【摘要】：我国水体环境中的重金属污染现象日益严重,其中铬污染现象较为突出不同价态的铬所造成的毒性差异较大,六价铬[Cr(Ⅵ)]的毒性就远大于三价铬[Cr(Ⅲ)]的毒性。将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的过程可以降低Cr(Ⅵ)的毒性近年来,Cr(Ⅵ)的微生物还原法成为国内外学者研究的热点。本文以球形红细菌H菌株(Rhodobacter sphaeroides H)为试验菌种,研究了影响H菌株还原和积累Cr(Ⅵ)的因素,初步探明该H菌株对Cr(Ⅵ)的还原和积累的机理主要结论如下:(1)H菌株对Cr(Ⅵ)的耐受浓度为300 mg/L;H菌株的活细胞是还原Cr(Ⅵ)的主体;在光照厌氧、光照好氧、黑暗厌氧、黑暗好氧四种不同培养条件下,H菌株均能还原Cr(Ⅵ);在光照厌氧条件下,初始Cr(Ⅵ)浓度为100 Cr(Ⅵ)的还原率最高,达98.4%;共存金属離子和含氧阴离子对H菌株还原Cr(Ⅵ)产生的影响效果不同,其中促进效果最显著的是Co~(2+),而抑制作用最大的金属离子为Cu~(2+)。在4种含氧阴离子中,SO_4~(2-)和PO_4~(3-)对H菌株還原Cr(Ⅵ)的影响较大,其他离子的抑制作用均不明显;不同电子供体也可产生对H菌株还原Cr(Ⅵ)效果的影响,其中乳糖、葡萄糖、蔗糖和乙酸钠的促进莋用最为显著,而麦芽糖和柠檬酸有明显抑制作用此外,H菌株在还原较低Cr(Ⅵ)浓度时的反应动力学比较符合一级反应,而随着Cr(Ⅵ)浓度的增高,其反應级数介于一级和二级之间。(2)H菌株胞外及亚细胞组分体系中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)随时间的变化关系表明,该菌株可以在96 h内去除上清液中98.4%的Cr(Ⅵ),其中55.3%转化为细胞表面上的Cr(Ⅲ),19.9%转化为细胞内的Cr(Ⅲ),24.8%的Cr(Ⅵ)积累在细胞内进一步研究胞外及亚细胞的组分对Cr(Ⅵ)的还原效果,发现细胞外组分对Cr(Ⅵ)的还原效果最佳,其次是细胞质和细胞壁组分。对细胞外组分进行还原物质活性的测定结果证明该组分是还原Cr(Ⅵ)的主要物质针对胞外Cr(Ⅵ)还原酶的还原性质研究发现,其最适pH是7.0,最适温度为30℃,底物浓度为0.2 mmol/L。不同电子供体对酶活性的影响较大,其中NADPH提高了50%的还原效率金属离子Cu~(2+)、Fe~(2+)和Ca~(2+)对酶活性有较强的抑制作用,而Co~(2+)和K~+可以显著促进还原酶的活性。(3)FT-IR结果显示,H菌株的细胞壁积累Cr(Ⅵ)后,其羟基、氨基和酰胺等官能团在3300 cm~(-1)和1656cm~(-1)处出现强吸收峰;扫描电镜(SEM-EDX)的結果进一步证明了细胞壁在积累Cr(Ⅵ)后,Cr(Ⅵ)的毒性对H菌株的表面形貌及细胞结构产生了一定影响,使其细胞变得粗糙和不规则;透射电镜(TEM)的结果显礻细胞内多处出现黑色致密颗粒,表明Cr(Ⅵ)或Cr(Ⅵ)的还原产物进入了细胞内部经XPS和XRD表征结果证明了Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ),其还原产物为Cr_2O_3。

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