土壤异化铁还原及其在污染控制中的应用

铁是土壤环境中氧化还原反应重要的变价元素.异化铁还原是自然界中铁还原的主要方式.异化铁还原与有机污染物的转化、重金属的老化、固定及营养物质的转化过程密切相关,具有重要的环境效应.本文较为详细地综述了土壤异化铁还原的机制、影响因素及污染控制应用研究现状,并提出了今后研究工作的重点.     

高岭土生物除铁实验及动力学分析

利用异化铁还原微生物去除高岭土中的3价氧化铁杂质,研究pH和温度对高岭土中3价氧化铁去除的影响,分析了高岭土生物除铁过程中pH、UORP和葡萄糖质量浓度变化趋势.采用Logistic方程对不同pH去除高岭土中3价铁杂质的过程进行拟合.结果表明:pH和温度对高岭土生物除铁有较大的影响,生物除铁的最适pH为7,最适温度为30 ℃.在生物除铁过程中葡萄糖质量浓度、pH及UORP均随着高岭土中的3价氧化铁去除量的增加而降低.     

微生物异化还原及其对硝基苯的耦合降解

通过静态实验对地下环境中微生物异化还原降解硝基苯作用及其影响因素进行了研究。结果表明,铁还原微生物能以简单有机物为碳源生长并还原针铁矿,硝基苯可以作为唯一碳源被铁还原微生物利用,随着硝基苯浓度的升高,铁还原微生物的生长逐渐受到抑制,硝基苯浓度为600mg/L时,铁还原微生物的生长停滞。针铁矿浓度0.3mg/L、铁还原微生物浓度2?08cells/mL时耦合体系对硝基苯降解效果最好,硝基苯降解率达78.5%以上。腐植酸能作为电子穿梭体促进耦合体系中硝基苯的衰减,硝基苯降解率达88.8%以上,而维生素B2（VB2）抑制了硝基苯的降解。     

三峡库区土壤铁异化还原及其对铁形态影响

采用三峡库区紫色土和黄壤在N2覆盖下进行淹水恒温(25℃)厌氧培养,对土壤淹水铁异化还原及其对铁形态转变的影响进行研究。实验结果表明,土壤淹水厌氧培养过程,pH向中性转变,体系从氧化环境转入还原环境,黄壤氧化还原转换趋势更为明显。黄壤Fe(Ⅱ)增加趋势明显,Fe(Ⅱ)含量达到3 495.21mg/kg,紫色土为536.44mg/kg,而无菌对照土壤Fe(Ⅱ)含量无增加趋势,证实铁的异化还原过程是受微生物活动驱动。土壤铁从Res-Fe向Oxide-Fe活化,同时土壤Fe(Ⅱ)的含量与Oxide-Fe含量呈显著正相关,说明铁形态的改变是受铁的异化还原作用所导致的。     

硫酸盐还原菌的脱硫性能和铁还原性能

研究了硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)Desulfovibrio sp.CMX在不同pH值、碳源、初始硫酸根(SO42-)浓度条件下的脱硫能力,并研究了D.sp.CMX在不存在SO42-的情况下的Fe(Ⅲ)EDTA(EDTA:乙二胺四乙酸)还原能力.结果表明,在pH=7,碳源为乳酸钠时,D.sp.CMX的脱硫效果最好.SO42-的初始浓度越大,60 h时的SO42-去除率越低.在不存在SO42-的情况下,D.sp.CMX可以直接将Fe(Ⅲ)EDTA生物还原成Fe(Ⅱ)EDTA,在Fe(Ⅲ)EDTA的浓度达到25 mmol/L时,菌株的铁还原率仍可达到62.51％.但是,随着Fe(Ⅲ)EDTA浓度的升高,D.sp.CMX的生长量下降.通过此阶段的研究,为进一步进行化学吸收结合生物还原同步脱硫脱硝实验研究提供了理论依据.     

韩国丛毛单胞菌CY01的铁还原和腐殖质还原

从广东四会原始森林土壤中分离到一株能高效还原Fe(Ⅲ)和腐殖质(HS)的兼性厌氧菌,编号为CY01.该菌株被鉴定为Comamonas koreensis.厌氧条件下,能氧化的电子供体有:丙三醇、葡萄糖、蔗糖;能还原的Fe(Ⅲ)有柠檬酸铁、氢氧化铁、水铁矿、针铁矿,还可以还原HS的类似物AQDS(2,6-双磺酸蒽醌).在这些厌氧氧化还原过程中,Fe(Ⅲ)和AQDS是CY01的电子受体.结合菌株CY01的形态学、生理生化和分子生物学特性,将菌株鉴定为Comamonas koreensis.     

异化金属还原菌利用发酵制氢废液还原软锰矿

利用纯二氧化锰在微酸性条件下对异化金属还原菌进行驯化,二氧化锰的颜色由黑色逐渐变浅至白色,X射线衍射分析表明微生物可有效还原二氧化锰成为碳酸锰;以发酵制氢废液为还原底物,利用异化金属还原菌在不同酸性条件下直接浸出低品位软锰矿,通过单因素实验研究厌氧条件、pH值对锰浸出率的影响,并对制氢废液化学需氧量(COD)的去除率及浸出机理进行研究.结果表明,异化金属还原菌利用发酵制氢废液还原软锰矿,厌氧浸出优于好氧浸出,最佳pH值为3.0～3.5,浸出时间为3 d时,最大浸出率达到98%;用软锰矿对发酵制氢废液在微酸性条件下进行降解,COD质量浓度为2612 mg.L-1时最大去除率达到84%,COD去除率随软锰矿量的增加而增大.     

Geobacter metallireducens异化还原铁氧化物三种方式

异化金属还原菌通过络和剂、电子传递中间体、直接接触三种方式异化还原金属氧化矿.以Geobacter metallireducens还原铁氧化物为实验体系,利用微生物燃料电池考察了以上三种方式对异化还原铁氧化物的影响.结果表明,微生物异化还原铁氧化矿时,NTA,AQDS在初始阶段显著加速铁氧化物的还原,但也加速磁铁矿的生成,阻碍反应继续进行;直接接触方式起着重要作用,吸附形成的生物膜是一个关键因素,其形成是一个相对较长的过程.生物膜的形成阻碍电子传递中间体发挥作用.     

一株Cr(Ⅵ)还原菌的鉴定及其还原特性

从长沙铬盐厂区的被污染土壤中分离获得一株具高效还原高浓度Cr(Ⅵ)的细菌,利用PCR扩增获得该菌16S rDNA部分序列,经测序和比对确定菌株为Pannonibacter sp..研究该菌株的生理特性、培养条件以及还原六价铬的最佳条件.研究结果表明,该菌为革兰氏阴性菌,显微镜下观察为短杆状,好氧;该菌在pH为9,温度为30℃时生长最好;pH为8,30℃时六价铬还原效果最佳;16 h内可将质量浓度为300 mg/L的Cr(Ⅵ)还原90%以上.     

亲水铁碳缓释材料制备及其强化地下水生物还原脱氯效果

通过二步球磨法制备了以木质素磺酸钠（SL）为表面修饰剂的纳米零价铁（nZVI）-聚乳酸（PLA）-生物炭（BC）复合材料,表征了其亲水和缓释碳的特性,明确了其强化地下水中氯代烃（CHCs）生物还原脱氯的效果和最佳组分配比.结果表明：所制备的铁碳材料具有良好的亲水性和缓释碳性,72 h后材料释碳量趋于稳定.材料能够有效协同异化铁还原菌脱氯降解1,1,1-三氯乙烷（1,1,1-TCA）,168 h内体系中污染物去除率最高达到85.00%,最大降解速率为6.74 mg·L^-1·h^-1,且降解效果随nZVI和PLA含量的增加而提高.综合考虑释碳性能、降解效果和制备成本,得到BC,PLA和nZVI的最佳质量配比为3∶1∶1.该铁碳复合材料去除1,1,1-TCA的主要途径为零价铁（ZVI）介导的快速化学还原脱氯和异化铁还原菌介导的长期生物还原脱氯.本研究成果有望为CHCs污染地下水修复提供创新技术支持.     

间接电化学还原染色中Fe(Ⅱ)-葡萄糖酸钠的应用

以Fe(Ⅱ)-葡萄糖酸钠配合物为氧化还原媒介对还原黄G进行间接电化学还原染色,研究了硫酸铁、葡萄糖酸钠以及氢氧化钠质量浓度等对还原黄G染色效果的影响.实验结果表明,在Fe2(SO4)3·6H2O质量浓度为6g/L,葡萄糖酸钠质量浓度为20g/L,NaOH质量浓度为25g/L,还原染色时间为60min,温度为45℃,外加电压为4V,阴极面积为20cm2的条件下,可获得较好的染色效果.     

低品位红土镍矿制备镍精矿的试验研究

对某低品位腐殖土型红土镍矿(镍和铁质量分数分别为1.01%和15.72%)进行压块—还原焙烧—磁选试验,研究还原温度、还原时间、复合添加剂用量和预热温度对镍和铁回收效果的影响。研究结果表明:在碱度(即CaO与SiO2质量比)为0.2、复合添加剂质量分数为14%、预热温度为900℃、预热时间为15 min、还原温度为1 250℃、还原时间为35 min、煤与矿质量比为2.7、磨矿细度小于0.074 mm的质量分数为(95±4)%、磁选磁场强度为131.34 kA/m的条件下,获得镍和铁品位分别为4.22%和69.75%的镍精矿,镍和铁回收率分别为92.22%和85.73%;适宜的预热制度有利于团块中镍、铁的富集;复合添加剂促进了镍铁晶粒的聚集、长大,提高了镍、铁回收效果。     

油藏环境异化铁还原菌的生物多样性

为了给低渗透油藏和水敏性油藏高效开发提供新思路,从青海油田(低渗透)、胜利油田(低渗透)和中海油天津(水敏)采集样品;以无定形氢氧化铁作为固相电子受体、混合碳源作为电子供体,富集培养异化铁还原菌(DIRB);并通过高通量测序表征生物多样性。结果发现富集样品α多样性显著减少;β多样性揭示原始样品和富集样品在群落结构上相关性强。微生物组成和系统发育分析表明,青海油田中的DIRB主要有梭菌、脱硫弧菌、希万氏菌、假单胞菌和热孢菌;胜利油田为梭菌、嗜热厌杆菌、热孢菌、脱铁杆菌;中海油天津为梭菌、芽孢杆菌和弧菌。在各油藏分布的异化铁还原菌,既有相同,也有差异。研究结果可为异化铁还原菌提高原油采收率提供基础。     

具有砷(Ⅴ)还原能力的硫酸盐还原菌筛选及生长特性研究

采用亨盖特(Hungate)厌氧滚管技术从锦州湾受砷污染的底泥中分离纯化出3株具有砷(V)还原活性的硫酸盐还原菌,分别编号为S2、S3-11和S13.16S r RNA基因序列分析显示这3株菌分别与梭菌属(Clostridium)内的不同"种"之间亲缘关系最近.在As(V)初始浓度为1.0 mmol·L-1时,菌株S3-11可在10 h内还原23.4%的As(V),但当As(V)初始浓度增加到3.0或5.0 mmol·L-1时,菌株S2和S13则相对于S3-11展现出更强的砷还原能力,菌株S2甚至可以在7.0 mmol·L-1的砷环境中生长并在24 h内将14.2%的As(V)还原.菌株S2为严格厌氧菌,为直杆状革兰氏阳性菌,产芽孢,其细胞大小约为2.0μm×0.6μm,16S r RNA基因序列与梭菌属中Clostridium sporogenes strain JCM 7849同源性为99%.菌株S2可利用蔗糖、葡萄糖、甲酸钠、乳酸钠和乙酸钠为唯一碳源生长,生长适宜温度为30℃.     

高铁锰矿直接还原及其还原行为

采用JSM-5600LV型扫描电镜和FEI-Sirion200场发射扫描电子显微镜分析高铁锰矿矿石性质结构,并对高铁锰矿直接还原进行研究。实验结果表明:赤铁矿和少量褐铁矿呈粒状(1~2μm)不均匀分布于板状的方铁锰矿中,其中49.53%(质量分数)的锰与铁氧化物以类质同象存在。热力学研究表明:在还原过程中,铁和锰的氧化物还原遵循逐级还原的原则,同时,锰的高价氧化物优先还原。通过SEM图分析可知,随着还原温度的升高,高铁锰矿在还原过程中,金属铁颗粒不断迁移、聚集、兼并长大,采用无烟煤在1 100℃还原,100 min时,铁氧化物中81.03%(质量分数)的铁还原成金属铁,金属铁中局部仍存在MnO。     

预还原球团吸波性能及其微波加热煤基直接还原

研究预还原球团在微波场中的升温特性,考察预还原球团微波加热中对直接还原的影响,分析铁氧化物煤基微波加热的还原行为.研究结果表明:预还原程度越高,球团中的Fe3O4含量逐渐减少,浮氏体和金属铁含量逐渐增多,对微波的吸收性能逐渐减弱,但是仍然具有较好的吸波能力.预还原球团金属化率越高,得到的海绵铁金属化率越高,在预还原球团金属化率为42.85％(质量分数),温度为1 000℃,还原时间为48 min,碳氧质量比为1.75:1时,海绵铁金属化率达到97.29％.随着还原反应的进行,铁氧化物的成分不断改变,金属铁颗粒呈星点状分布于浮氏体之间,但并不会形成致密金属壳,为还原反应中的气体交换创造良好的动力学条件.     

不同电子供体对Desulfovibrio dechloracetivorans strain SF3

还原脱氯,脱硫细菌Desulfovibrio dechloracetivorans strain SF3可异化还原三价铁,六价铬和三价钴. 乙酸盐,乙醇,氢气,丙酮酸盐,乳酸盐和柠檬酸盐可作为还原可溶性三价铁的电子供体,而只有丙酮酸盐和氢气做电子供体时SF3才能还原不可溶的非晶态三价铁氧化物. 实验测定Fe(Ⅲ)-EDTA还原对乙酸盐氧化的比例为7.76±0.35,而且该过程中没有伴随细菌的生长. SF3可利用氢气,丙酮酸盐或乳酸盐作为电子供体还原六价铬和三价钴, 但这一过程不能利用乙酸盐作为电子供体. 据我们所知,这是首次发现一种SRB(硫酸盐还原菌)可利用乙酸盐还原可溶性三价铁,但无法利用其还原不可溶三价铁以及六价铬和三价钴,该发现说明SF3在金属还原过程中利用了较复杂的电子传递系统.     

生物质木炭用于鲕状高磷铁矿除磷

针对难处理的鲕状高磷铁矿,提出了首先采用高气化性生物质木炭制备含碳球团,然后通过直接还原--高温熔分的方法,成功实现了该铁矿的除磷提铁.直接还原实验采用管式炉.考察了还原温度、生物质木炭加入比例(碳氧摩尔比)和气氛等条件对样品还原行为的影响,并确定了适宜的还原条件为温度1373K、配碳量0.9、时间15~25min以及气氛PCO2/PCO=1∶1.在此条件下,样品的金属化率和残碳质量分数分别在75%~80%和0.69%~0.11%的范围内.通过对该金属化球团的X射线衍射和扫描电镜--能谱分析发现:还原后样品中的主要物相为金属铁、磷灰石和硅酸三钙;磷没有被还原而仍以磷灰石的形式存在于脉石中.高温熔分实验采用Si--Mo棒高温箱式炉.实验结果得到磷质量分数为0.4%的铁样.在熔分体系中进一步添加相对质量为2%~4%的Na2CO3,可以得到磷质量分数在0.3%以下的铁样.基于以上分析,证明了采用生物质木炭用于高磷铁矿的除磷提铁是可行的.     

核黄素的光电化学性质及其应用

基于核黄素的光化学和电化学性质,通过探讨核黄素的光致还原反应机理,将核黄素的光致还原与其产物的电极反应纳入一个光电化学过程,发展了一种新的核黄素光致电化学分析法．在pH4．5的醋酸盐缓冲溶液中,以EDTA 为光还原剂,在峰值波长为450 nm、能量为15 mW／cm2的光照下,在偏压0 V 处测得的光电流与5．00×10－10～5．00×10－5 mol／L核黄素浓度的对数值成正比,灵敏度为3．00×10－10 mol／L （S／N＝3）．将该方法分别应用于多合维生素、小米中核黄素的测定,显示相对标准偏差小于7．86％,加标回收率为96％～105％．与其他测定核黄素的方法相比,本方法具有测量范围宽、灵敏度高、仪器设备简单、实验操作简便的优点．     

磷酸盐浓度对微生物铁还原过程的影响

微生物铁还原过程对淹水稻田中水体富营养化调控具有重要的作用,但高浓度磷酸盐对氧化铁的微生物过程是否产生抑制尚不清楚．为此采用土壤泥浆厌氧培养、接种水稻土浸提液混合培养和铁还原菌纯培养等方法,探讨了磷酸盐浓度对微生物铁还原过程的影响程度．结果表明：在水稻土泥浆培养过程中,Fe（Ⅲ）还原速率随磷酸盐浓度增加而降低,淹水后期高浓度磷酸盐处理中的Fe（Ⅱ）累积量呈下降趋势;磷营养为4～16mmol／L时,四川水稻土中的微生物群落能较好地利用葡萄糖和丙酮酸盐进行Fe（OH）3还原反应,江西水稻土中的铁还原微生物群落对葡萄糖的响应时间有所延迟,2种水稻土浸提液的微生物群落对乳酸盐的利用较差,反应40d后才有明显的Fe（OH）1还原现象在接种铁还原茵的纯培养试验中,磷酸盐浓度在小于1mmol／L或大于16mmol／L时均不能进行铁还原反应,表明铁还原过程对磷酸盐的调控存在浓度阂值．