生物炭和多壁納米管對DNS32降解水中阿特拉津影響研究.pdf

1、生物炭(biochars，BCs)和碳納米管(carbon nanotubes，CNTs)是目前備受關(guān)注的生物質(zhì)炭材料和石墨化炭材料，因其特殊的結(jié)構(gòu)特征與良好的吸附性能而在土壤改良、環(huán)境污染修復(fù)等方面表現(xiàn)出卓越的價值。然隨著BCs與CNTs的大量使用，其潛在的環(huán)境風(fēng)險也備受關(guān)注。目前，關(guān)于CNTs微生物毒性的研究已有一些報道，但存在一定的爭議;關(guān)于BCs對微生物活性的影響鮮有報道;且關(guān)于BCs與CNTs是否會通過影響降解功能微生物的活性

2、而進一步影響其降解效率的研究報道較少。
　　基于大量的文獻調(diào)研，針對以上所闡述的問題，本研究以玉米秸稈生物炭(C-BCs)、香蕉皮改性生物炭(B-BCs)和多壁納米管(multi-walled carbon nanotubes，MWNTs)為例，研究BCs和CNTs對Atrazine降解菌Acinetobacter lwoffii DNS32降解效率及其生物活性的影響與機理，進而選擇一種相對安全的材料作為固定化載體，制備固定化微生

3、物以修復(fù)Atrazine污染。研究所得主要結(jié)論如下:
　　(1)利用掃描電子顯微鏡(SEM)對生物炭進行表征，結(jié)果表明:BCs完整地保留了其天然的微觀結(jié)構(gòu)，其中C-BCs由直徑幾微米的孔道組成;B-BCs表面具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，包括大孔與微孔結(jié)構(gòu)。透射電子顯微鏡(TEM)及拉曼光譜儀對MWNTs進行表征，結(jié)果表明:MWNTs管徑在10-100 nm之間;不同直徑MWNTs石墨化程度不同，局部Zeta電位較低，可能存在大量的含氧官能

4、團。
　　(2)研究C-BCs、 B-BCs和MWNTs對DNS32降解Atrazine的影響，結(jié)果表明:當C-BCs、B-BCs和MWNTs濃度從10 mg/L升高到100 mg/L時，Atrazine降解效率分別下降了12.7％、60.0％和63.7％;熒光定量PCR分析結(jié)果表明:高濃度的三種材料均使Atrazine降解基因下調(diào)，但C-BCs處理組下調(diào)幅度很小。因此，三種材料中，C-BCs對DNS32降解Atrazine的影響

5、最小。
　　(3)進一步考察C-BCs、B-BCs和MWNTs對DNS32活性的影響，結(jié)果表明:10mg/L的C-BCs、B-BCs和MWNTs分別促進14.5％、6.6％和12.3％的細菌活性，而100mg/L三種材料，分別抑制5.7％、23.4％和30.2％的活性。并且，材料處理后DNS32的透射電鏡圖表明B-BCs和MWNTs均破壞了DNS32的細胞膜，但C-BCs對細胞膜形態(tài)結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。這意味著B-BCs與MWNTs

6、具有生物毒性，兩者均會與細胞膜發(fā)生相互作用，造成物理損傷，進而抑制細胞活性;而C-BCs即使是較高濃度時，也沒有表現(xiàn)出生物毒性，說明C-BCs具有較高的環(huán)境安全性。
　　(4)對B-BCs和MWNTs的微生物毒性的機理進行研究。用HCl洗滌B-BCs去除Zn2+后發(fā)現(xiàn)純化后的B-BCs仍然會抑制細菌活性，說明Zn2+的含量對其生物毒性幾乎沒有貢獻，因此B-BCs表面分布的小孔和粗糙的邊緣可能是其細胞毒性的原因。以DNS32為研究對

7、象，以模板細菌大腸桿菌(E.coli)和枯草芽孢桿菌（B.subtilis）為對照微生物，探究MWNTs納米尺寸對其生物毒性的貢獻，結(jié)果表明:MWNTs會改變細菌細胞膜通透性及細胞膜脂肪酸組成，總體而言MWNTs直徑越小，改變幅度越大，說明MWNTs納米尺寸越小，其細胞毒性越大。
　　(5)以C-BCs為固定化載體固定DNS32，得到的固定化DNS32可在40 h內(nèi)將100mg/L的Atrazine降解掉94％，降解率比游離菌高2