摘要
本研究利用海藻酸钠和壳聚糖两种天然高分子，对生物质炭进行改性并对其与希瓦氏菌进行了包埋，分别制备了负载希瓦氏菌和生物质炭的海藻酸钙凝胶(BC-Ca-SA)和负载希瓦氏菌和壳聚糖改性生物质炭的海藻酸钙凝胶(mBC-Ca-SA)并对其进行了形貌和表面官能团的表征。利用Cr(Ⅵ)还原动力学实验以及绿豆芽和黄豆芽水培实验考察了这两种载菌凝胶复合体对微生物的负载特性和除铬能力，得到了以下结论： (1)通过离子交联法制备了负载希瓦氏菌和生物质炭的海藻酸钙凝胶(BC-Ca-SA和mBC-Ca-SA)，其表面粗糙具有不规则褶皱，内部为互穿多孔的蜂窝状3D网络结构。希瓦氏菌被包埋进入凝胶内部，而生物质炭颗粒被固定于海藻酸钙多糖骨架内。包埋希瓦氏菌和生物质炭后，海藻酸多糖特有的羧基峰未发生变化，说明海藻酸钙凝胶复合体分子结构稳定。 (2)海藻酸钙凝胶与负载生物质炭的海藻酸钙凝胶对Cr(Ⅵ)的吸附能力较弱，单负载希瓦氏菌的海藻酸钙凝胶7h内Cr(Ⅵ)还原率为29.6%，共负载生物质炭和壳聚糖改性生物质炭后，凝胶对Cr(Ⅵ)还原率分别增加到原来的2.3倍和2.5倍，7h后Cr(Ⅵ)去除率可达73.4%。Cr(Ⅵ)初始浓度的增加显著降低了负载希瓦氏菌和生物质炭海藻酸钙凝胶对Cr(Ⅵ)的还原率，而pH值对其影响很小。两种载菌凝胶复合体的Cr(Ⅵ)还原过程均符合伪二级动力学方程，加入壳聚糖改性生物质炭的载菌凝胶复合体的还原速率较加入生物质炭的高84.8%。生物质炭中的持久性自由基通过促进希瓦氏菌胞外电子传递来加快对Cr(Ⅵ)的还原，壳聚糖可为反应提供对铬具有亲和力的胺基，有利于希瓦氏菌、Cr(Ⅵ)和生物质炭之间的相互接触，从而加快铬的还原速率。随着Cr(Ⅵ)的还原，7h后溶液中总铬浓度分别下降了60.8%和73.6%。海藻酸钙凝胶表面金属氧键的形成表明还原后的Cr(Ⅲ)被凝胶所吸附，主要归因于海藻酸多糖特有的羧基峰对Cr(Ⅲ)的螯合作用。 (3)绿豆和黄豆幼苗实验中，1mMCr(Ⅵ)溶液存在条件下，绿豆芽和黄豆芽的生长被抑制。经过负载希瓦氏菌和生物质炭海藻酸钙凝胶处理后，Cr(Ⅵ)溶液中的绿豆和黄豆能够正常发芽，7d培养期内形成了完整的根系、子叶和茎。利用微波消煮和原子吸收光谱法，检测了绿豆和黄豆幼苗根、茎和叶中铬的残留情况，使用BC-Ca-SA凝胶处理后的绿豆幼苗根、茎以及叶中铬残留量分别为未处理的51%、28%和45%，而使用mBC-Ca-SA凝胶处理后，绿豆幼苗的根、茎以及叶中铬残留量分别下降29%、60%和13%。BC-Ca-SA凝胶处理后，黄豆幼苗根、叶中铬残留量分别为未处理的22%和26%，而茎中的铬残留量增加了15%。使用mBC-Ca-SA凝胶处理后，黄豆的根、茎以及叶中铬残留量分别下降21%、82%和17%。负载希瓦氏菌和生物质炭海藻酸钙凝胶对Cr(Ⅵ)的还原以及Cr(Ⅲ)的吸附，降低了水体中铬的生物毒性，也减少了水培绿豆芽和黄豆芽植株内铬的蓄积，对环境中重金属铬具有较好的修复效果。
NETL