铁改性生物炭负载节杆菌DNS32强化降解阿特拉津

论文摘要

阿特拉津是一种持久性有机污染物,在土壤中不易降解,还会进入水环境中,其使用伴随着巨大的危险,对许多动植物构成威胁。生物降解阿特拉津因其对环境的友好性和降解彻底性而受到普遍关注。然而,污染土壤中的一些环境变量（包括土壤理化性质和有机污染物）会引起微生物群落的显著变化,可能导致一些功能性细菌的活性丧失。生物炭是一种多孔、吸附能力强、环境稳定性高的廉价材料。如果使用生物炭作为降解细菌的载体,可以减轻这种损害,提高功能性细菌活性。基于大量的文献调研,本研究制备了生物炭（BC）和铁改性生物炭（FeMBC）。研究了改性前后生物炭的吸附性能,然后研究了改性前后生物炭负载节杆菌DNS32对阿特拉津的降解特性及对节杆菌DNS32活性的影响。最后,将铁改性生物炭负载DNS32复合材料加入到阿特拉津污染土壤中,研究复合材料对阿特拉津的降解及对微生物群落的作用,为开发环境友好型新材料提供了新的思路。通过上述研究,得到如下结论。（1）利用SEM、FTIR、XPS、XRD对BC、FeMBC进行了表征,并研究了BC和FeMBC对阿特拉津的吸附行为,结果表明:BC保留了天然的微观结构,FeMBC具有与BC相同的孔径结构,但是FeMBC比BC表面粗糙度更高。BC与FeMBC均符合伪二阶动力学模型,说明BC与FeMBC对阿特拉津的吸附的限速步骤为化学吸附。BC与FeMBC的吸附等温线均符合Langmuir方程,BC和FeMBC对阿特拉津吸附的qmax值分别为33.957、41.576、52.542mg/g和38.165、46.221、58.873 mg/g,表明FeMBC具有比BC更好的吸附性能。（2）探讨了生物炭负载DNS32菌株的最佳时间,同时利用SEM、TEM对生物炭负载DNS32复合材料进行表征,结果表明:BC与FeMBC负载DNS32菌株最佳的吸附时间为30min,SEM结果显示DNS32菌株可以自由的进入生物炭内部。TEM结果显示生物炭材料负载的DNS32菌株细胞膜完整。（3）研究了改性前后生物炭负载DNS32复合材料的降解动力学以分析对阿特拉津的降解促进作用,研究了BC、FeMBC对DNS32菌株生长、生物膜形成的影响,同时探究了胞外聚合物（EPS）与阿特拉津的相互作用,结果表明:BC和FeMBC促进了阿特拉津的生物降解,降解动力学利用零级动力学模型拟合表明阿特拉津的去除由生物降解主导。BC和FeMBC对DNS32菌株的生长具有明显的促进作用。FeMBC存在时,DNS32菌株最先进入生长的对数期。BC和FeMBC均可以促进DNS32菌株生物膜的形成,FeMBC由于其粗糙的表面适合细菌挂膜,DNS32菌株生物膜形成量最高。三维荧光光谱和同步荧光光谱表明阿特拉津和EPS之间的强相互作用,主要是类蛋白质明显被阿特拉津淬灭,猝灭过程是静态荧光猝灭。（4）研究了FeMBC负载DNS32复合材料（bFeMBC）对土壤中阿特拉津降解及微生物群落的影响,结果表明:bFeMBC明显增强了土壤中阿特拉津的降解。高通量测序结果显示添加bFeMBC恢复了污染土壤中微生物种类的丰度和多样性,介导了细菌门的动态变化,与未受污染的土壤处理相比,阿特拉津污染土壤中减少了大多数的属,而添加bFeMBC有效地减轻了这种变化。基于PCA分析发现,未污染土壤、污染土壤及添加了bFeMBC的污染土壤菌群差异性比较显著。添加bFeMBC后丰度增加的属大多数属于植物生长促进细菌或污染物降解细菌,这可能是促进阿特拉津生物降解的原因。

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摘要

英文摘要

1 前言

1.1 阿特拉津的来源、危害及去除方法

1.1.1 阿特拉津的来源及使用

1.1.2 阿特拉津的危害

1.1.3 阿特拉津的去除方法

1.2 生物炭对有机污染物吸附的研究进展

1.2.1 生物炭对多环芳烃的吸附

1.2.2 生物炭对抗生素的吸附

1.2.3 生物炭对农药的吸附

1.3 微生物固定化技术

1.3.1 固定化载体的发展

1.3.2 微生物固定化载体的选择与应用

1.4 研究目的、意义与研究内容

1.4.1 研究目的与意义

1.4.2 研究内容

1.4.3 技术路线

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 药品与试剂

2.1.2 主要仪器设备

2.1.3 生物质原料

2.1.4 试验菌株

2.2 生物炭-DNS32复合材料的制备

2.2.1 生物炭的制备

2.2.2 铁改性生物炭的制备

2.2.3 生物炭-DNS32复合材料制备条件优化

2.2.4 生物炭-DNS32复合材料的制备

2.3 生物炭与生物炭-DNS32复合材料的表征

2.3.1 材料孔隙、结构和形貌

2.3.2 DNS32菌株超微结构

2.3.3 生物炭表面官能团

2.3.4 生物炭晶面间距

2.3.5 生物炭元素分析

2.4生物炭吸附实验

2.4.1 阿特拉津的吸附动力学研究

2.4.2 阿特拉津的吸附等温线研究

2.5 生物炭-DNS32复合材料性能的研究

2.5.1 生物炭对DNS32菌株生长影响的研究

2.5.2 生物炭-DNS32复合材料降解阿特拉津的研究

2.6 生物炭-DNS32复合材料促进降解的研究

2.6.1 生物炭对DNS32菌株生物膜形成的影响

2.6.2 胞外聚合物与阿特拉津相互作用的研究

2.7 生物炭-DNS32复合材料修复污染土壤

2.7.1 生物炭-DNS32复合材料降解土壤中的阿特拉津

2.7.2 生物炭-DNS32复合材料对土壤微生物群落的影响

3 结果与分析

3.1 生物炭-DNS32复合材料制备时间优化

3.2 材料表征结果分析

3.2.1 生物炭与铁改性生物炭的表征

3.2.2 生物炭-DNS32复合材料的表征

3.3 生物炭对阿特拉津吸附行为的研究

3.3.1 吸附动力学分析

3.3.2 吸附等温线分析

3.4 生物炭-DNS32复合材料性能研究

3.4.1 生物炭-DNS32复合材料降解动力学的研究

3.4.2 生物炭对DNS32菌株生长的影响

3.4.3 生物炭对DNS32菌株生物膜形成的影响

3.4.4 胞外聚合物与阿特拉津相互作用的研究

3.5 生物炭-DNS32复合材料修复污染土壤

3.5.1 生物炭-DNS32复合材料修复阿特拉津的效果

3.5.2 生物炭-DNS32复合材料对土壤微生物群落的影响

4 讨论

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡松伯

导师: 闫立龙,陈威

关键词: 阿特拉津,生物炭,吸附,生物降解,微生物群落

来源: 东北农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用,农业基础科学

单位: 东北农业大学

分类号: X592;X172

总页数: 55

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铁改性生物炭负载节杆菌DNS32强化降解阿特拉津

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