纳米铁与微生物的吸附研究2

纳米铁与微生物的吸附研究ThestudyofabsorptionpropertiesofmicroorganismonNano-iron学院：水资源与环境学院专业：环境工程班级：051052学号：05105227姓名：王根目录•研究背景•研究意义•实验目的•实验器材和试剂•实验方案•实验内容•数据处理及结果分析•实验问题与建议•致谢研究背景生物修复环境生物技术纳米技术细菌表面的吸附纳米铁纳米铁与微生物的吸附研究意义•1.水资源和土壤的重新利用•细菌表面的吸附作用作为环境生物技术的一方面，可使受污染的宝贵资源如水资源(包括地面水和地下水)、土壤等得以重新利用，同时还可进一步强化环境的自净能力。•2.有毒离子的环境修复•微生物由于其表面富含电负性功能基团而对环境中的有毒金属离子有很强的清除能力,通过表面杂化方式富集有毒离子,并随后在细胞壁或细胞内外的聚合物中诱导形成矿物沉淀,从而使有毒金属离子固定下来。•3.生物冶金•微生物在矿物表面吸附是研究开发生物选冶药剂的直接依据，并且可能是某些生物冶金过程的速度控制环节，可为当前微生物冶金的菌种筛选等提供指导，并可作为浸矿过程的理论依据，具有很高的借鉴和推广价值。实验目的•本实验从微生物吸附的影响因素的角度出发，考察不同外部因素即吸附时间、温度、菌悬液浓度、pH对细菌在纳米铁表面的吸附量的影响。希望可以在微生物的污染治理、生物冶金的菌种筛选及纳米铁矿物性质的进一步研究上做出一点贡献。实验器材设备名称用途电热蒸馏水器制备蒸馏水恒温水浴振荡箱培养细菌/吸附实验电热恒温培养箱平板计数培养微生物电热鼓风干燥箱灭菌/干燥立式自动电热压力蒸汽灭菌锅灭菌离心机离心厌氧培养箱纳米铁的处理及秤量真空抽取泵制备纳米铁实验试剂•1.纳米铁•不同的纳米铁制备方法其产量、产物粒径、纯度等也都各不相同，本实验采用液相还原法制备纳米铁。方程式如下：•4Fe3++3BH4-+9H2O→4Fe0↓+3H2BO3-+12H++6H2↑•2.LB培养基•蒸馏水1L3.固体培养基蒸馏水150ml成分胰蛋白胨酵母粉氯化钠质量/g10510成分牛肉膏氯化钠蛋白胨琼脂质量/g0.750.751.53实验用菌•1.Sphingobacterium.sp，即PHE处理菌•2.Bacillus.sp，即Na-B处理菌SphingobacteriumBacillus实验方案细菌培养矿物制备电镜观察、革兰氏阴阳性的测定矿物处理细菌吸附实验平板菌落计数法显微镜直接计数吸附量的理论计算实验内容•1.吸附平衡时间的研究•2.温度对吸附的影响的研究•3.pH对吸附的影响的研究•4.不同菌悬液浓度对吸附的影响的研究时间•将初始浓度为1.66*109个/ml的经过高温灭菌的Sphingobacterium菌悬液20ml与0.05g纳米铁反应，放入恒温水浴震荡箱中，将反应温度设为25℃，转速设为150r/min。反应时间分别为5min、10min、15min、20min、30min、60min，使纳米铁与微生物充分反应。反应结束后，计算溶液中剩余的细菌总数。为了考察温度对吸附的影响，采用同样的方法，将反应温度分别设定为35℃、45℃，进行上述实验。反应结束后，计算溶液中剩余的细菌总数。温度•将初始浓度为1.66*109个/ml的经过高温灭菌的Sphingobacterium菌悬液20ml与0.05g纳米铁反应，放入恒温水浴震荡箱中。将反应温度设为25℃，转速设为150r/min，反应时间为60min，使纳米铁与微生物充分反应。反应结束后，计算溶液中剩余的细菌总数。采用同样的方法，将反应温度分别设定为35℃、45℃，进行上述实验。反应结束后，计算溶液中剩余的细菌总数。pH•将初始浓度为1.66×109个/ml的经过高温灭菌的Sphingobacterium菌悬液20ml与0.05g纳米铁反应，放入恒温水浴震荡箱中。将反应温度设为35℃，转速设为150r/min，反应时间为60min，同时将菌悬液的PH分别调整到1.0、3.0、5.0、7.0、9.0，使纳米铁与微生物充分反应。反应结束后，计算溶液中剩余的细菌总数。•同时采用相同的方法，作了关于细菌Bacillus的平行实验。菌悬液的浓度•分别取菌悬液20ml、15ml、10ml、5ml和1ml及Tris缓冲溶液0ml、5ml、10ml、15ml和19ml，置于250ml的灭菌后的锥形瓶中，使每个锥形瓶中溶液都是20ml,与0.05g纳米铁在恒温（35oC）水浴振荡箱中进行反应60min，之后测定其溶液中剩余的细菌浓度。实验数据处理及结果分析•1.时间•2.温度•3.pH•4.菌悬液浓度时间-Sphingobacterium从图中，我们可以清楚的看到，即使在不同的温度下，在开始的10min中反应非常的迅速，细菌去除效率上升的很快并接近100%。在之后的20~60min内，去除效率基本保持100%不变。这一现象说明，在纳米铁与微生物反应的过程中，由于纳米铁具有很高的比表面积，所以具有很高的吸附性能；同时因为微生物也具有一定的吸附性，两者一经接触，微生物便很快的被吸附，所以较通常的吸附反应而言，平衡的时间要短。00.20.40.60.811.20102030405060t/minc/c0(%)25℃45℃35℃时间-Bacillus00.0050.010.0150.02515253545556575t/mince/c025℃35℃45℃从图中可以看到，在反应开始的5分钟之内，混合液中，菌悬液的浓度就迅速下降，说明纳米铁可以很好的吸附微生物。这与菌Sphingobacterium的实验得到的结论是一致的。温度0.99950.99960.99970.99980.9999105101520253035404550温度/℃C/C0(%)从图中可以看到，在其他的反应条件相同的条件下，35℃时，纳米铁的吸附效率最高，接近99.5%。这可能是因为35℃时，微生物的活性最大，最活跃，而微生物也具有一定的吸附性能，所以微生物的去除效率最大。同时我们也可以看到，温度对该实验吸附效率的影响并不是很大，不过为了保证最大的吸附效率，在后续的实验中，反应温度采用35℃。pH-Sphingobacterium.sp5.2245.2255.2265.2275.2285.2295.235.2310246810pHC吸附(1022cells/ml)从图中可以看到，在其他的反应条件相同的条件下，pH从1.0到4.0，吸附效率逐渐升高，在4.0时达到最大，之后随着碱度的逐渐增加，纳米铁的吸附效率又开始降低。pH-Bacillus.sp1.561.61.641.681.721.760246810pHC吸附(1015cells/ml)从图中可以看出，pH对菌Sphingobacterium和菌Bacillus的影响很相似，都是在4左右达到最大吸附效率，而且随着pH的增加，去除效率逐渐降低。浓度-Sphingobacterium.sp25℃时的吸附等温式为：y=0.8316x-15.253，R2=0.9748；35℃时的吸附等温式为：y=0.8922x-15.398，R2=0.9947；45℃时的吸附等温式为：y=0.8537x-15.276，R2=0.9952。可以看出，用Langmuir方程拟合的吸附等温曲线可以更好的描述纳米铁对该菌的吸附情况。-12-10-8-6-4-2005101520logClog(C/Q)25℃35℃45℃浓度-Bacillus.sp25℃时的吸附等温式为：y=1.1927x-17.891，R2=0.9971；35℃时的吸附等温式为：y=1.1931x-17.358，R2=0.9925；45℃时的吸附等温式为：y=1.1818x-18.587，R2=0.9930。可以看出，用Langmuir方程拟合的吸附等温曲线可以更好的描述纳米铁对该菌的吸附情况。-14-12-10-8-6-4-20051015logClog(C/Q)25℃35℃45℃问题及建议•1.实验过程中，达不到严格的厌氧环境要求，部分纳米铁在反应过程中被氧化，所以实验得到的吸附效率会比实际情况的低。•2.通过对两种菌的吸附实验，可以看出纳米铁对一般的微生物具有很好的吸附效果，所以建议进行纳米铁吸附有机污染物的相关平行实验，这样会更好的了解纳米铁的吸附能力。谢谢！欢迎各位老师批评指正！