利用异化金属还原菌构建含糖微生物燃料电池

环境中的一些微生物通过还原金属氧化物进行无氧呼吸,而石墨电极与金属氧化物相似,也可以作为这类微生物呼吸作用的最终电子受体,利用这类微生物构建微生物燃料电池,以糖类物质为燃料,对电池产电情况、产电原理进行研究。实验结果表明,以Rhodoferaxferrireducens为产电微生物,在外接电阻510Ω条件下,以葡萄糖为燃料,常温下产生的电流密度达158mAm2(平台电压为0.46V,电极有效接触表面积为57cm2),且循环性能良好。更换燃料为其它糖,发现微生物可以利用多种糖进行产电;通过SEM观察发现大量微生物吸附在石墨电极上,用Bradford法对运行20d后电池的细胞量进行定量,测得悬浮细胞蛋白浓度为140mgL,吸附在电极上的生物量为1180mgm2。通过数据采集分析和细菌还原实验,发现吸附在电极上的微生物对电压的产生贡献最大,具有电化学和生物学活性;悬浮细胞对产电贡献很小,不具有电化学和生物学活性。

异化金属还原菌的研究进展

微生物利用金属氧化物作呼吸作用的最终电子受体是一种新的代谢途径。该过程微生物利用有机底物异化还原金属氧化物进行生长代谢。异化金属还原菌对于研究探索古生物呼吸形式、界定生命的上限温度等生命科学问题具有重要研究价值,同时在生物整治、微生物燃料电池等方面具有广阔的应用前景。对异化金属还原菌进行了综述,并对这类菌的研究应用给予评述和展望。

利用异化金属还原菌和锰尾矿处理制药废水

以厌氧活性污泥作为菌种来源,用醋酸钠作为电子供体、氢氧化铁为电子受体,分离得到异化金属还原菌并进行驯化,得到活性较高的菌种。利用异化金属还原菌还原锰尾矿的同时对废水进行处理,考查单因素锰尾矿用量、pH、反应温度等条件对有机物降解效果的影响,并探讨异化金属还原菌处理废水的机理。研究结果表明:异化金属还原菌利用锰尾矿处理制药废水的最佳反应条件如下:尾矿用量为2.0 g/L,初始pH为7.0,反应温度为30℃,经过10 d的降解,出水可达到制药工业水污染物排放标准。利用锰尾矿和异化金属还原菌处理废水的过程分为2个阶段,即吸附过程和异化还原过程。该方法操作简单、易于管理,可达到以废治废的目的,是一种新型的环境友好的废水处理方式。

异化金属还原菌还原赤铁矿研究

以实验室自制氢氧化铁为电子受体,醋酸钠为电子供体,从厌氧活性污泥中分离得到异化金属还原菌。将赤铁矿代替氢氧化铁作为电子受体对微生物进行驯化。通过单因素实验考察好氧、厌氧条件及pH、温度对反应过程的影响,并对反应机理进行研究。研究结果表明:赤铁矿颗粒逐渐由红色变深至棕黑色并具有磁性,分析表明异化金属还原菌可将赤铁矿中的Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ),但反应不完全。反应生成的棕黑色颗粒物质主要成分为Fe3O4与Fe2O3的混合物;厌氧条件优于好氧条件,在温度为30℃,振荡速度为160 r/min,接种量为10%,pH为5.0,赤铁矿加入量为1.0 g/L的条件下,20 d后,Fe(Ⅱ)的浓度可达1.87 mmol/L,赤铁矿中的部分Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),在矿物颗粒表面沉积并与其结合反应生成磁铁矿(Fe3O4),增强了原矿的磁性。

异化金属还原菌及其应用

介绍异化金属还原菌的发现和微生物类群,以及异化金属还原菌在生物修复、无介体微生物燃料电池、元素循环、对甲烷产生的抑制方面的应用.

金属还原酶FreB2对烟曲霉铁吸收及氧化压力应答的影响

利用构建的烟曲霉金属还原酶基因(AFUA-1G00350,Fre B2)缺失突变株,对烟曲霉金属还原酶基因Fre B2功能进行初步研究,为揭示该基因与烟曲霉的致病关系提供依据。比较野生株和基因缺失突变株在AMM和无铁AMM液体培养基中生长时高铁还原酶的活性,绘制不同时间野生株和基因缺失突变株在AMM和无铁AMM液体培养基中生长时高铁还原酶活性曲线。利用Real-Time PCR方法分析Sre A、Sid A、Fet C、Ftr A和Fre B这些与铁的吸收相关基因的mRNA的表达量变化。测定野生株和基因缺失突变株对氧化压力的敏感性及胞内活性氧物质含量。不论在AMM液体培养基中还是在无铁AMM液体培养基中培养时,突变株高铁还原酶的活性都明显高于野生株高铁还原酶活性。与野生株相比培养60 h时,突变株Sre A、Sid A、Fet C、Ftr A和Fre B这些与铁的吸收相关基因的表达量出现明显上调。氧化压力敏感性实验显示,基因缺失突变株对H2O2的敏感性显著增强,同时胞内活性氧物质含量明显增多。金属还原酶基因Fre B2在烟曲霉铁吸收及氧化压力应答过程中发挥作用;烟曲霉与铁吸收相关基因之间存在功能互补效应。

不同电子供体对Desulfovibrio dechloracetivorans strain SF3金属还原的影响(英文)

还原脱氯,脱硫细菌Desulfovibrio dechloracetivorans strain SF3可异化还原三价铁,六价铬和三价钴.乙酸盐,乙醇,氢气,丙酮酸盐,乳酸盐和柠檬酸盐可作为还原可溶性三价铁的电子供体,而只有丙酮酸盐和氢气做电子供体时SF3才能还原不可溶的非晶态三价铁氧化物.实验测定Fe(Ⅲ)-EDTA还原对乙酸盐氧化的比例为7.76±0.35,而且该过程中没有伴随细菌的生长.SF3可利用氢气,丙酮酸盐或乳酸盐作为电子供体还原六价铬和三价钴,但这一过程不能利用乙酸盐作为电子供体.据我们所知,这是首次发现一种SRB(硫酸盐还原菌)可利用乙酸盐还原可溶性三价铁,但无法利用其还原不可溶三价铁以及六价铬和三价钴,该发现说明SF3在金属还原过程中利用了较复杂的电子传递系统.

碱性异化金属还原菌T.magadiensis对Cr(Ⅵ)的还原研究

铬(Cr)作为一种环境中常见的重金属污染物,可以通过还原作用,从Cr(Ⅵ)降低价态至Cr(Ⅲ),实现减毒。该研究探讨了碱性厌氧异化金属还原菌Tindallia magadiensis对模拟含铬废水的减毒能力,分别研究了初始Cr(Ⅵ)浓度、碳源、初始p H和共存金属离子对其生长和Cr(Ⅵ)还原能力的影响。结果表明:该菌具有较好的Cr(Ⅵ)耐受能力,可在初始Cr(Ⅵ)浓度30 mg/L、pH 8、NaHCO3为碳源时,实现96.9%的Cr(Ⅵ)还原;微量Cu2+的存在还可以进一步促进对Cr(Ⅵ)的还原;T. magadiensis为碱性环境中少量Cr(Ⅵ)的微生物减毒提供了新的研究思路和菌种选择。

有机的几种非金属还原试剂

广义的还原反应是指底物得电子,作用部位的碳原子氧化数减少。本科教材介绍最多的还原剂有氢气(H2,加氢反应),金属氢化物(NaB H4,LiA l H4,BH3),金属(K,Na,Zn),低价金属盐。本文将围绕非金属还原剂(N2H4,TsN HNH2,PPh3等)进行机理和合成应用的介绍,借此与传统还原剂作对比,了解其优点。

新型混价稀土氟化物KEuLaF_6——结构设计和碱金属还原法相结合的新产品

用钾还原Eu_(0.5)La_(0.5)F_3合成了KEuLaF_6,新化合物属于UCl_3的填隙结构,gagarinite和NaNdF_4的相关型,空间群P(?),三方晶系,点阵参数:a=646.8(6),c=373.9(4)pm,c/a=0.578,V=135.47·10~6(12)pm^3,D_(pyc)=5.37,D_x=5.44g·cm^-3,Z=1.新化合物在空气中稳定,不溶于水.还报道新化合物的荧光图谱和红外图谱.

高纯金属钪制备研究进展

稀土元素钪是一种重要的稀土元素,广泛应用于合金、陶瓷等结构材料及燃料电池电解质、射频滤波器等功能材料领域。本文以高纯金属钪的制备工艺展开探讨,先后介绍了氟化钪、无水氯化钪的制取方法,然后详细阐述了卤化钪的金属热还原工艺和粗钪高温真空蒸馏提纯中不同杂质的处理方法,接着探讨了金属钪深度除杂相关的区熔、电迁移、真空电子束熔炼技术。最后指出,无水氯化钪镁热还原制备金属钪相比氟化钪钙热还原技术具有温度低、环境友好、成本小等优势。未来,金属钪的制备研究可集中于金属热还原无水氯化钪进行,通过多次高温真空蒸馏和电子束熔炼脱除杂质元素,使高纯金属钪产品纯度达到4 N甚至5 N级别。真空电子束熔炼、接力区熔法等技术在超高纯金属钪及其他稀土金属的制备领域具有广阔的发展前景。

脱金属-还原策略诱导创制高分散PtZn合金催化剂用于丙烷脱氢反应

丙烷脱氢(PDH)是一种高效的丙烯生产工艺.近年来随着页岩气产量的增加,PDH逐渐成为替代石油催化裂化增产丙烯的重要方法之一.Pt基双金属催化剂在催化PDH领域被广泛研究.其中,PtZn合金双金属催化剂因较好的催化活性和较强的经济可行性,被认为是PDH反应的理想催化剂之一.PtZn合金主要有Pt_(1)Zn_(1),PtZn1.7和Pt3Zn等,其中Pt_(1)Zn_(1)催化PDH反应的活性最好.采用传统共浸渍法制备的PtZn双金属催化剂的金属物种容易分布不均匀,并且成分组成复杂,可能会有多种PtZn合金以及金属单质生成,因此催化活性不理想.如何制备高分散的Pt_(1)Zn_(1)合金催化剂对于PDH工艺的发展有着重要的意义.本文报道了一种分子筛脱金属-还原诱导的策略,将高分散的PtZn合金纳米颗粒负载到Beta沸石上用于PDH反应.首先,在乙二胺的辅助下通过一步水热法合成了杂原子分子筛Zn@Beta.X射线衍射、高分辨透射电镜和紫外-可见光(UV-vis)光谱等结果证明Zn@Beta被成功合成,并且Zn主要以单分散的骨架Zn物种存在.随后,通过简单的浸渍法负载金属Pt.UV-vis光谱、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱和氢气程序升温还原等结果表明,在浸渍的过程中骨架Zn物种从分子筛骨架移出,并与游离的Pt物种产生了强相互作用.再经H2还原最终得到催化剂0.3Pt1Zn@Beta (Pt和Zn的负载量分别为0.3 wt%和1 wt%).XPS、同步辐射吸收谱和球差矫正电镜结果表明,0.3Pt1Zn@Beta形成了以Pt_(1)Zn_(1)合金物种为主的金属纳米颗粒,而通过共浸渍法制备的PtZn双金属催化剂0.3Pt1Zn/Beta中除了Pt_(1)Zn_(1)合金以外,还有大量的金属Pt单质生成.PDH催化性能评价结果表明,与0.3Pt1Zn/Beta和单金属催化剂0.3Pt/Beta相比,0.3Pt1Zn@Beta表现出更好的PDH催化活性和稳定性.550°C反应时,0.3Pt1Zn@Beta催化生成丙烯的速率为128 mmol/gcat./h,而0.3Pt1Zn/Beta和0.3Pt/Beta催化生成丙烯的仅为75和21 mmol/gcat./h.在550°C,1 bar,C3H8:N2 (V:V)=1:4,丙烷空速4.7 h^(-1)的反应条件下,丙烷初始转化率和丙烯初始选择性分别为36.8%和99.3%,24 h连续反应失活率低至0.004 h^(-1).并且在共氢气条件下实现了180 h的平稳运行.0.3Pt1Zn@Beta也表现出了良好的再生性能,经7次循环后仍能保持较好的催化活性,并且再生过程仅需简单的氢气吹扫,避免了空气焙烧导致的金属颗粒的团聚和温室气体的排放.综上所述,本文发展了一种分子筛脱金属-还原诱导策略,可合成高分散的Pt_(1)Zn_(1)合金催化剂并高效催化PDH反应.该方法的关键是Pt浸渍过程中骨架Zn物种迁移出分子筛骨架并与Pt产生强相互作用,有效克服了共浸渍法制备的双金属催化剂分布不均匀、成分不单一的缺点,为沸石负载双金属催化剂的合成提供新思路.

微生物异化还原金属氧化物的机理及应用

为考查异化还原微生物在浸出金属氧化物中的行为,提高微生物浸出深海多金属结核的效率.从深海沉积物中分离能异化还原金属氧化矿的金属还原菌,应用于还原浸出深海多金属结核中锰、镍、钴等金属,锰的浸出率可达97%,其它金属达80%以上.蒽醌类的电子传递中间体复合物加速了异化还原浸出的速率,5 d可以提高2.0 mmol/L.利用Geobacter metallireducens构建了微生物燃料电池,研究了微生物异化还原金属氧化物的机理,结果表明,微生物以直接吸附接触方式还原金属氧化物,在氧化物颗粒表面形成的生物膜在异化还原过程中起关键作用.

铁系金属对氯代有机物的还原脱氯研究进展

介绍了金属还原法中铁系金属还原脱氯去除氯代有机物的机理及研究现状,概括总结了催化剂类型、两种金属的比率、氯代有机物种类、溶液pH、反应温度、污染物初始浓度等因素对脱氯效果的影响,针对目前存在的问题提出了未来发展的方向。

异化金属还原菌利用发酵制氢废液还原软锰矿

利用纯二氧化锰在微酸性条件下对异化金属还原菌进行驯化,二氧化锰的颜色由黑色逐渐变浅至白色,X射线衍射分析表明微生物可有效还原二氧化锰成为碳酸锰;以发酵制氢废液为还原底物,利用异化金属还原菌在不同酸性条件下直接浸出低品位软锰矿,通过单因素实验研究厌氧条件、pH值对锰浸出率的影响,并对制氢废液化学需氧量(COD)的去除率及浸出机理进行研究.结果表明,异化金属还原菌利用发酵制氢废液还原软锰矿,厌氧浸出优于好氧浸出,最佳pH值为3.0～3.5,浸出时间为3 d时,最大浸出率达到98%;用软锰矿对发酵制氢废液在微酸性条件下进行降解,COD质量浓度为2612 mg.L-1时最大去除率达到84%,COD去除率随软锰矿量的增加而增大.

沉积矿床中重要(变价)金属元素与古海洋环境关系综述--以新元古代-早古生代扬子板块周缘为例

对氧化—还原敏感元素和生命必需元素地球化学性质和相关沉积矿产形成机制及其时空分布特征的分析、总结和归纳,有助于对古海洋环境演化与相关沉积矿产形成关系的深入认识,这对沉积矿床学理论的发展具有重要意义。新元古代南华纪—早古生代早志留世,扬子板块周缘黑色岩系中依次沉积了举世瞩目的南华纪锰矿、震旦纪—早寒武世沉积磷块岩、早寒武世重晶石矿、镍—钼—钴多金属矿、钒矿和早志留世铀矿的完整沉积矿床系列,不同时代地层、同一时代不同沉积环境地层赋存不同类型的沉积矿产,有必要对其成矿机理进行系统研究、总结和归纳。笔者等在对氧化—还原敏感金属元素、生命必需元素和海底热液元素等元素地球化学性质综述的基础上,兼论了它们在结合黄铁矿矿物学对氧化—还原环境、生物生产力和盆地限制性分析方面具体作用;进一步结合新元古代—早古生代扬子板块古环境演化特征,对扬子板块周缘特定时代中特定沉积矿产的分布、成因机理进行分析、总结和归纳;最终得出扬子板块周缘相关沉积矿产,是在全球氧化事件、冰期—间冰期、Rodina大陆裂解大背景下,海洋中成矿金属元素得到长期积累,在特定时代区域性海水—海底热液—生物作用(根据不同矿种各有侧重)影响下,在相关重要元素地球化学性质的控制下、局部区域特殊氧化—还原环境的控制下形成的特定矿产的初步认识。最后,结合相关沉积矿床研究中存在的问题,提出下一步解决方案与展望。

守恒法在硝酸与金属的氧化还原反应中的应用

硝酸与金属的氧化还原反应是高中化学教学中的重要教学组成部分,也是历年来化学高考中重要的知识点.而用守恒法解决化学计算题,有助于拓展学生的解题思路,对计算过程进行了简单化处理,能帮助学生更好地解题和掌握知识点.基于此,针对守恒法在硝酸与金属的氧化还原反应中的应用展开了分析和探讨.

CO_2/H_2O体系中金属选择性还原芳香硝基物研究

CO2溶于H2O形成碳酸,在一定温度、压力下,体系的pH值可达2.8,是一种自中和的酸性体系。利用CO2和H2O原位形成的碳酸代替传统金属还原芳香硝基物方法中的永久性无机酸或有机酸,反应结束后,无需加碱中和体系,体系因没有盐的生成,不仅减少了后处理的麻烦,避免了对环境的污染;而且CO2和H2O都可以循环使用。是一种具有环境友好特性的绿色化学方法。本文报告在此体系中,1)应用铁粉选择性还原各种芳香硝基物制备芳胺的反应研究及2)应用锌粉选择性还原芳香硝基物的N-芳基羟胺反应研究。

异化金属还原菌的富集及降解有机药物的研究

异化金属还原菌广泛存在于海底和河流等沉积物中,与水环境中各类有机物的迁移转化息息相关。但是目前关于异化金属还原菌降解难降解有机药物的研究相对匮乏,故选取嘉陵江磁器口河段三个不同取样点的河底沉积物(A、B、C)进行异化金属还原菌的富集培养,结果表明,三种沉积物均能够以合成铁氧化物悬浮液(Fe_(s))、合成锰氧化物悬浮液(Mn_(s))、赤铁矿粉末(Fe_(p))、二氧化锰粉末(Mn_(p))作为电子受体富集得到异化金属还原菌,通过7 d的富集培养OD_(600)能达到0.26~1.64。沉积物A以Mn_(s)作为电子受体时,可取得最佳的富集培养效果。富集菌液对初始浓度分别为1.72和1.52 mg/L的两种难降解混合有机药物卡马西平(CBZ)和双氯芬酸(DCF)的最大去除率能够达到48.92%和51.18%,这与异化金属还原纯菌GS-15对CBZ和DCF的去除率相差不大(分别为61.43%和66.74%)。

微生物甲烷厌氧氧化耦合金属还原研究进展

甲烷是仅次于二氧化碳的重要温室气体.微生物介导的厌氧甲烷氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)是厌氧环境甲烷减排的重要途径,对缓解全球温室效应具有重要意义.AOM既可耦合硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等可溶性电子受体的还原,又能耦合金属氧化物等不溶性固体的还原.本文系统综述了金属还原型甲烷厌氧氧化(metal iondependent anaerobic oxidation of methane,M-AOM)的发现、所涉及微生物及其代谢途径、电子传递过程、环境影响因素等.AOM产生的电子可通过细胞直接接触、微生物纳米导线、金属螯合物、氧化还原电子穿梭体4种途径传递至金属离子或氧化物.微生物介导的金属还原,既包括厌氧甲烷营养古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)单独负责M-AOM的整个过程;又包括微生物的互营合作,即首先ANME氧化甲烷,并将产生的电子直接传递至互营微生物,接受ANME的电子来还原金属氧化物.鉴于目前没有成功分离出ANME的单一菌株,未来对M-AOM的研究重点将集中在深入解析M-AOM电子传递机制及其生态分布和对甲烷汇的全球贡献上.(图5表1参129)