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靡萍班
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1 第卷第期环境工程学报年月!"#$%"'#%"! 大肠杆菌配合植酸对铀的吸附范黎锋谢水波刘迎九陈婧南华大学污染控制与资源化技术湖南省重点实验室衡阳 < 南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室衡阳 < 摘要研究了用植酸处理后大肠杆菌对铀进行吸附考察了初始浓度反应时间以及菌液投加浓度对吸附效果的影响实验结果表明植酸能够提高大肠杆菌菌悬液对铀的吸附效果植酸处理后的大肠杆菌能有效结在 < 时菌液投加浓度为 B 时吸附效果最好吸附 ) ' 达到平衡吸附率为 B 大肠杆菌配合植酸吸附铀前后电镜图及 % 表明反应能使铀酰离子络合沉淀沉积在菌体表面关键词大肠杆菌植酸吸附铀中图分类号 - 文献标识码文章编号 )<- ) *+,+-) #"8 $' "!!!$$# A2$ %!8 21+! %!# ",#72#8"#"7$! "#9!",,7 "7$! # 7#< #7,2#8"#"7$"##$,$",7 "#!' #9 79"'#!"7 "7$! # 7#< # "$!97 $!!!9"#99 7,#,9 #8","7$5,,"# $!"#!' $"' 5#5#"#9" $,,$!"#!' $9!!9"9$",9!, # #,,"# $!"#!' #9" ' #9,,,"# 5"!99"'# "!59 #!"#!' 5#$#"#87#9"89 87$9!,#7 5#5#"5 5,,"# $!"#!''!' 8" 5#8"9 5! 5#< #9" "#5#B #9 #9"!8"!' 5##89 ##8!) ',#," ',",7#9 "79 ""#7'#8$"#9 #$""9!, 9,##$9!9"#97,#,9 "# ###8",# 5, 99!"$#,$$9! #"$9!7,#,9#9"!"#!' 随着核能事业的发展放射性污染已经成为一个全球性环境问题 < 尤其是对人类的健康与环境的可持续性发展造成的严重威胁 - 近年来利用植物微生物富集铀等放射性污染物的研究已经成为现阶段的研究热点根据侯伟峰等关于植酸分子式见图抑制大肠杆菌的研究植酸浓度在 <B 时就能完全抑制大肠杆菌的生长并能够破坏大肠杆菌的细胞壁释放出碱性磷酸酶碱性磷酸酶具有水解植酸磷生成自由磷酸根的作用 ) 而自由态的磷酸根又能跟铀酰离子反应生成絮凝沉淀 <- 大肠杆菌是自然界中一种很常见的细菌而植酸也是来自植物的一种廉价化学物质如果植酸配合大肠杆菌处理铀的方法能够实现那就可以提供一种新的铀矿冶废水处理方法将大大降低处理铀废水的成本由于铀矿冶废水占据铀废水来源的主要部分所以本研究所涉及的实验主要是针对铀矿冶废水本研究通过静态吸附实验考察了初始浓度反应时间等不同因素对其吸附性能的影响并对吸机理进行初步探究基金项目国家自然科学基金资助项目 -<- 收稿日期 - ) < 修订日期 - - ) 作者简介范黎锋男硕士研究生研究方向水处理理论与技术 %'#$#$=,' 通讯联系人 %'# 8'"=)

反应时间以及菌液投加浓度对吸附效果的影响实验结果表明植酸能够提高大肠杆菌菌悬液对铀的吸附效果植酸处理后的大肠杆菌能有效结合 @ 在 < 时菌液投加浓度为 B 时吸附效果最好吸附 ) ' 达到平衡吸附率为 B 大肠杆菌配合植

2 < 环境工程学报第卷实验部分图植酸分子式 A"!,!"#$"'!#$7,#,9 + 主要实验材料与试剂大肠杆菌取自南华大学病原实验室植酸天津市光复精细化工研究所 B 基准八氧化三铀国家标准物质中心分析纯牛肉膏北京奥博星生物技术有限责任公司蛋白胨北京奥博星生物技术有限责任公司 ## 均为化学纯实验用水为超纯水 +, 主要实验仪器电子分析天平上海友声衡器有限公司 ) 精密计上海精密科学仪器有限公司?E 空气浴振荡器哈尔滨东联电子技术开发有限公司紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司? 艾科浦超纯水系统重庆颐洋企业发展有限公司 / 高速离心机 % 29 < 型扫描电镜日本日立公司 E 型能谱仪德国 % 公司 +- 植酸处理大肠杆菌的实验方法根据侯伟峰等的研究 <B 的植酸就足以破坏大肠杆菌细胞壁使其中的碱性磷酸酶 2 释放出来因此本实验控制锥形瓶中植酸浓度为 B 将 - '2 活化后的 $9! 接种到装有 '2 牛肉膏蛋白胨培养基的锥形瓶中于 - "' ) 恒温摇床中培养测定值根据图中细菌浓度曲线使菌悬液浓度约为 C,'2 在无菌操作台上加入植酸溶液使锥形瓶中植酸浓度为 B 放入 ) - "' 摇床内培养 ) 后取出备用 + 铀 9 标准溶液配制称取基准八氧化三铀置于 '2 烧杯中加入 '2) '2)B 的加热至完全溶解转入 '2 容量瓶中加水稀释至刻度摇匀此溶液 '2 含 ' 铀 - 不同浓度铀图细菌浓度曲线 A 8#,"#,,"#,!" 溶液分别用铀标准液稀释至所需浓度 + 吸附实验取菌悬液铀标液混合加入 - '2 锥形瓶中调节值在 ) - "' 恒温振荡箱中振荡一定时间后取出离心转速为 "' ' 取上清液测定残留铀浓度按式计算吸附率铀的测定采用钒酸铵滴定法吸附率 CB 式中分别为溶液中铀的初始浓度和吸附平衡浓度 '2, 结果与分析,+ 对吸附效果的影响 - 个 - '2 锥形瓶中加入 <- '2 之前制备的植酸与 $9! 混合溶液在加入 - '2 浓度为 '2 的铀溶液使溶液中铀浓度为 '2 调节不同的分别取 )<- 在 ) - "' 恒温振荡箱中振荡 ) ' 离心分离取上清液 '2 测定溶液中铀浓度计算铀的吸附率图 ) 结果表明当值由 >< 变化时植酸处理大肠杆菌的产物对铀的吸附率逐渐增大从图 ) 值对吸附效果的影响 A)%$,$ #9"

均为化学纯实验用水为超纯水 +, 主要实验仪器电子分析天平上海友声衡器有限公司 ) 精密计上海精密科学仪器有限公司?E 空气浴振荡器哈尔滨东联电子技术开发有限公司紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司?

3 第期范黎锋等大肠杆菌配合植酸对铀的吸附 < B 增长到 -B 大于 < 之后对铀的吸附效率逐渐降低当 < 时铀在水溶液中的主要存在形 @ ) 等此时吸附效果最好 G< 时在水溶液中的主要形式此时溶液浓度较会竞争吸附位点导致铀的去除率不高在 M< 时溶液中 ) 容易与铀酰离子生成不易被吸附的碳酸铀酰络合物铀的吸附率也不高因此溶液初始过高或过低都不利于铀离子的吸附后续实验中采用初始为 <,+, 铀初始浓度对吸附效果的影响由于铀矿液废水中铀的浓度大致在 - > '2 故本实验不考虑对高浓度废水的吸附效果 - 个 - '2 锥形瓶中加入 <- '2 的按 ) 方法得到的植酸与 $9! 混合溶液在加入不同体积的浓度为 ' 2 的铀溶液使溶液中铀浓度分别为 - 和 '2 调节为 < 在 ) - "' 恒温振荡箱中振荡 ) ' 离心分离取上清液 '2 测定溶液中铀浓度计算铀的吸附率图 < 初始浓度对吸附效果的影响 A<%$,$#,,"# $ #9" 从图 < 可以看出随着铀初始浓度的增加吸附率呈现先上升后下降的趋势在初始浓度为 ' 2 时去除率最高说明植酸配合大肠杆菌对低浓度铀废水有较好的吸附效果,+- 吸附时间对吸附效果的影响 - '2 锥形瓶中加入 <- '2 菌液浓度为再加入 < '2 浓度为 '2 的铀溶液和 '2 蒸馏水使溶液体积为 - '2 且其中铀浓度为 '2 调节为 < 在 ) - "' 恒温振荡箱中振荡 )<))< 和 < ' 离心分离取上清液 '2 测定溶液中铀浓度计算铀的吸附率从图 - 可以看出随着时间的增加吸附率逐渐升高 > ' 段吸附率上升很快可能是由于植酸破坏大肠杆菌细胞壁而释放出碱性磷酸酶碱性磷酸酶使植酸上的磷酸根分离 ) 磷酸根进而与铀酰离子反应生成沉淀之后随着反应的进行溶液中磷酸盐含量降低磷酸盐与铀酰离子反应减慢吸附率上升减慢并在 ) ' 时达到吸附平衡吸附率为 B 因此可认为最佳吸附时间为 ) ' 图 - 吸附时间对吸附效果的影响 A-%$,$#9" ' #9",+ 菌液投加比例对吸附效果的影响 - 个 - '2 锥形瓶中加入 )< 和 <- '2 的按 ) 方法得到的植酸与 $9! 混合溶液再加入 < '2 的浓度为 '2 的铀溶液再向锥形瓶中加水使溶液体积为 - '2 此时溶液中铀浓度为 ' 2 调节为 < 在 ) - " ' 恒温振荡箱中振荡 ) ' 离心分离取上清液 '2 测定溶液中铀浓度计算铀的吸附率从图中可以看出随着菌液投加比例的增加吸附率逐渐升高投加比例达到 B 后逐渐趋于稳定说明吸附率与投加比例呈正相关关系投加比例越大吸附位点越多有更多的吸附位与铀酰离子生成表面配合物吸附的铀也就增多因此可认为最图菌液投加比例对吸附效果的影响 A%$,$"#$%,! #9"

响由于铀矿液废水中铀的浓度大致在 - > '2 故本实验不考虑对高浓度废水的吸附效果 - 个 - '2 锥形瓶中加入 <- '2 的按 ) 方法得到的植酸与 $9!

4 环境工程学报第!" 卷佳的菌体投加浓度为 ="f% DC M?大肠杆菌与植酸单独对铀的吸附实验取 * 个!E" 9P锥形瓶! 向一个锥形瓶中加入 `E 9P浓度 g!" $ D ' ' 1-9P_! 的大肠杆菌菌悬液!向另一个锥形瓶中加入! 9P的 +"f 植酸与 `` 9P液体培养基的混合溶液!再分别向 * 个锥形瓶中加入 ` 9P浓度为!"" 9-P_! 的铀溶液和! 9P蒸馏水!使溶液体积为 E" 9P!且锥形瓶中铀的浓度均 -9 / _! 为 $ 9-P_! % 调节 ZJ为 `!在 A" n!!e" 恒温振荡箱中振荡!"*"A"+"!*"!$"*`"A"" 和 A+" 9 / 离心分离!取上清液 * 9P!分别测定溶液中铀浓度!计算铀的吸附率% 和图 $ 可以看出!在相同的处理条件下! 大肠杆菌与植酸单独对铀的吸附效果都不是很高! 但两者配合却可以使吸附率达到 ="f!说明植酸配合大肠杆菌对铀溶液有更好的吸附效果% 图 =#反应前后的大肠杆菌电镜图 e =#[7N 95 1 W3 % $V 5 /W 5 W3D / 着点#由图 =" V$ 可看出!细菌表面有很多附着物!这表明絮凝物大量吸附在菌体表面!使铀酰离子得到吸附!沉积在菌体表面% 电子能谱图如图!" 所示 % 从图!" 可以看出! Z / 3 5 / 39 W3 % $ 大肠杆菌配合植酸在吸附 H" / $ 前后! 都有明显的 K, L峰! 而吸附 H" / $ 后! 电子能谱出现了铀的吸收峰 % 电子能谱图中出现,KL峰!且, K含量高!这与大肠杆菌菌体中含有大量, K相符 #吸附后出现 H峰!可能是由于磷酸根与铀酰离子络合反应生成沉淀所导致的! 其结合能为 A b` \ %! 进一步证明大肠杆菌表面沉积物为铀的沉积物% 图 $#植酸对铀的吸附效果 e $#<W1 Z / 3 5 / 39 Z-U D5 D W DC N?扫描电镜及能谱分析扫描电镜结果如图 = 所示% 由图 = " 5$ 可看出! 大肠杆菌在经过植酸处理后!细菌表面出现损坏!形成许多不规则突起!这增大了细菌的表面积!为之后图!"#大肠杆菌吸附前后的电子能谱图磷酸根与铀酰离子反应生成的沉淀提供了大量的附 e!"#7y? 95 1V 5 /W 5 W3D /

计算铀的吸附率% 从图 @ 和图 $ 可以看出!在相同的处理条件下! 大肠杆菌与植酸单独对铀的吸附效果都不是很高! 但两者配合却可以使吸附率达到 ="f!说明植酸配合大肠杆菌对铀溶液有更好的吸附效果% 图 =#反应前后的大肠杆菌电镜图 e =#[7N 95 1 W3 % $V 5 /W 5 W3D / 着点#由图 =" V$ 可看出!

5 第期范黎锋等大肠杆菌配合植酸对铀的吸附 < - 结论大肠杆菌对低浓度含铀废水有去除效果其吸附铀的最佳条件为初始浓度为 ' 2 < 时间 ) ' 菌体浓度菌悬液浓 C,'2 菌液投加比例为 B 植酸配合大肠杆菌对铀的吸附效果比植酸或大肠杆菌单独吸附铀的效果要好说明植酸确实能够增加大肠杆菌对铀的吸附效果并且最终形成的络合产物沉积在大肠杆菌细胞表面 ) 大肠杆菌配合植酸对铀的吸附率较高但本实验由于采用的是菌液吸附生成沉淀的实验方法故吸附量不高对其吸附机理的研究还不够深入还需进一步探究处理方法和吸附机理参考文献 % % /% ##,#!"7#9,"$#,5, #,,!'!# #$"',#'#9 $!"#!'5#9%!" #!"#$7,11 <)< - 22 %'#$!"#!'!9"#"8,#9 ##"8,,9!# 9!',"!'"#%",11 ) --) ) %#9?1!# #"8!,!#"'7,"3#,"8!7#83# $!"#!'!"#!' '#!"#$%"'##9 #,7,11 - < 2%1 %2 21 # # #3#"9$9 "#!'! #" 29 7#,7,11, - 2 / # %/ 1 #A#"'# $#7'##9 7,#,9$"' 5#"!5 '9$9,#$8"',#2",1, ) - 2!# %? # $!,$,#,!' ',"8#"9!, $9 #!"#!',7#9 ",11 <-< A /2%% % #,7$99!"#!' $"#' #""# # 7,,111 ) 2%% 1 1/ " $#7 '##9!"#!' 87#"$ #9 # #!"#$#3#"9!#"#,11 - 吴唯民 2%1 等地下水铀污染的原位微生物还原与固定在美国能源部田纳西橡树岭放射物污染现场的实验环境科学学报,1 ) ) <<<- ' 2%1 "9!, #9 ''83# $!"#!'!,#!97## 9#"'$"7"#9#,5# # 9,#,#",!'##,1 ) ) <<<- 王建龙陈灿生物吸附法去除重金属离子的研究进展环境科学学报,11 )< ) / # %##", #9#, # 7'#"'#878",#,#",!' ##,11)< ) 王水云谢水波李仕友等啤酒酵母菌吸附废水中铀的研究进展铀矿冶,11 /!7! %!8 27! ##", #9#, 8"" $!"#!' 5#5#",#!"#!' 87#,,#"'7,,"#"#!' #9 #!"7,11 侯伟峰谢晶蓝蔚青等植酸对大肠杆菌抑菌机理的研究江苏农业学报,1, <<)<< $ % 2 #',"8#',#'$7,#,9 ##$!!! #!!"#$",!!"#,,,1, <<)<< ) 杜丽敏段相林植酸酶的来源与应用安徽农业科学,11 )- << 2' #!",#9 #,#$ 7#!"#$!",!!"#,,,11 )- << < 杨敏磷酸盐络合絮凝法处理放射性稀土废水的研究南昌南昌大学硕士学位论文,1, 1/!97 "#'$"#9#,"#"#" 5#5#"5 "#,'# #9 $,,!# ",#,# #""# $#,# "7,1, - 钱丽娟铀钍和铕在磷酸盐上的吸附研究兰州兰州大学博士学位论文,11 E2+!#!97 " $ #9 %! #2#3!,""# $2#3! "7,11 魏广芝徐乐昌低浓度含铀废水的处理技术及其研究进展铀矿冶,11 - %/!#3 2,#"#',7$5,,"#!"#!'8#"5#5#"#9 "#", """#!'#9 #!"7,11 - 李华昌常见矿石分析手册北京化学工业出版社,1 郑伟娜夏良树王晓等谷壳对铀的吸附性能及机理研究原子能科学技术,1 <- - -)<-<?%/# 2#! /# #9 " 8#"#9 ',#' $!"#!' 87,#$ ',%"7,,#9,7,1 <- - -)<-< / +# 21!! # " $!"#!' 87'' #9!"#$%"'##9#,7,11 -<- %!8?/!?! # '#$!"#!' $"' #!!! 87#9" $'#!"#$%"'##9#,7,11

量不高对其吸附机理的研究还不够深入还需进一步探究处理方法和吸附机理参考文献 % % /% ##,#!"7#9,"$#,5, #,,!'!# #$"',#'#9 $!"#!'5#9%!" #!"#$7,11 <)< - 22 %'#$!"#!'!9"#"8,#9 ##"8,,9!# 9!',"!

010!"#$%$$ 卷 &'!+!'!!86$,!**#$$$!""9#$!$) $!!#"!:7+!!!7!$$!!"6+%'%, #'#,"$!9!6$,+!$!+,!9!7#"!,)!$,#!$,$8+6):$,",):$,):$,!8 010,0 "*!"01, 0077+!!!79!

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< 环 境 工 程 学 报 第 卷 实 验 部 分 图 植 酸 分 子 式 A"!,!"#$"'!#$7,#,9 + 主 要 实 验 材 料 与 试 剂 大 肠 杆 菌 取 自 南 华 大 学 病 原 实 验 室 植 酸 天 津 市 光 复 精 细 化 工 研 究 所 B 基 准 八 氧 化 三 铀

< 环境工程学报第卷实验部分图植酸分子式 A"!,!"#$"'!#$7,#,9 + 主要实验材料与试剂大肠杆菌取自南华大学病原实验室植酸天津市光复精细化工研究所 B 基准八氧化三铀