嗜酸氧化亚铁硫杆菌与硫化矿物相互作用研究

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1、硕士学位论文摘要微生物．矿物界面相互作用乃当今地球化学和环境矿物学的研究热点。在微生物冶金领域，涉及到微生物一矿物、矿物．矿物、微生物．溶液．矿物一气相等多相界面也已经引起国内外研究者的广泛关注，此项工作的开展将有助于我们理解微生物氧化溶解矿物的机制，进而对实际浸矿过程的强化提供理论依据。论文首先测定了不同离子强度下嗜酸氧化亚铁硫杆菌和黄铁矿的zeta电位值。以硫为能源培养的细菌表面分泌的胞外多聚物中含有较多的蛋白质导致细菌等电点大于以亚铁培养的细菌，表面基团离子化模型计算结果验证了上述结论。离子强度对黄铁矿zeta电位影响显著，离子强度过高或过低都会使测量结果出现反常现

2、象。当嗜酸氧化亚铁硫杆菌吸附到黄铁矿后，黄铁矿等电点向细菌等电点方向移动，并且加大细菌浓度移动幅度继续加大，趋势愈加明显。论文首次运用表面络合模型计算得到了离子强度I=0．1，0．01M时黄铁矿表面反应常数pK值和紧密层电容C．。结果表明>FeSSH表面位反应常数较小，说明在黄铁矿／溶液界面中>SSFeOH发挥了更重要作用，包括细菌吸附和矿物氧化等过程。随着离子强度的增大，紧密层电容增大，证实了离子强度增大双电层被压缩的推论。论文考察了细菌在两种典型硫化矿表面的吸附现象，研究表明细菌在黄铜矿表面的吸附过程是一个快速过程，同时受到细菌浓度、矿浆浓度、pH和离子强度等外部因素

3、的影响。通过接触角和zeta电位测量数据计算得到黄铁矿和细菌的自由能分量及其酸碱分量。结果表明，无论经典热力学理论还是XDLVO理论都证明了细菌与矿物间发生自发的吸附过程，而且细菌与细菌之间亦有自发团聚的趋势，通过细菌以及细菌在矿物表面的SEM电镜照片证实了上述结论。最后通过分子模拟软件对已报道的可能介导细菌吸附的蛋白aporusticyanin进行了初步的模型构建，包括铜活性位点分析和静电势分布研究等。确定以研究Cys(半胱氨酸)残基为对象，通过XRD，DSC-TGA,FTIR,紫外可见光分光光度法和循环伏安、Tafel极化等测试手段，确定其确实与黄铁矿发生化学吸附，半

4、胱氨酸显著促进了黄铁矿的氧化过程，降低了腐蚀电位，增大了腐蚀电流，但是并没有根本改变黄铁矿的氧化机理，它的作用是促进了电子传递的进程。运用类似的研究手段相应研究了葡萄糖与黄铁矿的吸附行为，虽然亦观察到明硕士学位论文摘要显的吸附现象，但是无论从吸附等温线还是FTm,XRD，TG等结果都表明它与黄铁矿间只存在类似氢键的弱物理吸附作用。关键词微生物．矿物相互作用，细菌吸附，双电层，黄铁矿，L一半胱氨酸Ⅱ硕士学位论文ABSlltACTABSTRACTMicrobe—mineralinteractionhasarousedsweepingconcernsinthefieldsofg

5、eochemistryandenvironmentalmineralogy．Recently,multi·phasesinteractioninvolvingmicrobe-mineral，mineral-mineralandmicrobe-solution-mineral-gasarebeinghighlightedinmicrobialmetallurgyduetoitssignificancebothintheoryandpractice．Inthisstudy,asasoledataemployedinelectricaldoublelayersimulation

6、,zetapotentialsofAcidithiobacilluaferrooxidansandpyriteindifferentlevelofionstrengthsaremeasured．Theresultsrevealsthatisoelectricpoint(IEP)ofthisbacteriaculturedinsulfurishigherthanthatinferrousculture．Itmayattributetothemuchproteinexcretedinbacterialsurface，whichissupportedbysucceedingio

7、nizablesurfacegroupmodelcalculation．Zetapotentialsofpyritearesensitivetoionstrength．rtigherorlowervaluesofionstrengthmayleadtoanabnormalresult．Whenbacteriaareincubatedintopyritesolution,IEPofpyriteshiRstowardsthatofAcidithiobacillusferrooxidans；asbacterialconcentrat