| 题名 | 生物氧化锰的形成及其对重金属离子的吸附、氧化作用机理 |
| 作者 | 孟佑婷 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 贺纪正 |
| 关键词 | 生物氧化锰 锰氧化菌 吸附 氧化 机理 重金属 镉 铬 Biogenic Mn oxides Mn oxidizing bacteria Sorption Oxidation Mechanism Heavy metals Cd Cr |
| 其他题名 | Formation of biogenic Mn oxides and reactive mechanisms with heavy metals in environment |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 锰氧化物是最具反应活性的一类矿物，决定着环境中许多物质的归趋，在元 素生物地球化学循环中起着重要作用，其形成机制和环境效应备受关注。已有研 究表明，环境中锰氧化物的形成与微生物作用紧密相关，锰的生物氧化速率比无 机氧化速率高105 倍。本文研究了从土壤中筛选得到的锰氧化菌氧化Mn(II)的能 力、生物氧化锰的性质特点及其对重金属离子的吸附和氧化作用机理。 对三株筛选自土壤铁锰结核的锰氧化菌（芽胞杆菌Bacillus sp. WH4，芽胞杆 菌Bacillus sp. GY16 和假单胞菌Pseudomonas sp. WHS26）形成生物氧化锰的能 力进行了测定，结果表明，Pseudomonas sp. WHS26 在生长稳定后开始大量形成 棕黑色生物氧化锰沉淀。Bacillus sp. WH4 和Bacillus sp. GY16 在芽孢开始形成 后大量形成棕色生物氧化锰沉淀；在三株锰氧化菌形成生物氧化锰的过程中，都 没有Mn(III)中间产物的形成。扫描电镜和元素分析（SEM-EDS）结果表明，生 物氧化锰大量聚集在锰氧化菌的表面；X 衍射（XRD）分析结果显示，生物氧化 锰为弱结晶（或短程有序）的物质。透射电镜（TEM）图像表明，生物氧化锰为 无定形态的纳米微粒。Bacillus sp. WH4，Bacillus sp. GY16 和Pseudomonas sp. WHS26 形成的生物氧化锰的比表面积分别为30.6，48.9 和118 m2/g。 对Bacillus sp. WH4，Bacillus sp. GY16 和模式锰氧化菌Pseudomonas putida MnB1 形成的生物氧化锰对Cd 的吸附特性、pH 值的影响、吸附动力学进行实验， 用化学合成氧化锰钙锰矿作为对比。对生物氧化锰和化学氧化锰吸附Cd 的机理 进行了深入探讨。结果表明，当Cd 浓度为0.8 mM，pH 值为7.5 时，Bacillus sp. WH4，Bacillus sp. GY16 和Pseudomonas putida MnB1 形成的生物氧化锰和钙锰 矿对Cd 的最大吸附量分别为2.04，1.20，0.83 和0.71 mmol/g。化学氧化锰和生 物氧化锰吸附Cd 的过程都受到溶液pH 的影响，在pH 4.5-8.3 范围内均有稳定 的吸附量。Bacillus sp. WH4 和Pseudomonas putida MnB1 形成的生物氧化锰对 Cd 的吸附速率常数远高于钙锰矿。在生物氧化锰和化学氧化锰吸附Cd 的过程中 都发现了溶液pH 的降低，而仅在生物氧化锰吸附Cd 的过程中发现了Mn2+浓度的升高。这表明生物氧化锰和钙锰矿吸附Cd 的机理有所不同。 Bacillus sp. WH4 形成的生物氧化锰氧化Cr(III)的效率最高。在生物氧化锰 和化学氧化锰氧化Cr(III)的过程中都没有发现中间产物Mn(III)起到关键作用。 三株锰氧化菌Bacillus sp. WH4，Bacillus sp. GY16 和Pseudomonas sp. WHS26 均 不能直接氧化Cr(III)，少量Mn(II)是必要元素。锰氧化菌通过不断形成高活性的 生物氧化锰来氧化Cr(III)，反应产物补充给锰氧化菌不断形成生物氧化锰，因此 形成一个氧化循环。尽管Mn(II)是必备因素，但是高浓度的Mn(II)反而抑制了 Cr(III)的氧化。 锰氧化菌及其形成的高活性生物氧化锰对环境中重金属离子的形态、迁移和 转化起到重要作用。以上结果对于理解和掌握锰氧化菌和生物氧化锰存在条件下 重金属元素在环境中的迁移转化规律有着非常重要的意义；同时，也为生物氧化 锰在环境修复中的潜在应用提供重要的理论依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 公开日期 | 2010-06-04 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/329]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_土壤环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孟佑婷. 生物氧化锰的形成及其对重金属离子的吸附、氧化作用机理[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2009. |
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