耐镉促生根瘤菌的鉴定及其对镉的吸附特性

微生物在镉(Cd)污染农田土壤的生物修复上具有应用潜力,然而目前仍缺少有价值的微生物,且从种类繁多的微生物群体中鉴定出有价值的Cd生物修复候选者具有一定挑战性。以前期筛选获得的植物生长促进微生物AXY1菌株为研究对象,通过形态特征和系统发育学分析对该菌株进行初步鉴定,并对其生长条件进行优化,进一步考察其对Cd的耐受、吸附和活化特性。经鉴定该菌株为根瘤菌(Rhizobium pusense),最适生长温度在35℃左右,最适生长pH在7.0左右;菌株对Cd的耐受性达120 mg·L~(-1),对碳酸镉的活化率为9.21%。批次吸附实验结果显示,在pH 7.0、生物量为1.0 g·L~(-1)(湿质量)、初始Cd~(2+)浓度为10 mg·L~(-1)和吸附时间4 h条件下,菌株表现出最高的吸附率41.98%。等温线模型拟合结果显示,菌株的吸附数据符合Langmuir模型,表明菌株以单层生物吸附为主。解吸实验结果显示,菌株以离子交换形式(46.94%)为主对Cd~(2+)进行吸附。SEM-EDS和FTIR分析结果显示,在吸附过程中,Cd~(2+)可能与菌株表面配体(-OH、 -NH、 -COOH等)发生相互作用。该研究结果表明,AXY1菌株具有较高的Cd耐性和吸附特性,可用于Cd污染农田土壤的生物修复。     

蜡样芽胞杆菌菌体及其胞外聚合物对Cd~(2+)的吸附作用

通过液体培养及吸附试验,研究了Cd~(2+)胁迫下蜡样芽胞杆菌生长及其胞外聚合物(EPS)的产生规律、产量和组成,以及菌体和EPS对Cd~(2+)的吸附作用。结果表明,蜡样芽胞杆菌在不同Cd~(2+)浓度胁迫下均可生长,随着Cd~(2+)浓度的增加,各生长时期均有所延后,EPS的生成量与菌体生长曲线具有一定耦合关系,EPS最大生成量为1.707 g/L,多糖与蛋白质含量之和占EPS干质量的68%~87%。对Cd~(2+)的吸附能力大小顺序为细菌菌体-EPS复合物EPS细菌菌体(不含EPS)。透射电镜-X射线光散射能谱(SEM-EDX)分析结果显示,吸附Cd~(2+)后蜡样芽胞杆菌细胞形态及表面结构发生改变,细胞表面形成Cd~(2+)吸收峰,EPS吸附Cd~(2+)后表面形成不规则的含有Cd~(2+)的颗粒状物质。     

铅锌尾矿周边土壤中一株耐镉贪铜菌的筛选鉴定

采集湖南某铅锌尾矿周边土壤,通过浓度梯度筛选得到1株耐镉菌株,菌株编号为KYN。经形态观察、生理生化特性及16S rDNA序列和系统发育分析,判断为贪铜菌(Cupriavidus sp.)。对菌株进行电镜形态观察、菌株生长曲线测定,结果表明:在Cd~(2+)浓度为100 mg/L条件下,菌株形态发生了适应性的变化;在Cd~(2+)浓度为250 mg/L条件下,菌株生长受到明显抑制;当250 mg/L Cd~(2+)浓度≤700 mg/L条件下,菌株迟缓期均延长,但稳定期OD值与Cd~(2+)浓度为250 mg/L时相当;菌株对Cd~(2+)最高耐受浓度为700 mg/L。菌株对Pb~(2+)和Zn~(2+)均具有耐性,Pb~(2+)浓度和Zn~(2+)浓度大于500 mg/L时菌株生长受到抑制。随着Cd~(2+)浓度的增加,菌株对镉去除量表现为先增加后减少的趋势,其中在Cd~(2+)浓度为200 mg/L时达19.106 mg/g。可见,该菌有较好的耐镉能力和镉处理能力,为镉污染的土壤和水体的生物修复提供了宝贵的生物资源。     

常规阳离子存在时Mg-Al-CO3 LDH对土壤中Cd吸附迁移的影响

层状双氢氧化物(Layered double hydroxide, LDH)是土壤中常见的矿物组分,而Na~+、K~+、Ca~(2+)和Mg~(2+)更是土壤溶液中的主要阳离子,它们共存条件下对重金属污染物在土壤中的行为过程影响如何是一个需要探讨的科学问题。通过批量静态吸附实验、动力学实验和室内土柱迁移实验,研究不同阳离子与Mg-Al-CO_3 LDH共存时对重金属Cd在土壤中吸附迁移的影响。运用伪二级动力学模型、Elovich模型及内扩散模型对吸附动力学数据进行拟合,并对Mg-Al-CO_3 LDH吸附Cd前后的样品进行红外光谱分析及X射线衍射分析,以探究其吸附机理。结果表明:Mg-Al-CO_3 LDH的存在使土壤pH升高,且Mg-Al-CO_3 LDH含有大量CO_3~(2-),使得土壤对Cd的吸附能力增强;阳离子类型不同时,无论土壤中是否含有LDH,其对Cd的吸附量均表现为阳离子价态越高,吸附量越小。伪二级动力学模型拟合效果非常好,R~2均接近于1,说明土壤对Cd的吸附能力与吸附位点有关;内扩散模型拟合结果揭示土壤对Cd~(2+)吸附的速率受液膜扩散、颗粒间扩散、化学反应等综合作用的控制。不同阳离子类型对Cd在土壤中吸附迁移的影响不同,Cd迁移能力表现为随背景阳离子价态升高迁移能力增强;Mg-Al-CO_3 LDH的存在抑制了Cd的迁移。红外光谱及X射线衍射分析表明,Mg-Al-CO_3 LDH对Cd~(2+)的吸附机理主要为Cd~(2+)与Mg-Al-CO_3 LDH上的CO_3~(2-)反应生成CdCO_3沉淀。Mg-Al-CO_3 LDH对不同阳离子的吸附机制不同,影响着重金属Cd在土壤中的吸附迁移过程。     

稻-鳝种养结合模式对稻田土壤性质及镉吸附与解吸的影响

在稻-鳝种养结合和非种养结合(水稻单一种植)模式下,设置不同氮肥减量梯度试验,研究稻田土壤对典型重金属镉吸附和解吸能力的差异。结果表明:稻-鳝种养具有降低稻田土壤p H、增加土壤全氮、有机质含量以及阳离子交换量(CEC)的作用;减氮处理组中,稻-鳝种养结合模式下的稻田土壤Cu、Zn、Pb、Cd及Cr含量有高于非种养结合模式的趋势,两种模式下的As和Hg差异不显著;稻田土壤对Cd~(2+)的吸附热力学曲线均可用Langmiur和Freundlich模型拟合,但Freundlich模型拟合效果更好,表明稻田土壤对Cd~(2+)的吸附更可能是一个不均一的多相界面,吸附的Cd~(2+)之间存在相互作用力; Langmuir模型得到的稻田土壤Cd~(2+)最大吸附量为986—1 081 mg/kg,种养结合模式下稻田土壤Cd~(2+)的最大吸附量高于非种养结合模式;稻田土壤对Cd~(2+)的解吸量与吸附量成显著正相关。稻-鳝种养结合模式可通过改变稻田土壤的有机质、CEC等理化性质,影响稻田土壤对Cd~(2+)的吸附过程,增大土壤Cd~(2+)的最大吸附量。     

1株耐重金属细菌的筛选、鉴定及吸附性能研究

为了更加有效地对重金属污染环境进行生物修复,从Cd污染废水中分离到1株耐Cd的菌株DJ16,经形态观察、生理生化特性、脂肪酸组分及16S rRNA基因序列分析确定该菌株属于沙雷氏菌属(Serratia)。该菌株的重金属耐受性试验表明,菌株对Zn~(2+)的耐受性最强,Cd~(2+)次之,Cu~(2+)最差。菌株的重金属富集试验显示,菌株对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附量随培养时间的增加先增加后降低,对Cu~(2+)的吸附量在培养12 h时最高,为6.8 mg/g,对Zn~(2+)的吸附量也在培养12 h时最高,为9.0 mg/g。菌株对Cd~(2+)的吸附量随培养时间的增加而增加,培养36 h时最高,为8.8 mg/g。综上,该菌株在生物修复方面具有很大的应用前景。     

耐镉芽孢杆菌对Cd2+的吸附机制

从攀枝花矿区淤泥样品中通过逐级提高Cd~(2+)浓度进行驯化,获得1株高耐镉菌株PFYN01,经16S rDNA PCR鉴定为芽孢杆菌(Bacillus sp),最大耐Cd~(2+)浓度为3 900 mg/L。研究初始Cd~(2+)浓度、pH值、菌量对菌株吸附Cd~(2+)的影响,利用扫描电镜(SEM)和傅叶里红外光谱(FTIR)探究菌株吸附机制。结果表明,PFYN01在初始Cd~(2+)浓度为75 mg/L、菌量为1.0 g/L、pH值为5.0时,对Cd~(2+)的吸附率达到34.98%;吸附符合Langmuir模型,最大吸附量为1.974 mg/g。对比分析Cd~(2+)吸附前后的细胞形态和红外光谱变化,证实了"细胞成分羟基(O—H)、酰胺基(N—H)、烃基(C—H)、羧基■、羰基(—COOH)参与了Cd~(2+)与PFYN01的相互作用"的结论。PFYN01是一株对Cd~(2+)有较强吸附能力的细菌菌株,对其吸附Cd~(2+)影响因素及吸附机制研究的结果将为重金属污染微生物修复提供指导。     

玉米秸秆炭对红壤镉吸附及养分含量、赋存形态的影响

为明确玉米秸秆炭添加对土壤重金属镉(Cd)的吸附固持及主要养分元素N、P形态转化的影响,以土壤质量0%、2%、4%和8%的比例向红壤中加入玉米秸秆生物质炭材料,混合后培养35 d,通过等温吸附实验探究玉米秸秆炭施加对红壤中Cd~(2+)吸附的影响及其作用机制,并结合逐级化学提取法对红壤养分元素N、P和K的生物可利用性及其赋存形态变化进行研究。结果表明,玉米秸秆炭的施加能增加红壤p H值和有机碳总量,并显著提高红壤上Cd~(2+)的吸附量,Freundlich和Langmuir方程均能够较好拟合该等温吸附过程(R20.90);SEM-EDAX分析表明生物质炭吸附了部分土壤中的Cd~(2+),在p H 4~8范围内,土壤p H值的增大促进了红壤对Cd~(2+)的吸附;土壤悬液Zeta电位结果表明玉米秸秆炭的施加增加了土壤表面的负电荷量,使得红壤通过静电吸附作用结合更多的Cd~(2+)。此外,生物质炭的施加提高了土壤中离子交换态磷(KCl-P)、离子交换态氮(IEF-N)和速效钾含量,土壤中不同形态磷(Ca-P、Fe-P)含量随着生物质炭的增加均呈现上升趋势,而土壤中总可转化态氮(TTN)的含量则变化不明显。以上结果表明,玉米秸秆炭的施用能有效降低重金属污染土壤的环境风险,提高土壤质量。     

风化煤提取的胡敏酸对镉的吸附性能及其应用潜力

以碱溶酸析"法从新疆风化煤中提取的胡敏酸为研究对象,对其理化性质和表面形态进行表征,并通过吸附试验探究反应时间、溶液pH、镉离子(Cd~(2+))质量浓度对胡敏酸吸附Cd~(2+)的影响.结果表明:风化煤提取的胡敏酸碳元素质量分数高达58.68%,羧基的质量摩尔浓度为5.81mol/kg,等电点为2.7;该胡敏酸含Cd量为0.15mg/kg,符合国家土壤环境质量标准.胡敏酸对Cd~(2+)的吸附在8h内达到平衡,吸附量随Cd~(2+)质量浓度(0~100mg/L)和溶液pH升高而增加,到pH=6.0时最大,之后胡敏酸开始溶解导致吸附量降低.Langmuir方程比Freundlich方程能更好地拟合胡敏酸对Cd~(2+)的吸附等温线,显示出单分子层吸附的特点.在pH=5.0时,胡敏酸对Cd~(2+)的饱和吸附量达137.37mg/g,相当于用去了酸度系数(pKa)为3的羧基含量的71%.在pH=4.3、Cd~(2+)初始质量浓度为80mg/L的同等条件下,新疆风化煤提取的胡敏酸对Cd~(2+)的吸附量为86.97mg/g,高于国际腐殖质协会胡敏酸标样1R106H对Cd~(2+)的吸附量(73.49mg/g).风化煤来源广、储量大、价格低,以它为原料制备获得的胡敏酸产量高、吸附能力强、环境友好、施用安全,有望作为吸附剂用于含重金属废水处理,以及作为钝化剂和土壤调理剂用于重金属污染土壤的修复.     

膨润土和沸石对重金属镉的吸附性研究

通过等温吸附试验,研究了粘土矿物膨润土和沸石对Cd~(2+)的吸附状况,并与土壤对Cd~(2+)的吸附状况进行了对比。结果表明:随溶液中Cd~(2+)浓度的增大,膨润土、沸石和土壤对Cd~(2+)的吸附量增大,对Cd~(2+)的吸附率随Cd~(2+)浓度的增大而降低,其中膨润土的降低的较慢,沸石次之,土壤的降低最快。膨润土、沸石和土壤对Cd~(2+)的吸附等温曲线符合Langmuir方程,三者对Cd~(2+)的最大吸附量膨润土>沸石>土壤。粘土矿物膨润土和沸石对Cd~(2+)有很好的吸附作用,可用于重金属污染土壤的治理。     

污染土壤中耐镉菌株的筛选、鉴定及吸附试验研究

从镉含量超标的土壤中分离驯化出具有耐镉能力的菌株14株。16S rDNA序列鉴定,可知铜绿假单胞菌占72%,属于优势菌群。对耐镉菌株分别进行镉和铅的吸附试验研究,选出吸附效果最好的两株菌Z11和Z13,同时观察温度和pH对两株菌生长量的影响,在最佳生长条件时绘制菌的生长曲线。结果表明,菌Z11对污染土中镉和铅的吸附率分别达到40%和47%,菌Z13分别达到47%和33%。两株菌生长最适温度均为20～25℃,都不能耐高温。Z11和Z13最适生长pH分别为7～9和5～7。     

土壤中耐Cd~(2+)和Cu~(2+)微生物的分离及吸附特性的研究

为了研究重金属污染的生物治理措施,采用马铃薯培养基从土壤中分离筛选获得了具有耐Cd2+和Cu2+菌株,对该目标菌株进行了形态学观察和生长特性的测定,采用原子吸收法测定了该菌株对Cd2+和Cu2+的吸附能力。结果表明:初步确定所获得的目标菌株属于酵母菌类,最适生长pH为8.5,最适生长温度为28℃。该目标菌株对Cd2+的最高耐受浓度为16mmol·L-1,对Cu2+的最高耐受浓度为4mmol·L-1。该目标菌株对Cd2+和Cu2+的最大吸附率和最佳吸附时间不同。     

Cu、Cd在2种土壤上的吸附特征

研究了ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋在法国２种不同土壤上的吸附特征，并讨论了引起这２种元素吸附差异的可能原因·Ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋的吸附量和吸附率均随ｐＨ的升高而升高，在近中性时完全被吸附．吸附量和吸附率均表明Ｃｕ２＋的吸附比Ｃｄ２＋高．Ｃｕ２＋和Ｃｄ２＋在水解作用、沉淀作用、与腐殖质的络合强度以及与Ｃａ２＋、Ｈ＋离子吸附点位的竟争能力等方面的差异是导致这２种离子吸附差异的主要原因．低初始浓度时Ｃｕ２＋的吸附量、吸附率随ｐＨ位变化而变化幅度小于高初始浓度．Ｃｄ的吸附也有类似规律．但不如Ｃｕ明显．土壤的ｐＨ值、ＣＥＣ和粘粒含量均影响土壤对这２种离子的吸附．     

不同粒径农膜及老化方式对Cd2+吸附的影响

农膜被广泛应用，残留农膜的污染问题已成为广泛关注的热点之一。目前，农膜颗粒对土壤环境中污染物迁移转化过程的影响少有研究。本研究以3种粒径[4目(4.75 mm)、10目(2.0 mm)、30目(0.6 mm)]农膜颗粒为材料，在农膜浓度、初始pH、吸附时间、Cd2+初始浓度及不同老化方式的农膜颗粒等因素上探讨农膜颗粒对Cd2+吸附的影响，并利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和吸附模型拟合等解析3种粒径农膜颗粒对Cd2+的吸附机理。结果表明:农膜颗粒对Cd2+的吸附能力与粒径大小成反比；准二级动力学模型及Langmuir等温吸附模型能较好地揭示对Cd2+的吸附规律；硝酸老化农膜颗粒较原农膜颗粒吸附容量减少了50.10%，过氧化氢老化农膜颗粒较原农膜颗粒吸附容量增加了21.36%。研究结果可为残留农膜对重金属的迁移转化过程、机制与污染防控提供参考和借鉴。     

草酸对不同土壤中Cd Zn吸附及其交互作用影响的初步研究

研究了草酸对Cd2+、Zn2+单一及复合条件下在陕西塿土、黄绵土、黑垆土、黄褐土、砂土5种土壤中的吸附特征,并探讨了草酸的影响机制。结果表明,除在低Zn2+平衡浓度下,5种土壤中草酸促进了Zn2+的吸附外,总体上在Cd2+、Zn2+单一处理及其复合处理中,草酸降低了土壤对Cd2+、Zn2+的吸附。草酸既没有改变塿土、黑垆土吸附能力最强、砂土吸附能力最弱的结果,也没有改变Cd2+、Zn2+之间的相互拮抗作用。草酸对Cd2+、Zn2+吸附的影响机制主要在于其与Cd2+、Zn2+形成络合物。草酸主要通过降低电性引力的方式减弱土壤对Cd2+的吸附能力,而对于Zn2+,在低平衡浓度下,草酸对Zn2+吸附的促进作用来源于在土壤氧化物矿物表面形成少量的三元表面络合物的桥键合效应,在高平衡浓度下,对Zn2+吸附的抑制作用来源于草酸对土壤有机质化学吸附点位的竞争。对Cd2+、Zn2+吸附起决定作用的依然是土壤本身性质。     

不同母质发育水稻土对Cd、Pb吸附解吸特性及其影响因子分析

为了解Cd、Pb在土壤中迁移转化规律,探明不同水稻土对Cd、Pb吸附解吸的影响,以红壤、紫色土母质发育的水稻土为对象,研究Cd、Pb在两种土壤中的吸附解吸行为,分析红壤、紫色土对Cd2+、Pb2+吸附解吸特性及其与土壤理化性质的关系。结果表明,两种土壤对Cd2+的吸附用Langmuir、Freimdlich模型均有较好拟合,相关系数在0.95以上;而Pb2+的吸附则用Freimdlich模型拟合较好,相关系数在0.99以上。随着溶液中Cd2+、Pb2+含量的增大,红壤、紫色土对Cd2+、Pb2+的吸附量增大;解吸量亦随吸附量的增加而增加。红壤、紫色土对Cd2+、Pb2+的最大吸附量分别为2871.34 mg/kg和4353.69 mg/kg,10914.65 mg/kg和14249.07 mg/kg;最大解吸率分别达到3.12%和2.43%,1.02%和0.33%。紫色土对Cd2+、Pb2+的吸附量大于红壤,解吸率低于红壤;同等浓度下,红壤、紫色土对Pb2+的吸附量高于Cd2+。研究表明土壤粘粒、有机质、CEC含量是影响红壤、紫色土吸附解吸差异的主要因素。     

耐镉细菌菌株的分离及其吸附镉机理研究

从重金属镉污染稻田土壤中筛选到两株对镉具有较强耐性的细菌菌株LCd1和LCd2。通过形态学观察、常规生理生化鉴定以及16S rDNA同源性分析,菌株LCd1和LCd2分别被鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)。这两株菌株分别在LB固体培养基上耐受400 mg·L^-1和300 mg·L^-1 的Cd²⁺,在LB液体培养基中耐受80 mg·L^-1和50 mg·L^-1的Cd²⁺。设计实验研究了两株菌株对7种重金属离子的吸附情况,结果显示两株菌都对铅和镉有较高的吸附率,对重金属Cr、Cu、Mn、Ni和Zn的吸附情况则不同,表明两株菌对不同重金属的耐性机制可能存在差异。利用扫描电镜观察发现,与未处理的菌株相比,镉处理菌体表面粗糙,出现不规则凸起,有大量沉淀物聚集,说明胞外沉淀可能是菌株吸附重金属的一个重要途径。进一步通过红外光谱研究了两菌株积累镉及多种重金属离子前后细胞壁表面化学基团的变化情况,结果发现两株菌可能由于本身性质不同,其细胞壁上参与镉及多种重金属吸附的基团不尽相同。     

红壤,黄棕壤吸附磷酸根后对Cu^2＋次级吸附动力学

用流动法研究黄棕壤、红壤吸附磷酸根后对Ｃｕ＾２＋次级吸附的动力学。结果表明Ｃｕ＾２＋的次级吸附可用一级速率方程描述。黄棕壤吸附磷酸根后对Ｃｕ＾２＋吸附反应的速率下降；红壤吸附磷酸根后对Ｃｕ＾２＋吸附的快反应速率下降，而慢反应速率增加。升高Ｃｕ＾２＋浓度可能造成吸附反应机理的改变。竞争性阳离子Ｃｄ＾２＋和Ｚｎ＾２＋的存在降低了Ｃｕ＾２＋次级吸附反应速率。升高温度，Ｃｕ＾２＋次级吸附反应速率增加。土壤     

贝壳粉对Cd(Ⅱ)的吸附性能研究

为了研究贝壳粉对Cd~(2+)的吸附性能及最佳吸附条件,采用静态吸附实验研究了Cd~(2+)初始浓度、吸附剂用量、温度、pH、吸附时间以及离子强度对贝壳粉吸附Cd~(2+)性能的影响。结果表明:在不同Cd~(2+)初始浓度下,随着吸附剂用量的增加,贝壳粉对Cd~(2+)的吸附量呈现出先强烈吸附后逐渐缓和的趋势,符合准一级动力学模型和准二级动力学方程。Temkin和Langmuir模型均能较好地描述贝壳粉对Cd~(2+)的等温吸附过程,约30 min达到平衡,为自发的吸热反应,最大饱和吸附量为161.75 mg·g~(-1)。随着溶液pH值增加,贝壳粉对Cd~(2+)的吸附性能也随之增大,当pH≥5时趋于稳定。随着Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度增大,贝壳粉对Cd~(2+)的吸附性能逐渐减弱,最大降幅分别达到15.19%和14.44%。