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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
賀錦曦：磁黃鐵礦驅(qū)動(dòng)的釩酸鹽生物解毒與次生礦物形成
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自然過程和人為活動(dòng)導(dǎo)致大量釩釋放到環(huán)境中。五價(jià)釩[V(V)]的毒性遷移性最強(qiáng)，而四價(jià)釩[V(IV)]危害較小，以不溶性礦物的形式存在。自然環(huán)境中V(V)的非生物和生物還原為V(IV)是釩的關(guān)鍵地球化學(xué)過程和解毒策略。可由各種電子供體驅(qū)動(dòng)的微生物V(V)還原由于其具有可持續(xù)性而被廣泛關(guān)注。磁黃鐵礦是地質(zhì)環(huán)境中分布極廣的硫化鐵礦物，由于其硫化物性質(zhì)和礦物晶體結(jié)構(gòu)，特別是鐵和硫的低氧化態(tài)，顯示出較高的還原能力。因此，磁黃鐵礦在自然環(huán)境中可被地質(zhì)微生物用作電子供體。此外，在微生物介導(dǎo)的硫化鐵礦物氧化過程中，同時(shí)可形成次生礦物。在磁黃鐵礦驅(qū)動(dòng)的V(V)生物還原過程中，微生物誘導(dǎo)的次生礦物形成很少被關(guān)注，限制了對(duì)釩、鐵和硫耦合地球化學(xué)循環(huán)的全面理解。 針對(duì)上述問題，我校水資源與環(huán)境學(xué)院博士生賀錦曦，在張寶剛教授的指導(dǎo)下，聯(lián)合水資源與環(huán)境學(xué)院陳思銘老師和地球科學(xué)與資源學(xué)院董海良教授等，建立了含有天然微生物群落、磁黃鐵礦和V(V)溶液的生物系統(tǒng)，綜合運(yùn)用TEM、XRD、XPS和穆斯堡爾譜等材料學(xué)及微生物分析手段，研究了該生物系統(tǒng)對(duì)V(V)還原的長(zhǎng)期性能動(dòng)態(tài)，并對(duì)反應(yīng)中新形成礦物的性質(zhì)以及微生物群落和代謝途徑進(jìn)行分析，研究取得的創(chuàng)新性認(rèn)識(shí)如下： （1）揭示了磁黃鐵礦驅(qū)動(dòng)微生物除釩的長(zhǎng)期性能。在生物系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過程中，根據(jù)V(V)的去除效率可分為馴化期(0-49d)、穩(wěn)定期(49-105d)、惡化期(105-147d)和鈍化期(147-210d)4個(gè)階段。在穩(wěn)定期V(V)平均去除率為44.1±13.8%，對(duì)照組在三個(gè)周期后鈍化，表示磁黃鐵礦驅(qū)動(dòng)的V(V)生物還原，微生物延長(zhǎng)了磁黃鐵礦在構(gòu)建的生物系統(tǒng)中的壽命。 （2）明確了磁黃鐵礦驅(qū)動(dòng)下微生物除釩機(jī)理。單個(gè)自養(yǎng)菌(如Thiobacillus和Thermoonas)通過獨(dú)立氧化磁黃鐵礦中鐵和硫?qū)崿F(xiàn)V(V)還原。同時(shí)，特定的屬如Desulfurivibrio和Sulphifustis氧化磁黃鐵礦合成揮發(fā)性脂肪酸，被一系列釩還原菌如Anaerolinea，Bacillus和Pseudomonas用來還原V(V)。V(V)被還原為不溶性V(IV)，磁黃鐵礦中的Fe和S元素被氧化為Fe(III)和SO42-。 （3）鑒定了磁黃鐵礦驅(qū)動(dòng)V(V)生物還原中生物礦物的形成。磁黃鐵礦氧化產(chǎn)物被硫酸鹽還原菌(如Desulfatiglans)和趨磁細(xì)菌(如Nitrospira)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，形成了馬基諾礦和硫復(fù)鐵礦兩種生物礦物。 圖 1磁黃鐵礦-釩生物系統(tǒng)在運(yùn)行210 d時(shí)V(V)、總鐵和硫酸根濃度的時(shí)間變化 圖 2 微生物利用磁黃鐵礦還原V(V)過程中礦物的XRD譜圖 圖 3 微生物利用磁黃鐵礦還原V(V)過程中礦物的穆斯堡爾譜圖 圖 4 Environmental Science & Technology當(dāng)期封面 上述研究成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Environmental Science & Technology》上，并被選為封面文章: He, J.X., Zhang, B.G.*, Wang, Y.N., Chen, S.M., Dong, H.L., 2023. Vanadate Bio-Detoxification Driven by Pyrrhotite with Secondary Mineral Formation. Environmental Science & Technology, 57, 1807–1818. [IF2021=11.357] 全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c06184 |
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