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铁还原去除饮用水中三氯硝基甲烷的性能研究

浙江大学学报（工学版） 2013年第12期47卷 2202-2207页

作者：丁春生张涛徐洋洋贡飞浙江工业大学建筑工程学院浙江杭州310032

为减小饮用水在氯消毒过程中产生的消毒副产物所带来的危害,采用铁刨花去除饮用水中低质量浓度的三氯硝基甲烷(TCNM),考察了其在不同反应条件下对TCNM的去除效果及其影响因素,并探讨了其降解机理及动力学规律.结果表明:铁刨花对低质量... 详细信息

为减小饮用水在氯消毒过程中产生的消毒副产物所带来的危害,采用铁刨花去除饮用水中低质量浓度的三氯硝基甲烷(TCNM),考察了其在不同反应条件下对TCNM的去除效果及其影响因素,并探讨了其降解机理及动力学规律.结果表明:铁刨花对低质量浓度的三氯硝基甲烷有较好的去除效果,对于100mL、质量浓度为5μg/L的三氯硝基甲烷溶液,当铁刨花的投加量为4g时,反应180min后,去除率达到90.15%,随着铁刨花投加量的增加,三氯硝基甲烷的去除率增加,铁刨花投加量对三氯硝基甲烷的去除效果影响较大.在低浓度的三氯硝基甲烷条件下,三氯硝基甲烷初始浓度的变化对去除三氯硝基甲烷的去除效果影响不大.铁刨花还原去除三氯硝基甲烷的反应符合一级反应动力学规律.

关键词：饮用水三氯硝基甲烷铁还原动力学

铁还原条件下铁负载生物质炭固定三价砷的能力及其稳定性

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农业环境科学学报 2020年第12期39卷 2735-2742页

作者：朱晓东杨敏吴松施维林周东美苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210023 生态环境部南京环境科学研究所南京210042 国家环境保护土壤环境管理与污染控制重点实验室南京210042

为研究还原条件下铁负载生物质炭固定三价砷[As(Ⅲ)]的能力及其自身稳定性,首先探究了铁负载生物质炭介导铁还原菌(Shewanella oneidensis MR-1)还原含As(Ⅲ)的水铁矿[As(Ⅲ)-FH]时对As(Ⅲ)的释放和固定能力;其次评估了铁还原菌的还原... 详细信息

为研究还原条件下铁负载生物质炭固定三价砷[As(Ⅲ)]的能力及其自身稳定性,首先探究了铁负载生物质炭介导铁还原菌(Shewanella oneidensis MR-1)还原含As(Ⅲ)的水铁矿[As(Ⅲ)-FH]时对As(Ⅲ)的释放和固定能力;其次评估了铁还原菌的还原作用对铁负载生物质炭固定As(Ⅲ)稳定性的影响。研究表明,400~700℃制备的铁负载生物质炭在好氧条件下可以吸附0.94~1.63 mg·g^-1的As(Ⅲ)。在As(Ⅲ)-FH还原体系中,随着铁负载生物质炭制备温度的提升:0~400 h时,铁负载生物质炭加速S.oneidensis MR-1还原As(Ⅲ)-FH释放二价铁和As(Ⅲ)的能力也逐渐提升;在400~646 h,分别加速溶液中的Fe^2+沉淀生成蓝铁矿和菱铁矿,以及As(Ⅲ)的部分固定,在646 h时As(Ⅲ)的固定量为0.211~0.676 mg·g^-1。在铁负载生物质炭固定As(Ⅲ)稳定性评估体系中:铁还原菌的还原作用虽然会导致铁负载生物质炭中磁铁矿还原转化生成蓝铁矿和菱铁矿,但却可以在342 h内提升固定As(Ⅲ)的能力,达到2.16~2.29 mg·g^-1。因而在铁还原菌构建的还原生境中,铁负载生物质炭的As(Ⅲ)固定能力在342 h的短期内呈现增加的趋势,而在646 h的长时间培养条件下As(Ⅲ)的固定能力逐渐降低。通过构建简单的铁还原生境,评估了铁负载生物质炭在还原环境中固定As(Ⅲ)的潜能,为稻田土壤砷污染阻控材料的筛选提供了一种评估方法。

关键词：铁负载生物质炭氧化还原特性三价砷铁还原微生物胞外电子传递

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微生物介导铁还原耦合氨氧化过程的研究进展

微生物学报 2022年第6期62卷 2249-2264页

作者：程宽李涵杜衍红董海波刘同旭中国科学院广州地球化学研究所广东广州510640 广东省科学院生态环境与土壤研究所华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心广东省农业环境综合治理重点实验室广东广州510650 中国科学院大学北京100049

铁的氧化还原过程可以显著影响环境中次生矿物的形成、养分转化和污染物的归趋。作为厌氧环境中新发现的铁循环过程,铁氨氧化过程对自然和农田生态系统中氨氧化的贡献可达10%以上,对环境保护和农业生产具有深远的意义。文章主要从发展... 详细信息

铁的氧化还原过程可以显著影响环境中次生矿物的形成、养分转化和污染物的归趋。作为厌氧环境中新发现的铁循环过程,铁氨氧化过程对自然和农田生态系统中氨氧化的贡献可达10%以上,对环境保护和农业生产具有深远的意义。文章主要从发展历程、相关微生物、反应机制、影响因素和环境意义等方面综述了铁氨氧化过程。在此过程中,Acidimicrobiaceaesp.A6和异化铁还原菌(DIRB)是驱动铁氨氧化过程的关键微生物,环境pH、Fe(Ⅲ)的浓度和种类、碳源和Mn(Ⅳ)氧化物是重要环境影响因子。铁氨氧化过程可能由微生物独立驱动完成,也可能由微生物-化学耦合作用驱动完成。从环境意义看,铁氨氧化过程对减少温室气体排放、固定重金属等方面具有积极影响,但也会导致氮素流失等负面环境效应。后续的研究可以从纯化微生物、拓展研究方法等方面着手,进一步提升铁氨氧化过程的研究广度和深度。

关键词：铁氨氧化 NH_(4)^(+)氧化铁还原

江汉平原高砷地下水原位微生物的铁还原及其对砷释放的影响

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地球科学（中国地质大学学报） 2017年第5期42卷 716-726页

作者：高杰郑天亮邓娅敏蒋宏忱中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074 中国地质大学生物地质及环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

微生物参与铁氧化物矿物的还原性溶解是高砷地下水形成的关键过程,其中具有砷还原功能的微生物如何参与含水层砷释放的生物地球化学过程亟待研究.利用从江汉平原典型高砷含水层中厌氧条件下分离出的四株细菌(Citrobacter sp.JH-1、Clost... 详细信息

微生物参与铁氧化物矿物的还原性溶解是高砷地下水形成的关键过程,其中具有砷还原功能的微生物如何参与含水层砷释放的生物地球化学过程亟待研究.利用从江汉平原典型高砷含水层中厌氧条件下分离出的四株细菌(Citrobacter sp.JH-1、Clostridium sp.JH-6、Exiguobacterium sp.JH-13、Paenibacillus sp.JH-33),通过室内厌氧模拟培养实验,查明其砷、铁还原能力,并通过分别与铁氧化物矿物及原位沉积物共同培养,探究原位含水层微生物参与的砷释放机理.结果表明:四株细菌均具有厌氧条件下砷、铁还原功能,Citrobacter sp.JH-1砷还原能力最强,96h内还原的As(V)浓度为2.22μmol/L.其中Citrobacter sp.JH-1不仅可在厌氧和有氧条件下还原溶液中的As(V),还可在厌氧条件下还原溶液中的Fe(III)和无定型的水铁矿,在与含水层沉积物共培养12d后,沉积物中铁与砷的释放量分别为510mg/kg及1 150μg/kg.江汉平原含水层中的原位微生物兼具砷/铁还原功能,在厌氧条件下可还原沉积物中的铁氧化物矿物并促进砷的释放,为深入揭示高砷地下水成因机理与地下水砷污染的防控提供重要科学依据.

关键词：江汉平原功能微生物砷还原铁还原砷释放生物地球化学水文地质

铁还原体系产电菌的分离及其胞外电子传递特性研究

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铁还原体系产电菌的分离及其胞外电子传递特性研究

作者：范晓阳东南大学

学位级别：硕士

异化铁还原菌在细菌呼吸和生长过程中能够还原多种金属离子,去除有毒的有机物和重金属,通过胞外电子转移机制将胞内有机物代谢的电子传递到胞外的电子受体,例如固态金属氧化物,使金属氧化物还原。因而,异化铁还原菌在金属元素的地球化... 详细信息

异化铁还原菌在细菌呼吸和生长过程中能够还原多种金属离子,去除有毒的有机物和重金属,通过胞外电子转移机制将胞内有机物代谢的电子传递到胞外的电子受体,例如固态金属氧化物,使金属氧化物还原。因而,异化铁还原菌在金属元素的地球化学循环和能源的回收利用等方面发挥重要作用。典型的异化铁还原菌以地杆菌（Geobacter,严格厌氧菌）和希瓦氏菌（Shewanella,兼性厌氧菌）为代表,它们的共同特征是能够进行胞外电子传递,是研究最多的产电菌。铁还原被认为是地球上最古老的微生物代谢形式,与水体、土壤及沉积物中物质循环息息相关。铁的微生物还原对于重金属污染修复有着重要意义,铁还原过程中的产电特性研究能够为胞外电子传递机制的研究提供依据。发现具有胞外电子传递特征的新产电菌,对于揭示异化铁还原菌的产电机理具有重要意义。本文以铁矿土为基础,通过两种方式富集,筛选出多株铁还原菌。并将筛选出的细菌组装双极室MFC。通过数据采集装置对电池进行至少三个工作周期的数据采集,得到MFC装置的极化曲线、CV曲线、开路电压曲线、功率密度曲线、内阻等电化学数据。参照常见产电菌的电化学数据,筛选出三株未见报道的铁还原产电菌,分别代号F1,F2,F3。通过16SrRNA基因测序得到其基因序列,鉴定细菌种类,制作电镜样品,观察细菌形态在未产电及产电条件下的区别。结果表明,在微生物燃料电池工作的过程中,这几种细菌出现了纤毛结构。本文对筛选出的菌株进行了铁还原能力以及铬还原能力的研究,并绘制铁还原及铬还原曲线,以及对应的细菌生长曲线。研究发现细菌具有良好的铁铬还原能力。本文还对筛选出的三株产电菌受二氧化钛的影响进行了研究。利用二氧化钛对碳电极进行修饰,将修饰的电极作为工作电极组装半电池,每株细菌分别组装半电池,通过电化学工作站和紫外分光光度计记录电池在光照及避光条件下的I-T曲线及细菌生长曲线。实验结果表明二氧化钛在光照条件下能够提高这三株细菌的胞外电子传递效率。同时,对B.cereus strain F1菌进行了全基因组测序分析,通过测序数据与各基因、蛋白质数据库例如KEGG、COG、Swiss-Prot等的细致对比,我们掌握了该细菌的生长特性、代谢机理、同源物种等特性,为胞外电子传递的机制研究奠定了基础。

关键词：产电菌筛选铁还原铬还原胞外电子传递基因组测序

黄河中下游湿地土壤铁还原氧化过程的温度敏感性

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土壤学报 2018年第2期55卷 380-389页

作者：王旭刚孙丽蓉马林娟郭大勇徐晓峰河南科技大学农学院河南洛阳471003

土壤中铁的还原氧化过程因与重金属的生物有效性、有机污染的降解及含碳温室气体排放等环境问题关系密切而备受关注。温度可能通过影响铁还原菌或者Fe(II)氧化菌的活性、底物的生物可用性等而影响铁的还原过程。以黄河中下游地区新乡市... 详细信息

土壤中铁的还原氧化过程因与重金属的生物有效性、有机污染的降解及含碳温室气体排放等环境问题关系密切而备受关注。温度可能通过影响铁还原菌或者Fe(II)氧化菌的活性、底物的生物可用性等而影响铁的还原过程。以黄河中下游地区新乡市原阳大米产区的湿地土壤为样品,利用厌氧泥浆控温培养试验方法研究了黄河中下游湿地中土壤铁还原氧化过程的温度敏感性。结果表明:黄河中下游湿地土壤铁的还原容量在16~31℃范围内不受温度影响,但在16~40℃之间升高温度可显著增加铁还原过程的最大速率、速率常数,亦可缩短最大速率出现的时间。铁还原的温度敏感系数介于1.18~3.05之间,且随温度上升而升高。光照可降低铁还原的温度敏感性,平均降幅39.0%。光照时土壤中Fe(II)氧化对温度不敏感。光照条件和铁氧化物的种类和数量可能是影响土壤有机碳矿化的因素之一。研究结果对于深入理解土壤铁的生物地球化学循环及其与土壤呼吸的关系具有重要意义。

关键词：温度敏感性湿地铁还原铁氧化异养呼吸

发酵型异化铁还原细菌Clostridium sp.LQ25铁还原机制研究

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发酵型异化铁还原细菌Clostridium sp.LQ25铁还原机制研究

作者：袁媛天津科技大学

学位级别：硕士

微生物参与的铁还原过程是铁在地球化学循环中的主要动力,异化铁还原细菌分为呼吸型和发酵型。两种类型异化铁还原细菌的铁还原机制存在较大差异。本论文以分离自海洋沉积物的发酵型细菌Clostridium sp.LQ25为实验材料,分析电子受体和... 详细信息

微生物参与的铁还原过程是铁在地球化学循环中的主要动力,异化铁还原细菌分为呼吸型和发酵型。两种类型异化铁还原细菌的铁还原机制存在较大差异。本论文以分离自海洋沉积物的发酵型细菌Clostridium sp.LQ25为实验材料,分析电子受体和电子穿梭体对其铁还原性质的影响,同时使用转录组分析发酵型异化铁还原细菌铁还原机制。实验的研究结果有以下几个方面:(1)野生菌株和突变菌株生长分析表明,野生菌株LQ25在培养的第26 h达到细胞密度最大值1.45±0.08;突变菌株C在培养的第24 h达到细胞最大密度最大值1.46±0.03;突变菌株R在培养的第26 h达到细胞密度最大值1.35±0.21。与之相对应的,野生菌株LQ25比生长速率为0.083,代时为7.8 h;突变菌株C比生长速率最高,代时最短,分别为0.104和6.7 h;突变菌株R比生长速率最低,代时最长,分别为0.073和9.5 h。菌株稳定性实验表明,所有菌株在不添加电子受体、添加柠檬酸铁和添加氢氧化铁的条件中,其生长和铁还原能力均保持稳定。(2)菌株异化铁还原性质会受到不同电子受体的影响。在以柠檬酸铁为电子受体时,野生菌株LQ25和突变菌株C、R的铁还原酶酶活分别为4.72±0.05μmol/(h·mg)、6.95±0.24μmol/(h·mg)和3.69±0.05μmol/(h·mg),累积Fe(II)浓度分别为15.02±0.66mmol/L、19.09±0.06 mmol/L和5.34±0.11 mmol/L。在以氢氧化铁为电子受体时,野生菌株LQ25和突变菌株C、R的铁还原酶酶活分别为2.41±0.03μmol/(h·mg)、2.77±0.18μmol/(h·mg)和1.73±0.05μmol/(h·mg),累积Fe(II)浓度分别为12.22±0.17mmol/L、16.59±0.05 mmol/L和3.90±0.03 mmol/L。(3)菌株异化铁还原性质会受到不同电子穿梭体的影响。外源核黄素和蒽醌-2-磺酸钠(AQS)均能提高菌株LQ25的异化铁还原能力,其浓度分别为100 mg/L和0.8mmol/L时,铁还原能力达到最大,累积Fe(II)浓度最高分别为70.73±0.05 mmol/L和435.34±0.12 mmol/L。菌株LQ25自身分泌核黄素和AQS的量随时间变化呈现由弱增强再减弱的趋势,相对荧光强度最高可分别达到49.50±3.92和51.90±6.04。电子受体氢氧化铁的添加也会对菌株LQ25核黄素和AQS的最大分泌量产生影响,相对荧光强度最高可分别达到56.23±7.93和61.20±3.96。电子传递呼吸抑制剂实验表明,在氢氧化铁条件下,构成呼吸传递链组分的FAD脱氢酶和细胞色素b复合物,主要参与了菌株LQ25的电子传递过程。(4)转录组数据结果显示,培养前期和中期相比,显著性差异表达上调的基因有809个,下调的有807个;培养前期和后期相比,显著性差异表达上调的基因有933个,下调的有935个;培养中期和后期相比,显著性差异表达上调的基因有271个,下调的有162个。添加核黄素和不添加电子受体相比,显著性差异表达上调的基因有164个,下调的有347个;添加AQS和不添加电子受体相比,显著性差异表达上调的基因有127个,下调的有105个;添加AQS和添加核黄素相比,显著性差异表达上调的基因有148个,下调的有63个。(5)通过对比不同培养时间下和不同电子穿梭体下的差异基因可知,在菌株LQ25异化铁还原过程中发挥主要功能的是核黄素和醌类物质,参与核黄素生物合成过程的关键基因为rib 5、rib AB和rib H,与醌类物质合成相关的关键基因为Q＿GM001531和Q＿GM001938。(6)RT-PCR实验表明基因rib 5、rib AB、rib H、Q＿GM001531和Q＿GM001938是菌株LQ25异化铁还原过程中的关键基因。不同培养时间下的RT-PCR结果显示,核黄素合成基因rib 5和rib AB在培养的前期表达量较高,其在培养前期的表达量分别是培养中期的8.62和5.77倍。醌类物质相关基因Q＿GM001938和Q＿GM003268在培养的中期表达量较高,其在培养中期的表达量分别是培养前期的16.8和1.32倍。不同电子穿梭体下的RT-PCR结果显示,核黄素合成基因rib 5、rib AB、rib H,以及醌类物质相关基因Q＿GM001531,均在添加AQS的条件中表达量较高,以上基因在添加AQS条件下的表达量分别是不添加电子穿梭体条件下的1.59、1.39、1.40和138.36倍。

关键词：发酵型异化铁还原细菌 Clostridium sp.LQ25 铁还原电子穿梭体转录组分析

铁还原菌介导的氧化铁还原与硝酸盐还原的竞争效应研究

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生态环境学报 2013年第1期22卷 123-128页

作者：张伟刘同旭李芳柏李晓敏中国科学院广州地球化学研究所广东广州510640 广东省生态环境与土壤研究所广东广州510650 中国科学院大学北京100049 华南农业大学资源与环境学院广东广州510642

中性厌氧条件下,脱色希瓦氏菌Shewanella decolorationis(S12)能够使用多种电子受体进行厌氧呼吸,包括溶解态的硝酸盐以及难溶态的氧化铁基质。因此,本文通过构建"脱色希瓦氏菌/铁氧化物/硝态氮"的交互反应体系,研究这一体系中铁还原与... 详细信息

中性厌氧条件下,脱色希瓦氏菌Shewanella decolorationis(S12)能够使用多种电子受体进行厌氧呼吸,包括溶解态的硝酸盐以及难溶态的氧化铁基质。因此,本文通过构建"脱色希瓦氏菌/铁氧化物/硝态氮"的交互反应体系,研究这一体系中铁还原与硝态氮还原的相互作用过程,并对相互作用机制进行初步探讨。结果表明,交互反应体系中氧化铁还原与硝酸盐还原存在明显的竞争关系;随着氧化铁比表面积、可利用态铁含量的增大,硝酸受抑制作用逐渐增强;通过不同温度煅烧而得到的不同结晶度的赤铁矿对硝态氮的抑制作用也被研究。结果还表明,氧化铁结晶度越高,S12对硝态氮的还原抑制作用越小。循环伏安电化学测试结果发现,加入硝酸条件下,铁氧化峰几乎完全消失,表明硝态氮存在条件下,铁还原受到明显抑制。针对以上结果,初步探讨了铁还原与硝态氮还原竞争的原因,即:(1)Fe(Ⅲ)与NO3–同时作为电子受体,因竞争电子而受到抑制;(2)吸附态Fe(Ⅱ)物种还原NO3–,导致Fe(Ⅱ)累积减少,NO3–还原因产生的Fe(Ⅱ)的低速率而被抑制。

关键词：竞争效应硝酸盐还原铁还原交互反应体系

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铁酸锌钙化碳热还原的热力学行为

有色金属科学与工程 2023年

作者：祁德兴余水郭秋月文应江邱家用毛瑞江苏科技大学冶金与材料工程学院张家港江苏科技大学产业技术研究院精细冶金研究所江苏省沙钢钢铁研究院炼铁环境研究室

通过热力学计算和实验相结合，分析了含锌电炉粉尘中铁酸锌钙化碳热还原过程热力学行为，讨论还原温度和碳氧摩尔比对铁酸锌钙化碳热还原行为的影响。结果表明，与传统碳热还原相比，ZnFe2O4钙化碳热还原可在较低温度生成ZnO，并可在11... 详细信息

通过热力学计算和实验相结合，分析了含锌电炉粉尘中铁酸锌钙化碳热还原过程热力学行为，讨论还原温度和碳氧摩尔比对铁酸锌钙化碳热还原行为的影响。结果表明，与传统碳热还原相比，ZnFe2O4钙化碳热还原可在较低温度生成ZnO，并可在1100K直接由ZnFe2O4得到部分单质Zn。当温度高于1221 K，ZnFe2O4钙化还原出的单质Zn以及由ZnO还原的Zn均以锌蒸气形式挥发，并随配碳量及温度的升高而还原挥发增强。钙化碳热还原不仅降低ZnFe2O4消失的温度，而且降低其还原产出金属铁和锌的温度和碳耗。CaO可重构物相从而明显降低铁酸锌反应产出ZnO、Zn和Fe的温度点，故使得ZnFe2O4提前反应完全。在温度1270K，碳氧摩尔比n(C)/n(O)=0.7时，ZnFe2O4中锌铁还原与分离效果较好，此时Zn以蒸气形式挥发，Fe以金属单质形式被还原出来。

关键词：铁酸锌钙化碳热还原热力学锌还原铁还原