Page 231 - 《精细化工》2023年第12期

第 12 期 邓一博，等: 解磷菌改性生物炭去除水中铀(Ⅵ)的效能与机理 ·2773·

desorption cycles, the adsorption capacity of the modified biochar only decreased by 8.90%, showing good
regeneration performance.
Key words: U(Ⅵ); phosphorus solubilizing bacteria; phosphorus-rich biochar; biological modification;
water treatment technology

铀矿冶产生的含铀废水常具有化学毒性和放射 铀标准溶液：将 U 3 O 8 溶解在硝酸中，制备质量
[1]
性，对生态环境和人类健康构成严重威胁 。吸附 浓度为 1 g/L U(Ⅵ)原溶液备用。稀释标准溶液配制
法具有操作简便、吸附效率高等优点，在低浓度含 实验中所需不同质量浓度的 U(Ⅵ) 溶液。
铀污染废水治理中备受重视。生物炭具有高比表面 LB 培养基成分（均为质量浓度）：10 g/L 氯化
积和孔隙率，常用作重金属吸附剂，其作用机理主 钠，10 g/L 胰蛋白胨，5 g/L 酵母提取物。
要为静电络合、离子交换等 [2-3] 。但传统方法制备的 Micro for TriStar Ⅱ Plus 3.03 比表面积及孔隙
生物炭在实际应用中常存在吸附容量低、环境适应 度分析仪（BET），美国 Micro 公司；Apreo 2 扫描
性差等问题，常采用物理、化学等方法对其改性以 电子显微镜（SEM）、Escalab 250Xi X 射线光电子能
[4]
改善其性能 。 谱仪（XPS）、Talos F200X 透射电子显微镜（TEM）、
生物改性相比物理或化学改性具有安全、无毒、 Nicolet-iS10 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），美国
[5]
无污染等优势 。将微生物负载在生物炭孔隙中， Thermo Fisher Scientific 公司；X-Max 元素分析仪（EDS），
并在适当的温度和养分下繁殖是生物改性的主要方 英国牛津公司；SmartLab 9 X 射线衍射仪（XRD），
式之一。不同微生物对生物炭的改性效果存在差异。 日本理学公司；UV-2350 紫外-可见分光光度计，北
解磷菌（PSB）可通过降解有机磷源等方式产生正 京普析通用仪器有限公司；720 电感耦合等离子体
磷酸盐，正磷酸盐与 U(Ⅵ)生成磷酸铀酰沉淀，从而 发射光谱仪（ICP-OES），美国 Agilent 公司。
实现对 U(Ⅵ)的固定。沙雷氏菌、克雷伯杆菌、拉赫 1.2 PSB 和 PMBC 的制备
内拉菌、芽孢杆菌、假单胞菌 [6-7] 等 PSB 已被证明具 从湖南省衡阳市某铀尾矿地域采集地表 5~15 cm
有矿化沉淀 U(Ⅵ)的能力。但生物矿化所需的传统有 的土壤样品，4 ℃冰箱密封下转移到实验室保存。
机磷源(甘油磷酸钠等)价格较高，难以大规模推广 取 10 g 土壤样品至 100 mL LB 培养基中， 150 r/min、
[8]
应用 。同时，在单独使用 PSB 时，重金属对菌株 30 ℃培养 24 h，随后取 10 mL 上清液经 10000 r/min
构成胁迫，影响其后续活性。有研究表明，以动物 离心，10 mL 去离子水洗涤，沉积物加入到新鲜的
粪便为原料制得的富磷生物炭在处理重金属污染水 100 mL LB 培养基中，重复上述操作 3 次，得到土
[9]
体方面具有显著优势 。一方面，富磷生物炭富含多 著菌。
种可供 PSB 利用的氮磷等营养物质 [10-11] ，可能为矿 为分离出 PSB，将 10 mL 上述制得的土著菌在
化提供所需的新型磷源，同时，富磷生物炭的添加 10000 r/min 下离心 10 min，用 10 mL、121 ℃灭菌的
可有效降低重金属环境对微生物的毒性，为 PSB 的 去离子水洗涤细胞沉积物 3 次，沉积物接种至 100 mL
[13]
生长提供保护。经微生物改性后，生物炭的比表面 皮科夫斯卡娅（PVK） 培养基中，150 r/min、30 ℃
积、孔隙率、表面官能团等理化性质也会随之改变， 培养 7 d，得到 PSB。
其吸附性能得到改善，从而可更高效地利用环境中 从湖南省衡阳市某养猪场取得猪粪经 70 ℃烘
可溶性磷 [12] 。因此，通过 PSB 改性的富磷生物炭对 箱干燥 12 h 至恒重，置于马弗炉中，通入氮气，400 ℃
U(Ⅵ)污染场地进行修复将是潜在可行的方法。 下反应 2 h。将反应后的样品自然冷却至室温，粉碎
本文采用 PSB 改性的猪粪生物炭（PMBC）去 后经 100 目筛过滤，蒸馏水冲洗至 pH 稳定为 7.5，
70 ℃烘箱干燥 2 h 后得到粉末状吸附材料，即为未
除水溶液中的 U(Ⅵ)，通过 SEM、XRD、XPS 等探
改性猪粪生物炭 PMBC，于 4 ℃冰箱保存备用。
讨了 PSB 改性 PMBC 修复 U(Ⅵ)污染水体的作用机
1.3 PSB 改性生物炭的制备
理及影响因素，以期为微生物改性生物炭修复重金
实验前，将 5 mL1.2 节制得的 PSB 经 95 mL LB
属污染提供理论依据。
培养基培养 24 h 至对数期，取 5 mL 上清液，经离心，
1 实验部分 10 mL 去离子水冲洗后，沉积物加入到 45 mL 去离
8
子水中(血球计数板测得细菌浓度：1.0×10 个/mL)，
1.1 试剂与仪器 向其中加入 100 mg、121 ℃灭菌后的 PMBC，150
八氧化三铀（U 3 O 8 ）、硝酸、氢氧化钠、盐酸、 r/min、30 ℃下分别进行 6、24、48 h 的改性，离心，
丙酮、酚酞等均为市售分析纯。 过滤，–50 ℃冷冻 6 h，–45 ℃真空干燥 12 h 后制