不同能源浸矿菌与黄铜矿微观界面作用力的研究

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本文选择研究典型中温浸矿菌Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans和Leptospirillum ferrooxidans以及典型硫化矿黄铜矿,分别对其表面性质进行分析检测,并通过借助原子力显微镜(AFM)与Extended-DLVO理论,分别测量和计算这三株细菌EPS缺损前后与黄铜矿间的相互作用力,揭示细菌在黄铜矿上的吸附本质和规律,同时结合各细菌单独浸出黄铜矿的效率以及2小时内各细菌在黄铜矿上的吸附数量,探讨细菌对黄铜矿的最初吸附力与细菌在黄铜矿上的吸附及细菌浸出黄铜矿效率之间的关系,完善细菌-矿物界面相互作用机制。表面性质分析检测结果表明,黄铜矿表面疏水性较强且在无铁9K培养基中其表面带负电荷;Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans和Leptospirillum ferrooxidans则菌体表面疏水性较弱且菌体表面在无铁9K培养基中均带正电荷,三株细菌菌体表面也展现出了不同的疏水性、电量及平滑度;当缺损细菌表面的EPS后,细菌的表面性质发生显著改变,由此可见,EPS很大程度上决定了细菌的表面性质。Extended-DLVO理论计算结果表明, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans和Leptospirillum ferrooxidans EPS缺损前后与黄铜矿作用时的总自由能分别为负值,表示三株细菌EPS缺损前后均能吸附于黄铜矿表面,EPS缺损前,Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans和Leptospirillum ferrooxidans与黄铜矿相互作用的总自由能分别为-5.81mJ/m2,-5.22mJ/m2和-7.80mJ/m2,而EPS缺损后,Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans和Leptospirillum ferrooxidans与黄铜矿相互作用的总自由能分别为-1.94mJ/m2,-1.22mJ/m2和-3.06mJ/m2。AFM测量结果验证了Extended-DLVO计算结果,说明Extended-DLVO理论能用于计算细菌与黄铜矿间的相互作用,并预测细菌在黄铜矿表面的最初吸附行为。AFM测量结果表明,细菌对矿物表面的最初吸附力取决于细菌的表面性质,即细菌表面的疏水性、电性电量以及菌体表面的粗糙程度共同决定了细菌对矿物表面的吸附力大小;此外,EPS缺失后,细菌对矿物表面的吸附力大为减小说明,EPS在介导细菌吸附过程中起着至关重要的作用。Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans和Leptospirillum ferrooxidans在黄铜矿表面的吸附及其对黄铜矿的浸出效率研究表明,细菌在黄铜矿表面2小时内的最初吸附数量与细菌对黄铜矿的最初吸附力成正相关关系;细菌在黄铜矿表面的不可逆吸附数量与细菌对黄铜矿的浸出效率亦成正相关关系,经过21天的浸出,Acidithiobacillus ferrooxidans在矿物表面的吸附数量最多,其浸出效率最高,对矿物表面的腐蚀最严重;而Acidithiobacillus thiooxidans在矿物表面的吸附数量最少,浸出效率最低,对矿物表面的腐蚀最轻微。但细菌对矿物的永久吸附并不是总是由细菌对矿物的最初吸附力决定的,因为21天后各细菌在矿物表面的吸附数量发生了变化,因此,细菌对矿物的最初吸附力决定了细菌的最初吸附速率,而细菌对矿物的永久吸附则取决于细菌本身,例如对能源的偏好及利用效率,而细菌对矿物的永久吸附则决定了细菌的浸出效率。EPS对于细菌在矿物表面的吸附数量及吸附效率的影响举足轻重,当细菌表面EPS缺失后,细菌在黄铜矿表面的吸附数量较EPS缺失前显著下降。
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