S~0生物还原介导的铁矿物厌氧还原过程研究

针对水铁矿、赤铁矿和黄钾铁矾,综合利用同步辐射X线吸收近边结构光谱(XANES)、X线衍射(XRD)等方法,结合微生物的生长行为和高铁矿物的还原行为测定,研究碱性厌氧条件下元素硫(S~0)生物还原介导的3种不同铁矿物还原过程。研究结果表明:元素硫(S~0)可以有效促进奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)还原黄钾铁矾和水铁矿,但对赤铁矿作用不明显;硫的K边和铁的L边XANES说明3种铁矿物还原过程中均形成FeS类似物,FeS类似物的形成速率由高到低依次为黄钾铁矾、水铁矿和赤铁矿;高铁矿物还原程度由高到低依次为水铁矿、黄钾铁矾和赤铁矿。     

氧化还原介体催化强化Shewanellaoneidensis MR-1还原亚硒酸盐的研究

针对微生物还原亚硒酸盐过程普遍存在的时间较长的问题,考察了4种水溶性醌类介体(α-AQS,AQS,1,5-AQDS和AQDS)对奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)还原亚硒酸盐过程的加速作用,通过单因素试验优化了培养条件,对硒纳米颗粒的Zeta电位和粒径进行了表征。结果表明,4种醌类介体都加速了亚硒酸盐的还原,其中,AQDS的加速效果最显著;在pH值为8.0,温度为30℃,AQDS浓度为0.2mmol/L条件下,48h时亚硒酸盐的转化率达到100%;加入AQDS后会生成更大尺寸的硒纳米颗粒,并可能使硒纳米颗粒表面包裹的有机物质成分及含量发生改变。研究结果为Shewanella oneidensis MR-1修复亚硒酸盐污染的实际应用提供了理论依据。     

水砂质量比对洛克沙胂转化及微生物群的影响

洛克沙胂作为一种饲料添加剂,随畜禽业进入环境,造成潜在的砷污染。由于降雨的时空分布不均匀性,自然土壤中的含水量容易发生变化。文章利用多孔介质石英砂模拟土壤,通过调整水砂质量比的高低研究质量比变化对于洛克沙胂生物转化过程的影响及对土壤微生物群落的影响。结果表明,洛克沙胂的生物转化随着水砂质量比的增加而进行得越快、越彻底。在96 h水砂质量比为30.00%、40.25%、100.00%实验组中洛克沙胂的转化率分别为16%、92%、96%,到144 h时转化率分别达到30%、100%、100%,而质量比12.50%组中的洛克沙胂基本没有被转化。洛克沙胂先被还原为HAPA,37%的HAPA又被转化为无机砷、甲基砷,6%的砷进入了细菌体内。通过高通量测序法,测得含有洛克沙胂的土壤环境对土壤微生物有筛选作用,水砂质量比越高的环境,生物多样性越低;经144 h培养后假单胞菌、肠杆菌属、寡养单胞菌成为了优势菌种。     

石墨烯介导铁还原菌耦合针铁矿体系降解四氯化碳

研究了氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)及双氧水改性还原氧化石墨烯(rGO(H₂O₂))3种石墨烯介导铁还原菌耦合针铁矿体系的铁还原过程以及该体系强化降解四氯化碳的机理。结果表明：不同石墨烯均能有效促进铁还原菌还原针铁矿和铁还原菌耦合针铁矿体系对四氯化碳的降解,其中rGO的促进作用最为显著,其机理主要与石墨烯表面的醌类等基团具有更强的电子传递能力、吸附态Fe(Ⅱ)浓度高及能生成还原能力强的次生铁矿蓝铁矿等因素有关。     

洛克沙胂污染胁迫下蚯蚓体内砷的富集和释放

为了解使用蚯蚓来评价和控制洛克沙胂环境污染的可能性,研究了洛克沙胂进入土壤环境后,引起蚯蚓体内砷的富集过程,以及富集的砷在无洛克沙胂污染土壤中的释放过程.结果表明:洛克沙胂能引起蚯蚓体内砷的富集,富集因子的对数与土壤砷质量分数的对数呈线性关系;蚯蚓体内砷的消除符合双区一级动力学模型;蚯蚓能用作土壤中洛克沙胂污染的指示生物,而且可以用蚯蚓生物除污技术来减少或控制洛克沙胂的环境污染.     

希瓦氏菌在双槽式微生物燃料电池中同时产电与脱色的研究及应用

采用厦门本土产电菌希瓦氏菌(Shewanella xiamenensis BC01),在染料脱色的刺激产电条件下,比较应用其微生物燃料电池的可能性.在补强能源基质的条件与海生菌肉汤配方进行产电驯化作用,量化评估生物膜形成的产电与脱色的优劣,经由交流阻抗图谱获得产电机制.在不同培养基条件下,量化希瓦氏菌的稳定电压及优化条件,并推论高盐条件下电导、溶液电阻、产电模式及机制.结果表明,最高输出电压随着周期数增加而趋于稳定,其平均电压为278.9mV,溶液电阻为30.73Ω,电荷转移电阻为176Ω/cm2;在一个运行周期内,希瓦氏菌均能在每个周期内完全脱色,最大比生长速率(SGR)为0.778 4h-1,最大比脱色速率(SDR)为82.63mg/(L·h),且微生物的染料脱色和生物产电两者彼此为竞争关系;随着电极间距的增大,希瓦氏菌微生物燃料电池的电导和盐度均不断地上升,发现电极间距在12.4cm为最佳,希瓦氏菌的最适pH范围是5.3~7.0.研究希瓦氏菌在双槽式微生物燃料电池中的性能有利于同时产电与处理染料,此点对染料废水污染处理同时能源回收再利用确实具有永续发展的实质意义.     

大黄鱼腐败菌的低温致腐性及相互作用

以挥发性盐基氮、三甲胺和气味指纹图谱为表征,探讨腐败希瓦氏菌(S.putrefaciens)、静止嗜冷杆菌(P.immobilis)和荧光假单胞菌(P.fluorescens)在低温下对鱼肉的腐败性以及混合菌群在致腐过程中的相互作用.研究结果表明,腐败希瓦氏菌具有较强的产挥发性盐基氮特性,主导腐臭气味;荧光假单胞菌具有类似的腐败趋势,但腐败性较腐败希瓦氏菌弱;静止嗜冷杆菌不具有显著的产挥发性盐基氮等特性,但能产生更为复杂的气味;荧光假单胞菌和静止嗜冷杆菌在腐败初期对腐败希瓦氏菌的腐败趋势有抑制作用.     

纳米二氧化钛吸附洛克沙胂的动力学研究

作为被普遍用于家禽牲畜养殖业的洛克沙胂,会随动物排泄物并且维持原样的排入到环境中.砷会对环境造成非常严重的危害污染并且具有很强的转化迁移性.通过纳米二氧化钛吸附洛克沙胂的实验研究,得到了纳米二氧化钛吸附洛克沙胂的量和时间成正比,吸附时间越长剩余洛克沙胂含量越低,其二级动力学拟合优于一级动力学拟合;温度越来越高,纳米二氧化钛对洛克沙胂的吸附饱和量也越来越高,这说明温度越高对吸附越有利,吸附过程更符合Langmuir等温线模型.     

浮萍生物富集洛克沙胂与阿散酸的动力学特性研究

通过静态法和半静态法研究了浮萍Lemna minor生物富集0.1、0.5、1.0、2.0 mg.L-1洛克沙胂、阿散酸(以砷计)的动力学过程。静态法的研究结果表明:大约55 d,浮萍生物富集各个质量浓度的洛克沙胂、阿散酸均基本达到平衡;0.1、0.5、1.0、2.0 mg.L-1洛克沙胂的生物富集系数(BCF)分别为:3 116.7、1 308.0、548.4、355.0;0.1、0.5、1.0、2.0 mg.L-1阿散酸的BCF分别为:690.0、341.1、255.9、179.8;而且浮萍对各个质量浓度的洛克沙胂、阿散酸的BCF随水体浓度升高而减小。半静态法研究结果表明:浮萍对洛克沙胂、阿散酸的生物富集系数(BCF)、吸收速率常数(K1)随水体质量浓度的增大而减小;同等质量浓度的洛克沙胂的吸收速率常数(K1)大于阿散酸。     

含钒钛铁矿球团还原过程中微观结构变化

在实验室模拟高炉条件下研究了含钒钛铁矿球团的还原过程,采用X射线衍射仪测定含钒钛铁矿球团在不同还原温度下的物相组成,通过光学显微镜和扫描电镜观察含钒钛铁矿球团还原过程中微观结构变化,并结合能谱分析仪研究氧化物中不同元素的分布状况.含钒钛铁矿球团在还原过程中出现的铁钛分离现象会影响含钒钛铁矿球团的还原性,形成的高钛含量钛铁晶石会增加铁氧化物还原难度.高温时形成的密实金属铁球壳会阻碍内部氧化物的还原,导致还原停滞,从而造成含钒钛铁矿球团高温还原性较差.当内部熔融物滴下时,会提高高炉下部氧势,有利于减少Ti(C,N)的生成.     

硼铁矿选择性还原分离铁和硼

本文对硼铁矿进行以选择性还原分离铁和硼作了理论分析和试验研究。结果表明,硼铁矿用煤为还原剂在固相下铁氧化物可被还原,而硼仍以氧化物形态存在;还原矿石磁选分离后,用电热熔化可将铁和含B_2O_3炉渣良好分离,控制熔分条件可获得不同金属产品;熔分渣可直接用于硼酸或硼砂生产。     

难选菱铁矿流态化预氧化-低温还原磁化焙烧

磁化焙烧–弱磁选联合工艺是目前实现低品位难选铁矿高效铁资源富集利用的最有效工业化方案之一。菱铁矿（碳酸亚铁）和赤铁矿（三氧化二铁）是两种主要弱磁性难选含铁矿物,菱铁矿在常规工业化赤铁矿还原磁化焙烧条件下会生成弱磁性浮氏体,进而降低磁性物相转化率和最终弱磁选精矿铁元素收得率。对此,本文提出了菱铁矿流态化预氧化–低温还原的磁化焙烧高效物相转化方案,并以低品位陕西菱铁矿为样品进行了系统研究。研究发现,菱铁矿在快速预氧化过程中会生成弱磁性和强磁性三氧化二铁两种铁氧化物,其中强磁性三氧化二铁500–550℃还原焙烧产物除工艺目标物相强磁性四氧化三铁外,还有部分由不稳定四氧化三铁被进一步还原生成的弱磁性浮氏体。预氧化产物只有在更低温度还原焙烧才能实现目标四氧化三铁产物相的稳定存在,优化的菱铁矿流态化快速焙烧完全磁化转变工艺参数为610℃预氧化2.5 min再低温450℃还原焙烧5 min,菱铁矿经此条件磁化焙烧后磨矿弱磁选分离能够达到精矿铁含量62.0wt%、铁元素收得率88.36%的优良指标,相比常规直接还原焙烧铁元素收得率大幅提高34.33%,可以实现低品位难选菱铁矿的高效物相转化资源利用。本文提出的预氧化-低温还原焙烧方案也具有适用于菱铁矿–赤铁矿共伴生铁矿全范围含量比例共磁化焙烧的特点。     

北极深海沉积物中嗜冷细菌的系统发育分析

从北极白令海深海沉积物中分离得到19株嗜冷细菌,通过测定16S rDNA序列对它们进行了分类鉴定及系统发育分析,并且与从热带西太平洋“暖池”区沉积物中分离的嗜冷细菌进行了比较.结果表明,由北极海底沉积物中分离得到的细菌主要属于γ-变形菌(γ-Proteobacteria),此外还有少量的α-变形菌和革兰氏阳性菌.在γ-变形菌中主要的菌属为假交替单胞菌属(Pseudoalteromonas),假单胞菌属(Pseudomonas)和希瓦氏菌属(Shewanella).与西太平洋“暖池”区沉积物中的嗜冷细菌的比较分析表明,假交替单胞菌属和假单胞菌属在两个海域中普遍存在,而希瓦氏菌属的分布则表现出一定的地域性.系统发育分析表明,相同菌属但来自北极和西太平洋海域两个不同环境的嗜冷细菌在系统发育树中的位置都相对独立,有的还形成了独立的分支,说明其分子进化过程可能受到生存环境条件的影响.     

针铁矿对废水中洛克沙砷的吸附动力学研究

通过针铁矿对洛克沙砷的吸附动力学研究,发现针铁矿对洛克沙砷的吸附的动力学可用拟二级动力学描述。前1.5h吸附速率很快,之后缓慢吸附阶段的持续时间约为90min,在6h后基本达到吸附平衡。     

Ca~(2+)对希瓦氏菌MR-1胞外多糖的影响

希瓦氏菌是一类革兰氏阴性土壤铁还原菌,具有胞外电子传递能力,其胞外聚合物的组成是直接影响其电子传递效应的重要因素之一。胞外多糖(EPS)是胞外聚合物的重要组成成分,该文以Shewanella oneidensis MR-1为对象,采用苯酚-硫酸法结合光谱法、色谱法及质谱法等系统地研究了含不同浓度(0、0.7、1.4、2.1和5.0 mmol/L)Ca Cl2培养基对MR-1胞外多糖的影响。结果表明,不同浓度Ca~(2+)影响下的MR-1多糖的分泌量各不相同,其中Ca~(2+)浓度为2.1 mmol/L时,MR-1分泌多糖质量浓度最高,为0.3 g/m L,是无Ca~(2+)影响的EPS分泌量的5倍;而Ca~(2+)浓度为1.4 mmol/L时,EPS为0.08 g/m L,与无Ca~(2+)影响时EPS分泌量相近;Ca~(2+)对MR-1分泌的EPS结构没有显著性影响,获得的EPS均为由α-D-吡喃甘露糖通过1,3-苷键形成的多糖。研究结果为深入研究希瓦氏菌胞外聚合物提供数据参考。     

红土镍矿选择性还原焙烧过程中的相变转化

针对传统选矿方法难以回收低品位红土镍矿中有价金属镍的问题,采用选择性还原焙烧法研究了不同焙烧温度以及不同焙烧时间条件下红土镍矿(Ni品位为1.49％)中发生的微观结构变化以及相变转化.通过X射线衍射、扫描电镜及X射线能谱分析等测试手段分析表明,在不同焙烧温度及不同时间条件下经选择性还原后的红土镍矿中,镍氧化物逐渐被还原成镍铁合金相,铁氧化物主要转变成浮氏体相,硅酸盐主要以橄榄石形式存在.最后通过还原焙烧磁选试验证实,还原剂为烟煤,添加剂为NCS,两者用量分别为原矿质量的2％和7％,在1200℃条件下焙烧50 min,磁选分离得到镍铁产品中镍品位为9.78％,镍的回收率为92.06％,镍铁回收率差为62.51％,实现了红土镍矿中镍铁的选择性还原.     

硫化亚铁的生物合成及还原脱氯性能探究

为经济高效地去除氯酚类污染物,选用硫化亚铁(Ferrous sulfide,FeS)矿物还原脱氯。该文以希瓦氏菌为接种菌源,采用生物合成法制备了FeS颗粒,并通过序批实验研究了FeS矿物对4-氯酚的还原脱氯效果。扫描电镜和透射电镜图像表明,该颗粒结构蓬松,断面处呈鳞片状,比表面积较大。X射线衍射和X射线光电子能谱分析表明,该颗粒由结晶度较差的四方硫铁矿晶体和非晶体FeS组成。FeS颗粒对4-氯酚具有良好的脱氯效果,这与其良好的分散性及高脱氯活性有关。     

还原气氛对流态化还原铁矿粉黏结失流的影响

采用热态可视流化床装置研究了973～1173 K不同气氛条件对流态化还原铁矿粉黏结失流的影响.研究发现,一定表观气速条件下温度和还原气氛组成对失流时铁矿粉的金属化率影响不大,而失流时颗粒微观形态受还原气种类和温度的影响较显著,但还原气体积分数对形态的影响较小.此外,流化时间随着还原气体积分数的增大而逐渐缩矩,并通过线性拟合得到了不同温度时二者间的数学关系式.     

镍铁矿选择性还原焙烧相变研究

对镍铁矿原料及不同温度还原焙砂进行矿物学研究,探究镍铁矿选择性还原焙烧发生的相变.研究结果表明:镍铁矿主要金属矿物为褐铁矿,其次为赤铁矿;Ni在不含锰的铁矿物中分布较均匀,而在含Mn的铁矿物中分布相对集中,并与Mn伴生.镍铁矿在还原焙烧过程中Fe、Ni和Co随温度升高逐渐发生还原、相转化和迁移富集的过程.选择性还原焙烧必须严格控制焙烧温度,要达到Ni、Co和Fe的选择性还原并形成Ni高、Fe低的合金相和磁铁矿,焙烧温度采用750℃较合适,在该温度下形成的合金相组成为55.55%Ni、9.86%Co及33.99%Fe,Ni的金属转化率为88.49%,铁氧化物主要为磁铁矿.     

MgO对铁矿球团矿还原后强度的影响

在实验室条件下,研究了Mg O对铁矿球团还原后强度的影响.结果表明:当Mg O质熔剂质量分数由0增加至2.0%时,铁矿球团矿还原后强度得到提升;经还原后,铁矿球团矿的孔径和孔隙度都相应增大,但相比普通球团矿(Mg O质熔剂质量分数为0),含Mg O球团矿(Mg O质熔剂质量分数为2.0%)还原前、后孔径及孔隙度变化幅度相对较小,孔径分布相对集中;还原膨胀是决定铁矿球团矿还原后强度的主要因素;还原膨胀率越低,铁矿球团还原后的强度相对越大.