~ 4 nm, 具有纳米材料的结构和性质( K im et al. , 2003). 盘状纤发菌的另一菌株SS-1的锰氧化产物也具有相似的特点, 对Pb 的吸附能力高达化学合成锰氧化物的500 ~ 5000 倍( Ne lsonet al. , 2002) . 恶臭假单胞菌(P seudomonas putida )MnB1生成的锰氧化物吸附的Zn2+ 位于其结构空穴的上下方, 最大吸附量达4. 1 mol#kg- 1, 与锰氧化物
的阳离子空穴量相吻合, 而且锰氧化物优先于其它生物物质(生物膜等) 吸附重金属( Toner et a l. ,2006) . 更多的研究还表明, 生物合成的锰氧化物对Co2+ 、N i2+ 、Cd2+ 、U6+ 、A s3 + 等金属元素也有较强的吸附和氧化能力, 是具有重要开发潜能的新型吸附剂、离子交换剂和催化剂材料( Ne lson et al. , 1999;2002; Tani et al. , 2004; V illalobos et al. , 2005a;W ebb et al. , 2006; M iyata et al. , 2007), 也是目前国际上研究的热点.
具有锰氧化活性的微生物种类多样, 广泛分布于海洋、淡水和土壤环境中, 但目前国际上对于锰
的生物氧化合成的研究仅限于从海相和湖相分离的锰氧化微生物. 本研究中从土壤铁锰结核及其附
近土壤中分离筛选得到3株具有高锰氧化活性的细菌, 并应用这3个菌株合成大量生物氧化锰, 在此基
础上, 比较研究了合成的生物氧化锰与化学合成的氧化锰对重金属Cu2+ 、Zn2+ 、Cd2+ 的吸附特征. 旨在研究生物氧化锰在吸附重金属方面的特殊性能及其在生物地球化学循环过程中的作用, 并希望可以将其应用于重金属污染环境的修复.化锰除与环境中自然形成的锰氧化物具有相似的特征外, 与人工化学合成的锰氧化物相比还具有以下特点: 结晶弱、粒径小、Mn价态高、结构中八面体空穴多, 因而其具有更强的吸附、氧化等表面活性( Toner et al. , 2006). 如从海洋分离到的盘状纤发菌将其应用于重金属污染环境的修复.
的生物氧化合成的研究仅限于从海相和湖相分离的锰氧化微生物. 本研究中从土壤铁锰结核及其附
近土壤中分离筛选得到3株具有高锰氧化活性的细菌, 并应用这3个菌株合成大量生物氧化锰, 在此基
础上, 比较研究了合成的生物氧化锰与化学合成的氧化锰对重金属Cu2+ 、Zn2+ 、Cd2+ 的吸附特征. 旨在研究生物氧化锰在吸附重金属方面的特殊性能及其在生物地球化学循环过程中的作用, 并希望可以将其应用于重金属污染环境的修复.化锰除与环境中自然形成的锰氧化物具有相似的特征外, 与人工化学合成的锰氧化物相比还具有以下特点: 结晶弱、粒径小、Mn价态高、结构中八面体空穴多, 因而其具有更强的吸附、氧化等表面活性( Toner et al. , 2006). 如从海洋分离到的盘状纤发菌将其应用于重金属污染环境的修复.
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