纳米材料在微生物处理污染物环境下的作用及研究进展


    纳米材料微生物处理污染物环境作研究进展
     
    摘:利微生物进行环境修复成低廉操作简便修复效果相传统方法存二次环境污染问题着环境分子科学快速发展纳米材料污染环境修复研究中越越受重视纳米材料微生物协降解污染物研究集中机机污染废水处理污染气体催化净化等领域纳米材料微生物修复污染环境中作致分:毒理作没明显影响促进作文综述纳米材料微生物处理污染物环境应影响种纳米材料微生物处理污染物影响相需做进步系统性研究
     
    关键词:微生物纳米材料污染处理
     
     
    Abstract The use of microorganisms for environmental restoration is low cost simple operation and good repair effect comparing to the traditional methods There is with no secondary pollution problems with the rapid development of environmental molecular sciences nanomaterials in remediation of contaminated environments attach more attention while codegradable nanomaterials in microbiological research pollutants mainly focused on organic inorganic pollution wastewater treatment and pollution catalytic gas purification and other fields Nanomaterials remediation of contaminated environment in the role of microorganisms can be divided into toxicology effect no significant effect as well as a facilitating role This paper reviews the different applications of nanomaterials affect different microbial treatment of pollutants on the environment The same kinds of nanomaterials microbial treatment for different effects of different pollutants are not as the same They need for further systematic research
     
    Key words Microorganism nanomaterials pollution treatment
     
     
     
    1前言
    目前国际环境生物修复技术核心微生物技术运微生物身进行生命活动代谢程降低环境中毒害化合物目前应方法增加透气量添充微生物营养增添新型菌种运微生物身特吸附滤分解力处理污染物类生存环境中害物质环境达净化目利微生物进行环境修复成低廉操作简便修复效果相传统方法存二次环境污染问题已国外广泛应[1]
    年着环境分子科学快速发展纳米材料污染环境修复研究中越越受重视成新研究热点目前纳米技术环境污染控制应研究集中纳米新材料制备应技术环境微界面程等包括氧化物矿物膜微界面气溶胶界面反应种纳米材料制备污染物催化降解应等具体言集中机机污染废水处理污染气体催化净化等领域[2]纳米颗粒量微界面微孔性强化种界面反应重金属表面专性吸附反应等重金属污染土壤治理污水净化中发挥显著作
    纳米材料微生物协降解污染物研究集中机机污染废水处理土壤污染处理污染气体催化净化等领域纳米材料微生物修复污染环境中作致分:毒理作没明显影响促进作
    2微生物应环境污染治理进展
    21微生物应污水治理:
    微生物种类繁微生物着性质结合微生物特点
    种污染方法利微生物氧性水污浊物分开种微生物称生命污剂污方法:污染水中存着许污染机化合物许微生物食物[3]量含氧气空气注入污染水中水中种微生物迅速繁衍污染机化合物起漂浮水面中氧性微生物水中溶化机化合物作食物断繁衍增水中污染机化合物消处理水漂浮物分开
    生物膜修复附固体表面(卵石纤维)形成种特殊生物膜微生物(氧异养菌养菌)净化机物氧处理方法研究表明生物膜法污染物氨氮生物降解速率快需较短水力停留时间达高氨氮率
    然界中生活着量微生物利天然微生物治理污水技术种行效方法建生物塘土进行适工修整设置围堤防渗层塘生长微生物处理污水利菌藻作处理污水中机污染物生物塘中种菌藻通光合作提供量氧气溶解机污染物溶解机物成氧微生物食物达污水净化生物塘污水处理系统具建设投资运转费低维护维修简单便操作效污水中机物病原体需污泥处理等优点
    微生物代谢程需氧气水中机底物降解进转化甲烷二氧化碳种处理方法分酸性消化碱性消化两阶段第阶段产酸菌分泌外酶作分子机物变成简单机酸醇类醛类氨二氧化碳等第二阶段酸性消化代谢产物甲烷细菌作进步分解成甲烷二氧化碳等构成生物气体种废水处理耗少种低成废水处理技术
    纳米材料应微生物处理污水程研究发现C60水悬液SBR反应器中活性污泥生化特性显著影响碳纳米活性污泥呼吸抑制作RS菌碳纳米时加入水体中够微囊藻毒素产生协作纳米铁微生物复合物作水中硝酸盐氮高氯酸盐污染零价铁厌氧污泥协降解含氯含硝基芳烃类污染物零价铁金属原细菌相互作降解毒机物
    22微生物应土壤污染治理:
    表面活性剂产生菌生长种类型土壤中分布土壤性质关重金属污染土壤者未受污染土壤中革兰氏阳性菌分布较烃类污染土壤受种物质污染土壤中较革兰氏阴性菌[4]
    然界中降解石油烃微生物现已发现种广泛存土壤海洋水湖泊等环境中许微生物石油烃作唯碳源源研究指出降解石油烃微生物细菌真菌石油烃水中溶解度部分石油吸附土壤颗粒物表面微生物难降解研究表明加入表面活性剂增石油烃溶解度促进微生物石油烃降解
    环境中微生物降解金属污染物改变金属污染物种类利微生物改变金属原子金属离子形态沉淀达毒重金属目者利微生物改变金属离子价态金属溶液体中易土壤中滤外发现海藻酵母菌等金属具较强生物吸附力
    纳米材料协微生物处理土壤污染物中石墨烯氧化石墨烯均会革兰氏阴性菌革兰氏阳性菌细胞膜受损伤破裂导致胞物质外泄致细胞死亡富勒烯C60显著减少土壤细菌数量原生动物C60毒性敏感颗粒状水悬液土壤微生物群落结构功均未产生显著毒性作纳米Ag影响土壤中线虫基表达显著减弱线虫繁殖力钯(Pd)金(Au)铜(Cu) NPs未土壤中微生物群落产生毒性效应纳米Fe0协微生物土壤中PCB77(氯联苯PCBs)效降解
    23微生物应固体废弃物治理
    固体废弃物目前国环境污染重污染源填埋堆放焚烧处理方法产生害物质会通渗漏扩散等途径造成二次污染利微生物分解固体废弃物中机物实现害化综合利微生物处理垃圾尾矿贫矿冶金炉渣农林废料等种固休废弃物选择浓缩污染物节省运营投资成废物总体积显著降低废弃物转化利资源
    反应速度慢某固体废弃物难降解[5]
    24微生物应气污染治理:
    现较常微生物废气净化方法:利微生物进行滤法利微生物某废气吸附法微生物洗涤法运微生物技术废气进行处理旧废气处理办法相费低功效高危险产生垃圾等优势利微生物废气进行处理生产原理根性质废气利微生物身特点废气予处理运微生物吸收滤作吸附法含胺酚乙醛等污染气体通微生物时微生物会吸收气体净化率达95滤法臭味气体通微生物时微生物予分解程
    煤燃烧排放烟气含较高浓度SO2空气污染污染源目前脱硫技术已具备较高脱硫效率成较高法广泛应情况微生物烟气脱硫技术产生部分发达国家应项技术断发展改善中
    微生物臭实质通微生物活动恶臭污染物转化简单害机物微生物细胞质程气恶臭挥发源废水处理装置逸出恶臭气体硫化氢氨硫醚类 硫醇类机胺类等物质绝数体健康危害较[6]
    NOx净化技术选择性催化原技术选择性非催化原技术液膜法微生物法微生物净化含NOx(N2ONONO2N2O3N2O4N2O5等)废气思路建立微生物净化机废气臭气微生物进行废水反硝化脱氮基础NOx污染气污染物NOx排放会然环境类生产生活带严重危害[7]
    3纳米材料微生物处理污染物环境作
    前纳米技术环境安全领域提供新研究机遇推动污染环境修复研究更深层次发展寻求环境友型环境高效修复剂成国外环境科学研究中新热点着环境分子科学快速发展纳米材料污染环境修复研究中应越越受重视年科学家注意纳米技术污染环境修复带重突破时环境类健康带定风险[8]
    纳米材料微生物修复污染环境中作致分:毒理作没明显影响促进作纳米材料微生物处理污染物环境应影响种纳米材料微生物处理污染物影响相种纳米材料协种微生物应水处理土壤污染处理等领域种类纳米材料微生物处理污染物影响进行概述
    31碳基纳米材料
    碳基纳米材料具超高表面积加表面特殊富含π电子烯分子结构较容易带π电子机污染物形成ππ轭作吸附降解水体中机污染物具重应价值碳纳米材料广泛应时潜毒性引起关注纳米材料微生物毒性表现抑制生长抑制细胞壁形成产生细胞形态学损伤进微生物群落产生影响等研究表明石墨烯氧化石墨烯均会革兰氏阴性菌革兰氏阳性菌细胞膜受损伤破裂导致胞物质外泄致细胞死亡[9]目前碳基纳米材料毒性研究较富勒烯(C60)碳纳米(CNTs)
    研究集中富勒烯水生生物毒性影响ohansen等研究证明C60水悬液会引起土壤微生物群落持续低水变化Tong等p驯研究表明C60颗粒状水悬液土壤微生物群落结构功均未产生显著毒性作姚日升等考察富勒烯活性污泥影响作机碳源降解氨氮利氧呼吸速率发现
    C60水悬液SBR反应器中活性污泥生化特性显著影响反应器投加C60水悬液NH3NTOC率未投加C60水悬液反应器率明显差样C60水悬液投加没造成活性污泥中微生物菌群结构较变化[9]学者研究富勒稀土壤生物群落中作发现C60显著减少土壤细菌数量原生动物C60毒性敏感外土壤复杂体系目前关富勒烯整机体系毒性影响鲜见报道学术界碳纳米材料复杂环境行存定分歧
    碳基纳米材料中碳纳米(CNTs)具强吸附力微波吸收力 环境修复中显现出广泛应前景碳纳米粒径质量轻易空气中传播环境体健康产生危害粒径越CNTs具越强细胞毒性组织毒性见碳纳米材料毒性纳米材料身性质(粒径结构表面积反应活性等)关测试生物身生理功敏感性等关
    Debora等研究碳纳米EcoliK12生长影响发现该菌生物膜形成初期碳纳米会抑制生物膜形成nZhang等研究显示碳纳米加入活性污泥反应器运行明显影响然Yin等发现碳纳米反应器机物明显吸附作Luongo等研究表明壁碳纳米活性污泥呼吸抑制作EPS够起保护作降低碳纳米污泥毒性效力单壁碳纳米活性污泥呼吸抑制作着单壁碳纳米浓度增加呼吸抑制作增强单壁碳纳米活性污泥底物利没显著影响加入单壁碳纳米活性污泥产生SMP部分单壁碳纳米吸附单壁碳纳米加入会导致污泥沉降性变差[10]
    潘刚等分离出MCs强降解力RS菌碳纳米时加入水体中够微囊藻毒素产生协作.研究表明碳纳米高效吸附微囊藻毒素时RS菌固定表面RS菌微囊藻毒素生物降解反应够碳纳米表面高效进行[11]
    32零价金属纳米材料
    Roh等发现纳米Ag影响土壤中线虫基表达显著减弱线虫繁殖力述研究资料表明纳米Ag较强细胞毒性遗传毒性氧化应激纳米Ag产生毒性重机制研究发现土壤介质中钯(Pd)金(Au)铜(Cu) NPs未微生物群落产生毒性效应NPs固定土壤机物中迁移NPs土壤中离子反应形成微生物没毒性络合盐目前金属纳米粒子(NPs)毒性研究集中水生生物土壤微生物毒性观察缺乏相关机理研究
    值提纳米零价铁纳米铁镍铁铜等高效土壤污水中机机污染物具重实际应价值然关纳米铁修复应毒性研究较少[12]纳米Ag污水机物降解生物磷效果影响纳米Ag氨氧化细菌亚硝酸盐氧化细菌抑制作纳米Cu协微生物加快反硝化速率提高脱氮效果纳米零价铁应较纳米铁微生物复合物作水中硝酸盐氮高氯酸盐污染[13]零价铁厌氧污泥协降解含氯含硝基芳烃类污染物[14]零价铁金属原细菌相互作降解毒机物[15]纳米Fe0协微生物土壤中PCB77(氯联苯PCBs)效降解[16]
    生物生成纳米Pd(bio—Pd)作催化剂脱卤通原加氢反应处理受污染土壤水[17]通bio—Pd催化氯联苯3J3氯酚类溴联苯醚六氯环烷三氯乙烯等环境污染物脱卤外bioPd原机污染物降解致癌作六价铬原低毒三价铬115J毒高氯酸害氯化盐生物作钯沉降生物生成磁铁矿纳米材料回收变更便利
    33金属氧化物纳米材料
    长期投加三种纳米金属氧化物(Al2O3SiO2TiO2)氨氮亚硝氮含量断增加硝氮含量TN率急剧降磷效果受影响
    [18]纳米Fe3O4研究较纳米Fe3O4微生物联合体系24二氯苯氧乙酸阿特拉津降解[19]纳米Fe3O4协微生物土壤中PCB30(246三氯联苯)降解[20]明显促进作纳米Fe3O4负载氧反硝化菌助提高生物脱氮磷效果[21]
    Sinha等研究纳米ZnO纳米Ag颗粒嗜盐嗜温细菌毒性作结果表明两种纳米材料均会抑制受试细菌生长两种纳米材料革兰氏阴性菌表现出更强毒性[22]Fang等发现纳米TiO2纳米ZnO纳米CeO2纳米材料均硝化细菌细胞壁细胞膜产生损伤导致细胞死亡[23]进步研究发现纳米ZnO细菌细胞毒害机理通游离出Zn2+细菌造成损伤Ge等研究纳米TiO2纳米ZnO土壤微生物群落影响发现两种纳米材料会土壤微生物生物量样性减少改变土壤微生物群落组成
    Zhu等通生物合成Fe304/细菌纤维素复合材料重金属Pb(Ⅱ)Mn(11)Cr(Ⅲ)具较强吸附力[24]Jung等发现生物合成磁铁矿臭氧存催化降解para氯苯甲酸Zhou等球菌芽孢杆菌模板结合声化学方法生成空心纳米孔结构硫化锌作催化剂见光射催化降解酸性品红[25]研究发现纳米空心结构ZnS固态硫化锌催化性01g合成ZnS分散150 mL2×105 mol/L酸性品红中光催化120 min染料完全降解
     
    4结展
    利微生物进行环境修复成低廉操作简便修复效果相传统方法存二次环境污染问题着环境分子科学快速发展纳米材料污染环境修复研究中越越受重视纳米材料微生物协降解污染物研究集中机机污染废水处理污染气体催化净化等领域纳米材料微生物修复污染环境中作致分
    :毒理作没明显影响促进作
    目前纳米材料微生物处理污染物环境应影响研究较分散没进行系统研究种纳米材料微生物处理污染物影响相需做进步研究解纳米材料微生物协作纳米材料微生物处理污染物情况反应机制
     
     
     
     
     
    参考文献
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    [3]麦斌尹华叶锦韶等生物表面活性剂环境修复中研究进展[J]环境污染治理技术设备20067(12)59
    [4]刘娜杨**生物修复技术污染环境修复中应研究[J]科技情报开发济200515(3)173175
    [5]李晓楼土著微生物污染土壤修复中应研究进展[J]**学院学报(然科学版)2014(1)6769
    [6]刘晶晶微生物环境修复功综述[J]科技创新导报2013(7)161
    [7]王晓芳微生物应环境污染治理新进展[J]济研究导刊2012(2)276278
    [8]王萌陈世宝马义兵等纳米材料污染环境修复中生态毒性研究进展[J]应生态学报201021(11)29862991
    [9]郭洪霞碳纳米材料活性污泥影响研究[D]**工业学2012
    [10]李佳佳基聚苯胺碳纳米修饰材料微生物电解池高氯酸盐降解研究[D]山东学2015
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    200449(13)12441248
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    [13]夏宏彩纳米铁—微生物微球制备修复高氯酸盐污染研究[D]南开学2012
    [14]林海转零价铁微生物耦合强化含氯含硝基芳烃类污染物转化降解研究[D]浙江学2011
    [15]谢先德张刚生贾建业等微生物矿物相互作环境意义研究[J]岩石矿物学杂志200120(4)382386
    [16]陈涛尹敏敏司雄元等纳米Fe0协微生物PCB77降解研究[J]生态环境学报201120(2)317322
    [17]徐灿灿肖翔杜道林等微生物合成纳米材料环境修复中应[J]工业安全环保201238(10)171934
    [18]刘蕊周启星马奇英等纳米材料污染水体土壤修复中应[J]生态学杂志201029(9)18521859
    [19]王伟萍纳米Fe3O4协微生物阿特拉津24D降解研究[D]**农业学2010
    [20]傅文裴欢刘红等纳米Fe3O4协微生物黄褐土中PCB30降解[J]世界科技研究发展2014(6)633637
    [21]安毅纳米铁反硝化细菌复合体系修复水中NO3N污染研究[D]南开学2010
    [22]王萌陈世宝李娜等纳米材料污染土壤修复污水净化中应前景探讨[J]中国生态农业学报201018(2)434439
    [23]陈玉娥纳米TiO2KMnO4协光催化氧化法测定COD微生物降解甲基橙研究[D]华中科技学2006
    [24]卢莹莹江峰冯骞等纳米材料污水生物处理影响[J]净水技术2014(1)912
    [25]修宗明纳米铁脱氯菌耦合修复水中三氯乙烯毒理试验研究[D]南开学2009
     


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