硫酸盐还原菌及异化铁还原菌对 黄钾铁矾还原作用的对比

选取酸性矿坑水环境中常见的次生含铁硫酸盐矿物———黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]为研究对象,用硫酸盐还原菌 Desulfovibriovulgaris 和异化铁还原菌Shewanellaputrefaciens CN32对其进行还原实验,探讨作为重金属治理潜在材料的 黄钾铁矾的微生物稳定性.实验采用非增长型培养基,在中性、厌氧、30℃的条件下进行.采用湿化学方法测量水溶液及还原产 生的总Fe2+ ,利用X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)来分析反应后残余固体物质的矿物组成,用扫描电镜(scanning electronicmicroscopy,简称SEM)观察固体残余物的形貌特征.结果表明,没有微生物的参与,黄钾铁矾的稳定性较好.异化铁 还原菌S.putrefaciens CN32和硫酸还原菌D .vulgaris 在营养极其匮乏的中性厌氧条件下均能还原黄钾铁矾晶格中的 Fe3+ ,显示出黄钾铁矾被微生物还原的可能性.S.putrefaciens CN32还原黄钾铁矾晶格中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为0.001mmol·L-1·h-1和0.37%.与S.putrefaciens CN32不同,D .vulgaris 对黄钾铁矾的还原能力较强,不 含有电子穿梭体(Anthraquinone-2,6-disulfonate,简称AQDS)的实验体系中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为 0.017mmol·L-1·h-1和16.80%,而添加了AQDS的实验体系的则分别达到了0.026mmol·L-1·h-1和24.30%,这可能与 黄钾铁矾中含有SO42- 有关.D .vulgaris 优先还原黄钾铁矾晶格中的SO42- 产生的H2S是强还原剂,也可促进Fe3+ 的还原, 微生物以及H2S的双重作用可能是导致D .vulgaris 体系中Fe3+ 还原率较高的原因.XRD分析表明,黄钾铁矾经过S.putrefaciens CN32的作用,物相没有发生变化;而经过D .vulgaris 作用后,黄钾铁矾的特征峰消失,固相残余物中出现了菱铁 矿(FeCO3)、蓝铁矿[Fe3(PO4)2·8H2O]等次生矿物.由于培养基中没有添加任何的磷酸盐,因此蓝铁矿的出现可能是由于培 养基中添加的少量酵母浸膏降解后产生的磷酸根与D .vulgaris 还原黄钾铁矾产生的Fe2+ 相互作用的结果.这些认识对深入 理解地球表层铁的生物地球化学循环具有重要意义,为矿山环境重金属的污染治理提供了实验依据.      

微生物铁还原作用对蒙脱石保存有机物的影响:以硫酸盐还原菌为例

本文研究了微生物的铁还原作用对黏土矿物有机质保存的影响。将一种有机化合物(十二氨基十二酸)插层到一种富铁的蒙脱石(绿脱石)中,利用硫酸盐还原菌(Desulfovibrio vulgaris)分别对插层前后的绿脱石进行作用,以研究该菌对绿脱石结构中Fe3+的还原作用以及层间有机物的影响。结果发现,1Desulfovibrio vulgaris能够还原这2种绿脱石结构中的Fe3+,且电子穿梭体AQDS(蒽醌-2,6-二磺酸)能够增强还原速率和程度;2硫酸盐的存在能够增加还原速率和程度,表明还原过程中生成的硫化物与绿脱石结构中的Fe3+发生了化学还原作用;3通过X射线衍射、红外光谱、总有机碳分析表明,还原后的绿脱石,其结构层内仍有大量有机物,具有一定的稳定性和保存层间有机质的能力。     

硫酸盐还原菌粘附作用对硬石膏分解的影响

硫酸盐还原菌(SRB)分解硫酸盐矿物对C、S、Fe、Sr、Ba等元素的循环起着重要制约作用,二者相互作用机制的阐明具有重要的矿物学、地球化学及地质微生物学意义。通过设计厌氧实验,本文探讨了SRB与硬石膏的作用过程及机理。结果表明,较之无菌体系,SRB体系中氧化还原电位(EORP)显著降低;可挥发性硫(AVS)与蛋白质浓度则不断增大;硬石膏中总溶出硫含量增加;硬石膏表面SRB粘附位置出现明显溶蚀现象。分析表明SRB通过两种机制促进硬石膏分解:SRB还原代谢消耗溶解态SO42-,降低SO42-浓度,进而促使硬石膏持续溶解;SRB粘附于硬石膏表面,其自身及代谢产物通过络合硬石膏中的Ca加速矿物分解,此种机制在前人的研究中被普遍忽略,而通过此机制SRB亦可促进难溶硫酸盐(天青石、重晶石等)及铁氧化物的溶解,进而制约相关元素的地球化学行为。     

江汉平原浅层含水层中土著硫酸盐还原菌对砷迁移释放的影响

硫酸盐还原菌是厌氧环境中参与砷形态转化的重要微生物种群,其介导的生物地球化学循环过程对铁氧化物表面吸附态砷迁移转化的影响亟待深入研究.选取江汉平原典型高砷含水层原位沉积物分离纯化出一株严格厌氧硫酸盐还原菌Desulfovibrio JH-S1,对其进行砷和铁还原能力鉴定,并通过模拟培养实验探究硫酸盐还原菌参与下的铁矿物相转化对吸附态砷迁移的影响.Desulfovibrio JH-S1具有Fe(III)还原能力,无硫和有硫体系中Fe(III)均能被还原,但在硫酸盐充足条件下铁还原量显著增加;该菌株不具备As(V)还原能力,但添加硫酸盐的培养体系中As(V)去除率可达96%以上.Desulfovibrio JH-S1能够还原硫酸盐从而促进载砷的水铁矿还原转化为纤铁矿,并导致吸附的砷释放.江汉平原高砷含水层土著硫酸盐还原菌兼具硫酸盐/铁还原功能,参与了高砷含水层系统中砷-铁-硫耦合循环,对高砷地下水的形成具有重要作用.      

硫酸盐还原菌及其代谢物的接触作用影响石膏分解的实验研究

采用透析的方法,研究了硫酸盐还原菌(SRB)及不同分子量(0~200、200~2 000、2 000~10 000)代谢产物与石膏接触时对其还原分解的影响。实验结果表明,SRB代谢产生了更多的碱性物质,导致体系pH值明显上升;随着SRB及其代谢产物与石膏的接触作用逐渐增强,石膏的还原分解能力逐渐提高;SRB及其代谢产物可以诱导形成具有良好结晶形态的方解石和无定形态碳酸盐沉淀;代谢产物除可促进石膏还原分解外,一定条件下也可抑制石膏溶解。研究结果表明,SRB及其代谢物与石膏的接触作用对其还原分解有一定的影响,影响机制主要为络合作用和营造pH值、HCO-3浓度不同于溶液的SRB-石膏界面微环境。     

向山垃圾填埋场-尾矿混合带硫酸盐还原菌分离

马鞍山向山垃圾填埋场建设在向山硫铁矿尾矿库之上、混入玢岩铁矿尾矿和酸性排水,是富含有机质的废物与富含硫酸盐、铁氧化物废物混杂的地带,这是一个微生物电子受体和电子供体长期共存的场所。对这样一个特殊的体系进行微生物矿物交互作用研究具有十分重要的意义。本文对向山垃圾填埋场-尾矿混合带的微生物进行富集培养,经过富集培养和平板划线分离得到一株纯菌。经光学显微和扫描电镜观察、16SrDNA测序、还原硫酸盐能力检测,鉴定该纯菌株为梭状硫酸盐还原菌(Clostridium Sulfate Reducing Bacteria,简称C.SRB)。其生理生化特性研究结果表明,该菌可以利用葡萄糖和乳糖为碳源生长,甲基红试验为阴性,吲哚试验、接触酶试验均为阳性。考查该菌株的生长代谢以及温度、pH、盐度等外界环境影响因素发现,培养该菌株36 h消耗硫酸盐比速率最高为0.73 mmol/g·h;最适生长条件为温度35℃、pH值7、盐度0.5 g/L。     

海南红树林湿地可培养硫酸盐还原菌的垂直分布特征研究

利用厌氧微生物分离技术,对深度为1.2 m 的海南红树林湿地沉积物钻孔样品进行了分离培养,共获得11 株 厌氧sulfate-reducing bacteria（SRB） 菌株。经显微观察和16S rDNA序列分析,可归纳为6个属,其中已经报道有芽孢杆菌 属（Bacillus）、弧菌属（Vibrio） 和梭状芽胞杆菌属（Clostridium）,另外3个属分别为伯克霍尔德菌属（Burkholderia）、希瓦氏菌属（Shewanella） 和海杆菌属（Marinobacterium）。不同属的细菌对硫酸盐还原的速率最低为14.71%,最高可达 56.78%,并且以上6属11株菌都能将+6价的硫还原生成-2价硫,并与培养基中的Fe2+结合生成黑色FeS沉淀,而这些无定 形FeS沉淀是生成黄铁矿的前体。红树林湿地SRB种群数量随沉积物深度的增加而降低,结合沉积物的地球化学分析测试 结果表明,表层（0 cm） 水界面的沉积物由于处于氧化-还原界面,氧气的周期性输入在一定程度上抑制了SRB的生长;随着 深度增加（10~40 cm）,充足的有机质、偏中性的pH值以及厌氧环境的增强,使得SRB种类和数量明显增加;而60 cm以下 沉积物中因TOC含量降低,减少了微生物可利用的碳源,pH值明显降低,Na+和Ca2+离子浓度明显增加,这些因素都抑制了 SRB的生长,使得深部沉积物中SRB的种类和数量显著减少。     

攀西地区铁钛氧化物矿物的显微结构

本文用矿石显微镜及单晶X射线分析方法,研究了攀枝花—西昌地区铁钛氧化物矿物的显微结构共生组合特点、各出溶相间的关系和分布方位以及不同岩石和矿石显微结构共生组合上的差异。业已查明它们受岩浆旋回和岩石类型所控制。本文指出了磁铁矿-钛铁晶石固溶体显微出溶结构可能是拐点分解经调制结构后的终期产物。     

微生物还原铁氧化物矿物的电化学研究

微生物可以还原铁氧化物矿物。本文通过使用电化学方法对铁氧化物矿物在微生物还原作用下的氧化还原特性进行模拟与表征,补充了从新角度对微生物还原铁氧化物矿物的研究。研究结果显示,微生物可直接以铁氧化物矿物作为电子受体将其还原得到二价铁生成物。电化学实验显示,0.2 mA阴极恒电流条件下铁氧化物矿物可以接受电子,同时铁氧化物矿物中的Fe3+在0.89±0.01 V(相对于饱和甘汞电极)时发生还原反应,表明铁氧化物矿物满足被微生物还原的电化学条件。双室微生物-铁氧化物矿物体系研究证实,铁氧化物矿物可以作为阴极接受微生物提供的电子。     

微生物-矿物接触模式影响矿物溶解机制的实验研究——以多粘芽孢杆菌参与下的微纹长石溶解为例

微生物可通过直接和间接作用方式影响硅酸盐矿物的溶解。在细菌生长的不同阶段,这两种方式的贡献有所差异。利用微孔滤膜进行了一系列实验,研究了多粘芽孢杆菌对微纹长石溶解的影响。结果表明,在细菌生长的0~96h内,细菌及代谢产物能通过直接和间接作用共同促进微纹长石的溶解,但微纹长石中各元素的溶出在方式上有一定的差别,K和Si的溶出主要受间接作用的影响,而Al的溶出主要受直接作用的影响。在稳定期和衰亡期,细菌及代谢物均对K,Al,Si三种元素的溶出起较强的促进作用。在长石溶解的过程中,细菌的生长消耗、细菌表面络合作用、代谢物络合作用等均是影响离子浓度变化的重要因素,三种作用的协同效应,使得实验溶液中离子浓度随细菌生长表现出不规则变化的特点。     

pH值对混合溶液中矿物溶解／沉淀的影响

以粉煤灰浸出液与自来水混合为例,结合水文地球化学模拟,分析了在混合作用下,pH值对单相混合溶液中矿物溶解／沉淀作用的影响。结果表明,由于混合作用,溶液pH值发生改变引起CO3^2-活度变化,从而影响方解石和白云石的饱和指数,随着混合比例从0．1到0．9的增加,实验和模拟单相混合溶液中白云石和方解石的饱和指数呈现不同规律的下降;在混合溶液pH值的影响下,玉髓饱和指数随混合比例的增大,呈现先上升后下降的变化趋势。     

矿产品中污染物溶解释放研究进展

我国原矿、精矿消费量和尾矿产出量巨大,这些矿产品中有毒有害污染物的溶解释放(称为"溶出")已经成为一个普遍存在的环境问题。本文阐述了目前国内外矿产品污染物溶出的研究现状,总结了研究矿产品中污染物溶出最常用的四种模拟试验方法(湿度室试验、淋滤柱试验、静态浸泡试验、萃取试验)的应用进展。湿度室试验可模拟自然风化过程,确定污染物溶出速率和产物;淋滤柱试验可模拟降水和喷淋过程,提供污染物吸附和解吸附动力学依据;静态浸泡试验可模拟被水浸泡过程,探明溶出规律和产物;萃取试验可对污染物进行形态分析,评估介质中污染物的流动性、稳定性等。污染物溶出的各种影响因素由强到弱依次是pH值、淋溶浸泡时间、温度、固液比、矿石粒径,多数情况下pH值越大、浸泡时间越长、温度越高、固液比越小、粒径越小越有利于污染物的溶出。溶出是一个长期和具有潜伏性的过程,其内部发生一系列物理化学反应,显示出与扩散效应不同的规律。目前这方面的研究对象还主要集中于废弃的尾矿,对经运输、堆放并在人类生活区使用的原矿、精矿产品的污染物溶出有待进一步研究,需要对其溶出污染进行预测和评估,采取有效措施控制和治理矿产品的污染。     

铁氧化物对土壤解吸阿特拉津的影响

阿特拉津是一种典型的环境激素, 铁氧化物是土壤矿物质的主要成分之一, 研究铁氧化物对阿特拉津的吸附行为有助于深入了解环境激素在环境中的行为.在研究阿特拉津的污染土壤与铁氧化物的混合物对阿特拉津吸附与解吸作用机理的基础上, 通过采用不同配比的土壤与铁氧化物的混合物对农药阿特拉津进行解吸行为过程的模拟, 并改变解吸时间、温度、pH值等因素, 研究影响解吸行为的主要因素.结果表明: 温度、pH值、铁氧化物与土壤的不同配比等因素均会对阿特拉津的解吸作用产生不同程度的影响.混合物对阿特拉津的解吸一般在4h左右便可达到动态平衡, 酸性或碱性环境以及适当的温度条件均会在一定程度上增强解吸作用, 且发现混合物比原土壤的解吸效果更明显.      

塔中地区热化学硫酸盐还原作用对深埋白云岩储层的改造

塔里木盆地塔中地区深埋碳酸盐岩储层显示出极强的非均质性。如灰岩地层孔隙度极低,而含酸性气藏的白云岩储层最大孔隙度高达27%。然而,造成这些现象的原因仍然不清楚。通过岩芯、薄片、扫描电镜观察,结合流体包裹体均一温度、盐度分析,方解石、白云石的碳氧同位素测定,试图解决这一问题。前人研究认为,塔中地区碳酸盐岩优质储层分布主要受控于原始沉积条件（如高能的礁滩相）和表生溶蚀,热液活动和断裂活动也起到重要作用。然而,多期流体活动和成岩作用导致大量同生期和表生期形成的溶蚀孔洞被破坏。在某些井区（如ZG9井和TZ75井）,埋藏溶蚀作用可能对优质储层形成起到重要作用。在寒武系和奥陶系岩芯中发现了大量硬石膏、重晶石、黄铁矿、沥青、方解石等,方解石交代硫酸盐,方解石具有较高的均一温度及较低的碳同位素值说明其形成与热化学硫酸盐还原作用（TSR）有关。在发生TSR的白云岩井段,储层物性较好,说明TSR可能对深埋储层的改善具有促进作用。这些认识有助于指导深层寒武系碳酸盐岩储层的进一步勘探。     

首次在白云鄂博铁矿发现的矿物种述评

上世纪后半叶,在白云鄂博铁矿究竟首次发现的矿物种是多少?对此,地质学家们有不同的说法,大体上有15、19、4和16种之异。本着客观、平允的立场,作者的统计是9种新矿物。迄今,该矿业已发现的新矿物共计有14种之多。在对这些新矿物稍加评述的基础上,初步总结了白云鄂博铁矿新矿物研究的经验、教训。顺便展望其新矿物发现前景。     

The Experimental Study of Iron Sulfide Mineral Evolution Under Thermal Sulfurization Condition

Iron sulfide minerals are widely distributed, of which characteristics had the identification significance of formation environment. Previously, there were more research on iron sulfide minerals under hydrothermal condition, and few studies under volcanism formation condition. To simulate volcanic mineralization, the study of different temperature from 250 to 410℃ , different iron sulfur ratio from Fe:S=2∶1 to 1∶8, and two different sources of iron, reduced iron powder (Fe) and ferrous sulfide (FeS), on iron sulfide mineral evolution was investigated under thermal sulfurization condition. By using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and other methods, the morphology, composition and structural characteristics of the products were observed and analyzed.     

CO2矿化封存条件下玄武岩溶解反应速率模型

实施CO2补集与地质封存是目前降低大气中CO2含量、减轻温室效应的有效途径。在所能利用的封存方式中,CO2矿化封存最为安全、稳定。在能实施矿化封存的岩石介质中,玄武岩封存潜力巨大,且岩石溶解反应过程是矿化沉淀过程的基础;因此,研究玄武岩溶解反应速率十分必要。在构成玄武岩的单一矿物与缓冲溶剂的反应速率模型的基础上,提出不同温度下玄武岩样品在超临界CO2水溶液中的溶解速率模型,并通过室内实验,利用采自山东省临朐县的玄武岩岩心样品,在45~100 ℃、10 MPa条件下,与超临界CO2－纯水反应,并运用最小二乘法确定模型中相关参数。同时利用57 ℃、72 ℃、92 ℃ 3个温度下的模型计算值与实验值对模型进行验证,结果证明了模型的准确性和可靠性,研究结果可直接应用于CO2地质封存条件下玄武岩溶解速率的计算。