胡敏酸对土壤砷氧化菌氧化砷的影响及其机制研究

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砷(As)是自然界中毒性最强的物质之一。在土壤中,As(Ⅲ)可以被微生物氧化,也可以被土壤中有机质吸附或络合,从而影响其毒性。明确土壤中砷氧化菌(Pseudomonas sp.HN-2)与土壤有机质相互作用下砷的形态转化将有助于深入理解土壤中砷的迁移转化过程。在本研究中,选择土壤有机质中的胡敏酸(HA)合成胡敏酸络合As(Ⅲ)[HA-As(Ⅲ)]及胡敏酸络合铁络合As(Ⅲ)[HA-Fe-As(Ⅲ)]两种络合物,然后研究砷氧化菌对两种络合物中As(Ⅲ)的作用,并探究反应过程中As的形态转化机制。液相中游离态As(Ⅲ)和As(Ⅴ)采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)进行测定,尺寸排阻色谱-电感耦合等离子体质谱(SEC-ICP-MS)被用于鉴定产物HA-As(Ⅲ)及HA-Fe-As(Ⅲ),电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)用于测定溶液中Fe含量。  本论文进行了如下研究:  (1)通过单因素实验优化HN-2的CDM(chemically defined medium)培养基,并探究HN-2对As(Ⅴ)的还原作用;  (2)通过化学络合的方法制备HA-As(Ⅲ)及HA-Fe-As(Ⅲ),并探究pH和HA浓度对络合物制备量的影响;  (3)将制备的HA-As(Ⅲ)及HA-Fe-As(Ⅲ)与HN-2相互作用,探究液相与固相中砷的迁移转化,进而分析砷的归趋;  (4)将HA、HN-2与砷污染土壤置于同一体系中,探究HA和HN-2对实际As污染土壤中As的溶出和As(Ⅲ)的氧化作用。  主要研究结果如下:  (1)CDM培养基中砷氧化实验发现As(Ⅴ)被还原成As(Ⅲ),通过单因素实验发现这可能是乳酸钠的分解产物将As(Ⅴ)还原成As(Ⅲ)。因此后续的砷氧化实验在不含乳酸钠的培养基中进行。  (2)HA对As(Ⅲ)的络合量受反应体系中pH和HA浓度的影响。随着pH从5增加至8,络合产物逐渐增加,络合产物最高为加入As(Ⅲ)总量的3.3%;随着HA浓度增加,络合量逐渐增加,当HA浓度为20mg/mL时,HA-As(Ⅲ)的合成量为4.6%左右。  (3)HA-Fe-As(Ⅲ)络合实验结果发现,随着HA浓度增加,产物量增加。当HA浓度为10mg/mL,HA-Fe-As(Ⅲ)的合成量为26%。  (4)HN-2在pH=7时对HA-As(Ⅲ)的氧化效果最显著。在10h内,主要是游离态As(Ⅲ)被HN-2氧化,随之HA-As(Ⅲ)中As(Ⅲ)被释放并氧化。HN-2可以在48h内将42.3%HA-Fe-As(Ⅲ)转化为HA-Fe-As(Ⅴ)。同时,HN-2可以快速将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),而HA对As(Ⅲ)的氧化较为缓慢。  (5)HN-2和HA与土壤互存时对土壤中As(Ⅲ)的溶出无显著促进作用,但HN-2可以将溶出的As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),HA对溶出的As(Ⅲ)的氧化无显著作用。
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