浙江舟山海岸带渗漏水沉淀铁泥中的微生物矿化作用

运用现代微观研究手段(扫描电镜及透射电镜), 结合传统地质地球化学的研究方法, 对浙江舟山古木埋藏环境下的海岸带渗漏水沉淀铁泥中的微生物矿化作用进行了研究, 结果显示在铁泥中存在大量的嗜中性铁氧化菌, 其形貌特征与长杆形鞘状铁氧化菌Leptothrix ochracea和螺旋形鞘状铁氧化菌Gallionella ferruginea极为相似, 且这两种类型的铁氧化菌丰度的分布明显受水体的物理化学组成的制约. 铁氧化菌细胞表面的有机官能团、胞外聚合物和特殊的反应表面, 为渗漏地下水中成矿元素在细胞附近的富集沉淀提供了合适的成核位置和成核模板. 同时, 铁细菌在矿化过程中经历不同的阶段, 即从细胞壁表面矿化、细胞内部部分矿化直至整个细胞完全被矿化. 铁氧化菌的矿化产物主要为隐晶质的水铁矿, 由于该铁细菌的矿化产物包含铁氧化物和细菌有机质, 加剧了金属元素尤其是Fe, Co的富集作用, 故对地下水环境中金属元素的迁移和归宿产生重要影响.     

铁矿石以外铁源的利用现状和前景

铁矿石以外的各种铁源,按铁源产生的地点分为三类。第一类铁源产生于有色金属矿山或有色金属冶炼厂、硫酸制造厂等处。这些铁源来自含铁的有色金属矿石[例如:黄铜矿Cu-FeS_2,闪锌矿(Zn,Fe)S,钛铁矿FeTiO_3]和硫化铁矿石。在有色金属矿山中,出产黄铜矿、闪锌矿等硫化金属矿石的矿山,大都伴生多量的硫化铁矿(黄铁矿FeS_2,磁硫铁矿Fe_(1-x)S)。为此,我们把来源于硫化铁矿的铁源(硫酸烧矿、矿水中和沉     

天然磁黄铁矿一步法处理含Cr(Ⅵ)废水

用天然磁黄铁矿(FeS)还原废水中Cr(Ⅵ),同时在不加碱的条件下能将还原产物Cr(Ⅲ)转移至胶体沉淀物中.还原产物在容器中自上而下能迅速地分为3层:上层清液、中层胶体沉淀物和底部过量磁黄铁矿.上清液中全铬(Cr=Cr(Ⅵ)+Cr(Ⅲ))含量可降低到0.06 mg/L,已远远低于1.5 mg/L全铬排放标准,接近0.05 mg/L饮用水标准.与传统的还原Cr(Ⅵ)与沉淀Cr(Ⅲ)分别进行的二步法除Cr(Ⅵ)工艺相比,该新方法不仅能大大降低处理成本,而且省去必须加石灰(Ca(OH)2)以形成Cr(OH)3沉淀物的传统处理工艺,从而能大大减少沉淀污泥的产生,可有效避免由此引起的二次污染,真正实现还原Cr(Ⅵ)与沉淀Cr(Ⅲ)的一步法处理.利用天然磁黄铁矿FeS代替化工产品亚硫酸盐SO2-3还原Cr(Ⅵ),能提高硫资源的利用率高达4倍.     

磁小体蛋白介导磁性纳米颗粒仿生合成

趋磁细菌磁小体是由生物膜包裹且呈链状排列的磁性纳米颗粒,磁小体通过生物矿化形成的磁性纳米颗粒具有规则的形状、均一的粒径及较高的结晶度,引起了研究者的广泛关注.磁小体膜由磷脂和脂肪酸组成,磁小体膜脂质囊泡实际上是一个控制磁性纳米颗粒精确合成的纳米反应器.磁小体膜内的一系列生物矿化蛋白控制着铁的转运、铁的氧化还原、磁性纳米颗粒的形核以及生长.目前,磁小体生物矿化的具体机制尚未明确且磁小体难以实现规模化生产,因此引发了人们对仿生合成磁小体的研究.体内研究显示,磁小体蛋白如Mms6、MamC、MmsF、MamG和MamD对磁小体的尺寸和形貌具有重要的调控作用,被认定为用于仿生合成磁小体的最好候选蛋白.一些工作已经对源于趋磁细菌的Mms6、MamC、MmsF等重组蛋白介导的磁性纳米颗粒的仿生合成进行了研究.这些研究不仅能够帮助我们更好地理解磁小体的生物矿化过程,而且能够制备出高质量的类磁小体磁性纳米颗粒.本文重点综述了几种重要的磁小体蛋白在介导磁性纳米颗粒仿生合成方面的研究进展,并对其未来发展进行了展望.     

全球趋磁细菌数据库的建立

趋磁细菌是研究生物矿化的模式微生物.鉴于磁小体在生物矿化、Fe生物地球化学循环、沉积剩磁、环境指示和磁性材料方面的重要性,趋磁细菌研究已成为微生物学、地球科学和材料科学共同关注的重要课题.本文搜集并整理了截至目前全球趋磁细菌的实验观测数据,建立了首个综合性的趋磁细菌数据库.数据库包括了已发表的趋磁细菌16S rRNA基...     

硫化铁矿物处理水体砷污染

以铁的硫化物矿折黄铁矿和磁黄铁矿为吸附材料,在实验室条件下研究了它们对模型水体中的砷的吸附作用。在实验观测基础上讨论了这些矿物材料对砷的吸附速率和效率,吸附砷的稳定性以及稳定条件,提出这些矿物去除水体中砷的有效吸附材料,对于缺乏水质处理设备条件的地区有直接的实用价值。     

纳米ZnO表面吸附聚电解质及其分散体系稳定性的研究

讨论了纳米ZnO颗粒表面吸附阴离子型聚电解质(马来酸酐钠盐聚合物)及其水分散体系的稳定性. FTIR分析表明, ZnO颗粒表面通过氢键和化学键吸附聚电解质. 吸附行为受聚电解质浓度、pH值和离子强度的影响. 随着pH值的增大, 饱和吸附量减小, 而吸附层厚度增大. 饱和吸附量和吸附层厚度随离子强度的增大呈先增加后减小的趋势. 与相同浓度的NaCl溶液相比, 聚电解质在CaCl2溶液中的饱和吸附量较大, 相应的吸附层厚度也较大. pH值的增大, 分散体系吸光度变化缓慢, 分散体系稳定性好. 分散体系吸光度随聚电解质浓度的变化有极大值. 分散体系稳定性的变化规律是由聚电解质在颗粒表面吸附构型变化而引起.     

安徽铜陵角闪石堆晶体中的出溶金属氧化物和硫化物

在安徽铜陵地区鸡冠石、金口岭花岗闪长岩的角闪石堆晶体中发现了出溶的针状金属氧化物和硫化物. 研究表明, 堆晶体角闪石主要为韭闪石, 结晶于下地壳. 出溶针状金属氧化物具希勒(Schiller)结构特征, 单个出溶体大多呈针状, 平行[100]的一组最发育; 出溶矿物组合为磁铁矿、含钛磁铁矿、钛磁铁矿和钛铁矿, TiO₂含量在0.29%~51.07%. 出溶硫化物颗粒呈浑圆形-长圆形, 多数排列较规则, 近平行的串珠状或较密集的成串分布, 少数呈散点状或单颗粒分布; 硫化物主要为磁黄铁矿, 次为方黄铜矿和黄铜矿, 个别为黄铁矿. 多数样品的出溶磁黄铁矿群体中, 常见少量共生磁铁矿颗粒. 硫化物贫Ni(一般Ni<0.5%, Ni/Fe<0.003), 但磁黄铁矿含铜较高(可达2.93%). 上述两类出溶矿物可共存于角闪石的同一出溶区域内. 角闪石堆晶体中金属矿物出溶体的存在表明本区中生代下地壳岩浆中已溶解了一定数量的S, Fe和Cu等成矿物质.     

稻田土壤镉的表面络合模型及其生物有效性验证

中国南方分布的稻田土壤以酸性可变电荷土壤为主(pH 6.5).重金属Cd作为重要污染物,其生物有效性在酸性条件下相对较高,因此,研究可变电荷稻田土壤中Cd的吸附特征并建立模型准确评价Cd的生物有效性具有重要意义.本研究通过测试不同p H下的稻田土壤Cd吸附曲线,建立了表面络合模型(SCM),模拟Cd的吸附行为;并且采用田间实验的稻米Cd累积量,对SCM预测的有效态Cd进行验证. Cd的吸附实验表明,随pH升高Cd的吸附量升高,至pH 5.5时Cd以吸附态为主.利用电位滴定实验和不同pH下Cd的吸附实验,建立了Cd吸附的1-site/2-p K表面络合模型,该模型能够很好地拟合Cd在可变电荷土壤中随p H变化的吸附特征.水稻田间实验数据表明,酸性(pH 5.5)稻田土壤pH与水稻籽粒Cd呈显著负相关(P 0.05),因为p H决定的吸附平衡是影响有效态Cd含量的关键;采用连续提取法获得的Cd形态(1 mol L-1MgCl2提取的可交换态和1 mol L-1NaOAc/HOAc提取的碳酸盐结合态)与水稻籽粒Cd含量无显著相关(P 0.05);而采用模型预测的溶解态Cd与水稻籽粒Cd含量极显著相关(P 0.01),说明本模型预测的有效态Cd明显优于连续提取法.因此,应用SCM模型,可以更为准确地预测稻田土壤有效态Cd及其Cd在土壤-水界面的形态分配,为Cd的生物有效性评估提供新的思路.     

南海台西南盆地自生管状黄铁矿中纳米级石墨碳的发现及其对天然气水合物的示踪意义

海底天然气水合物是十分重要的能源矿产, 目前主要是根据似海底反射面(BSR)等地 球物理方法和海底地球化学异常示踪其存在. 此外, 与天然气水合物有关的自生矿物如碳酸盐、硫酸盐和硫化物等矿物也是重要的示踪体系. 本文利用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM), 对来自南海台西南盆地沉积物中的自生管状黄铁矿进行了系统的观测, 发现它们主要由草莓状黄铁矿组成, 且在草莓状黄铁矿中首次发现了纳米级的低结晶度石墨碳, 它们主要呈现出似纳米碳管和纳米锥形状, 而且与黄铁矿密切共生, 显示它们可能主要形成于含C过饱和C–H–O流体的沉淀. 黄铁矿在CH₄转变为原子C的过程中起催化作用. 自生管状黄铁矿中新发现的纳米级石墨碳, 显示其沉积时沉积岩围岩中存在CH₄过饱和流体, 因此可作为天然气水合物又一重要示踪矿物. 此外, 低温环境中纳米石墨碳的发现对石墨的实验室合成和工业生产等有借鉴意义.     

铁与生命的起源

在过去的几年里,有证据表明铁氧化物的重要价值在几百万年前的生物系统内就得到了利用.四氧化三铁(Fe_3O_4)在许多种细菌中存在,针铁矿[FeO(OH)]可以强固帽贝的牙齿,铁蛋白即[Fe(OH)_3]作为铁的储存物可以说是无处不在.直到最近人们还认为生物学的磁性铁无机物仅能在地球表面的通气性良好的液态部分,例如淡水或海水细菌中才能找到.但是上一期《自然》杂志报道,法斯宾德(Fassbinder)等人从土壤中发现了大量的磁性细菌,他们甚至认为,在当今的土壤中也存在着由这些磁土壤细菌所产生的磁性材料(它们就是以前被认为是"无机物"的来源),虽然有一些仍然是细胞内的材料,但是大多数都是独特的"化     

废旧锂离子电池中钴的生物淋滤机制

研究了废旧锂离子电池中钴的生物淋滤行为及机制, 氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌组成的混合菌株用于电池的生物淋滤. 电极材料的包裹与否对其淋滤行为没有影响. 在pH值最低的硫磺淋滤体系中, 钴离子的溶出浓度最低; 在pH值较低、ORP(氧化还原电位)值强烈变化的硫磺+黄铁矿组合淋滤体系中, 钴离子的溶出浓度最高. 研究表明, 废旧锂离子电池中钴的溶出只涉及间接机制. 在硫磺淋滤体系中其溶出机制在于生物产酸的酸溶作用; 在硫磺+黄铁矿组合体系中其溶出机制在于生物产酸的酸溶释放和生物氧化产物Fe³⁺引发的Fe²⁺之还原释放, 生物酸溶和Fe²⁺还原溶出的化学模拟进一步证实了两机制在钴离子溶出中的作用. 用XPS (X 射线光电子谱)和EDS(能量色散光谱)分析了生物淋滤电极材料的微观过程和微观特性.     

新型材料电气石对酸性溶液中镉离子的吸附

电气石对溶液中Cd2+离子的吸附特性和机理研究的结果表明,电气石对Cd2+离子的吸附受吸附时间、温度及初始浓度的影响.在酸性、中性及碱性条件下电气石对Cd2+均有较好的去除效果,这主要归结为电气石能将酸性(除pH2.0和3.0外)、中性或碱性溶液pH自动调整至6.4左右.在强酸性条件下(相对工业废水酸度),电气石对Cd2+离子吸附优于其他矿物材料且符合Langmuir和Freundlich模型,相比之下,更符合Langmuir模型.通过Langmuir模型计算得出,在pH4.0,温度15,25和35℃时电气石对Cd2+离子的饱和吸附量分别为31.77,33.11和40.16mg/g,因此,电气石对酸性溶液中Cd2+有较好的吸附效果.电气石对Cd2+的吸附符合准二级动力学模型,热力学参数表明该吸附过程是吸热自发过程.通过对溶液中Cd2+离子吸附过程pH的变化趋势、电气石吸附前后Zeta电位的变化、不同温度下溶液中Ca2+,Mg2+和K+总释放量与Cd2+离子吸附量的相关性,以及FTIR红外光谱分析,证实电气石对Cd2+离子的吸附机理涉及物理吸附和化学吸附过程,主要包括水体自发极化、静电吸附和离子交换.在这些机理中,电气石对水体自发极化是电气石特有的性质.     

中印度洋洋脊Edmond热液场Fe,Si沉淀与微生物的关系

在中印度洋洋脊Edmond热液场瘤状结构体内壁发现了数毫米厚的浅黄褐色-白色微生物席. 这些微生物席内生存着多种长杆、短杆和螺旋杆状微生物, 其共同特征是微生物表面被厚的矿质层所包 裹. 能谱化学分析表明, 微生物表面的矿质层由大量二氧化硅和少量铁氧化物组成. 透射电子显微镜分析发现, 针状含铁物质不但非均匀地吸附在微生物细胞壁表面, 亦在微生物细胞内物质中沉淀, 说明铁在细胞壁表面和细胞内物质中均发生了一定程度的生物富集. 席中微生物的硅化以二氧化硅聚合物在微生物表面的均匀沉淀以及硅叠层的定向排列为特征, 二氧化硅在微生物表面的沉淀可能主要受热液无机沉淀过程所控制. Edmond热液场中微生物席中微生物硅化和铁化现象的发现, 表明该热液场中部分二氧化硅和铁的沉淀过程与微生物密切相关. 由于热液活动提供了微生物成矿过程所必需的成矿元素来源, 这种微生物成矿作用实际上在一定程度上受洋底热液活动所驱动.     

白云鄂博超大型稀土-铌-铁矿床黄铁矿Re-Os定年

从白云鄂博超大型稀土-铌-铁矿床的切割稀土矿化且与重晶石共生的晚期黄铁矿脉中, 选取6个黄铁矿样品, 对其进行了Re-Os定年, 结果表明它们分别含有16~30 ng Re和0.10~0.16 ng Os, 给出加里东期的439±86 Ma等时线年龄. 样品的高Re/Os比值和低含量高放射成因Os的组成特性支持这组黄铁矿样品为表壳构造成因. 构造演化历史表明, 华北地块北缘在早古生代属于被动大陆边缘, 而不是具有大量火山岩浆活动的俯冲带. 本次工作提供了一个新的证据, 支持白云鄂博矿床在加里东期经历了地壳成因的热扰动事件, 而使部分同位素体系记录了加里东期的扰动年龄, 而不是主要成矿期的年龄.     

质子跨膜转运能够引起艾氏腹水癌细胞质膜表面局部脱水

我们实验室曾经发现多种质子泵活性能够引起生物膜和脂质体膜的融合,并发现琥珀酸氧化启动的线粒体呼吸链质子泵活性能够使线粒体外膜表面pH值降低0.6,在此基础上提出了质子泵诱导膜融合的理论模型.认为质子泵诱导膜融合的分子机制在于使生物膜表面质子化,引起膜表面水化层中水分子与磷脂极性端之间氢键结合的断裂,导致瞬间的和局部的脱水,从而引起两个相对膜间的接触和融合.近来,我们实验室在小鼠艾氏腹水癌细胞质膜     

好氧颗粒污泥对Pb2+的吸附特性研究

研究了好氧颗粒污泥作为一种新型重金属吸附材料对溶液中Pb²⁺的吸附特性. 实验结果表明, 初始pH, Pb²⁺浓度(C0)和污泥浓度(X0)是影响吸附的重要因素. Pb²⁺吸附过程可以由Freundlich和Langmuir等温方程较好地拟合, 相关系数分别达到0.932与0.959. 好氧颗粒污泥吸附Pb²⁺的动力学过程表现出分阶段吸附的特征, Lagergren二级动力学方程能较好地描述第二阶段的动力学过程. 环境扫描电子显微镜(ESEM)与X射线能谱(EDX)分析结果表明, 吸附Pb²⁺后的好氧颗粒污泥表面发生了变化, 同时推断吸附过程为离子交换吸附和金属鳌合的共同作用.     

东胜铀矿床中发现硫酸盐还原菌和硫氧化菌类脂

鄂尔多斯盆地东胜铀矿砂岩中检测出丰富的C15～C18脂肪酸.这些脂肪酸可来自现代、古代生物,甚至含有成矿时期保存下来的脂肪酸;其中含有一定量的i15:0,a15:0,a17:0,并与Desulfovibrio和Desulfobacter sp.特征生物标志化合物i17:17c和10Me16:0脂肪酸共存,反映矿床中存在硫酸盐还原菌(SRB).较丰富的16:17c和18:17c,指示了Beggiatoa,Thioploca等硫氧化菌(SOB)来源.矿床中存在硫酸盐还原菌这一推论,与微化石、成矿时期黄铁矿硫同位素测试值表征结果是吻合的,反映了铀成矿以来,仍然适合于硫酸盐还原菌的生长.硫酸盐还原菌可能直接降解石油烃,或间接利用石油烃被其他微生物降解的产物,产生富12C的方解石以及明显不可分辨的复杂混合物鼓包(UCM),并富集25-降藿烷及去甲基三环萜烷系列化合物.矿区存在硫氧化菌以及成矿期黄铁矿异常轻的硫同位素组成特征,一致表明存在硫酸盐还原作用—硫化物氧化为硫酸盐—硫酸盐又被还原等多步反应过程.     

趋磁细菌磁小体的生物矿化作用和磁学性质研究进展

趋磁细菌磁小体研究是揭示生物矿化作用和探索生物活动与地磁场之间联系的重要研究内容。细菌成因的磁铁矿颗粒也是部分湖泊和海洋沉积物磁性的主要载体。本文将在介绍趋磁细菌基础上，重点评述磁小体形成过程研究、磁测量技术、沉积物中化石磁小体的识别方法、环境指示意义等方面的新进展，并简要展望未来磁小体研究及其应用前景。     

黄钾铁矾中溴氯的配分行为及对火星沉积岩的启示

美国国家航空航天局机遇号火星车在火星子午线平原的原位样品中探测到Br元素和Br/Cl比值超过3个数量级的波动,但Br的赋存状态和富集机制却不清楚.已有的研究发现黄钾铁矾形成时会选择性地富集Br从而造成Br和Cl的分异,然而对于该过程中Br~-和Br~-的地球化学行为还缺乏系统研究.我们通过25℃下氧化亚铁硫酸盐的方法,合成了系列具有Br~-和Cl~-浓度梯度的黄钾铁矾,获取了Br~-和Cl~-在黄钾铁矾~-溶液中的分配规律以及卤素置换对黄钾铁矾结构的影响.实验结果表明,在黄钾铁矾生成时Br~-和Cl~-具有截然不同的分配行为,即Br~-倾向于进入固相而Cl~-倾向于留存在溶液中.在相同起始浓度下,进入黄钾铁矾的Br~-比Cl~-高约2个数量级;当Br~-和Cl~-共存于起始溶液时,Br~-会明显干扰黄钾铁矾对Cl~-的纳入.Br~-和Cl~-置换黄钾铁矾中的羟基位置,不改变其基本结构.黄钾铁矾中的Br/Cl比值较初始溶液高约2个数量级.火星子午线平原富含铁镁硫酸盐矿物的沉积岩中,Br/Cl比值的变化不单受到卤盐蒸发沉淀的影响,还可能受到成岩过程中铁硫酸盐(例如黄钾铁矾)沉淀及其溶解的控制.纳入卤素的黄钾铁矾在溶液中的稳定性及其对卤素的释放,有待进一步研究.