近日，beat365資源與環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室張永奎教授課題組在微生物輔助合成催化材料方面取得重要進(jìn)展，課題組分別利用從環(huán)境中篩選獲得的錳氧化真菌和嗜酸性亞鐵硫桿菌輔助合成了生物錳氧化物和施氏礦物，并將其作為催化劑用于高級(jí)氧化技術(shù)體系中有機(jī)污染物的降解，為生物輔助合成功能材料提供了參考價(jià)值。相關(guān)研究成果分別以“Thermally treated fungal manganese oxides for bisphenol A degradation using sulfate radicals”和“Ultrasonic-enhanced Fenton-like degradation of bisphenol A using a bio-synthesized schwertmannite catalyst”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Chemical Engineering Journal》（Elsevier旗下工程技術(shù)領(lǐng)域權(quán)威期刊，2016年影響因子6.216）和《Journal of Hazardous Materials》（Elsevier旗下老牌期刊，2016年影響因子6.065）上，論文的第一作者分別為碩士研究生謝藝和博士研究生李響，通訊作者為張永奎教授和王雅博副研究員。
近年來(lái)，高級(jí)氧化技術(shù)被研究應(yīng)用于有機(jī)污染物的治理，利用一些高氧化活性的自由基可將有機(jī)污染物礦化降解。其中，基于硫酸根自由基(SO4-·)和羥基自由基(·OH)的高級(jí)氧化技術(shù)因其具有較高的氧化電勢(shì)和降解效率高而備受關(guān)注。利用非均相催化劑活化過(guò)硫酸鹽和雙氧水可產(chǎn)生(SO4-·)和(·OH)，開發(fā)合成成本低，催化活性高，穩(wěn)定性好的催化劑是實(shí)現(xiàn)其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。
該課題組利用真菌在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中產(chǎn)生的酶將正二價(jià)錳離子氧化為高價(jià)態(tài)的錳氧化物，獲得了薄層堆積狀的生物錳氧化物δ-MnO2。利用其作為催化劑活化過(guò)硫酸鹽產(chǎn)生SO4-·自由基降解雙酚A，研究發(fā)現(xiàn)400℃熱處理后的生物錳氧化物表現(xiàn)出較高的的催化活性；在優(yōu)化的條件下，可實(shí)現(xiàn)溶液中的雙酚A完全去除，溶液中的TOC去除率可達(dá)到97%。
圖1生物錳氧化物合成和雙酚A降解示意圖
此外，該課題組以鋼鐵酸洗廢水中鐵資源的回收利用為出發(fā)點(diǎn)，利用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌輔助合成了絨球狀的施式礦物(Fe8O8(OH)8-2x(SO4)x, 1 ≤ x ≤ 1.75)。得益于其無(wú)定型的特點(diǎn)、表面分布的大量納米級(jí)觸須和高比表面積，施式礦物在類芬頓催化體系中展現(xiàn)了高效降解雙酚A的能力。同時(shí)，超聲輻射的加入能夠進(jìn)一步強(qiáng)化催化過(guò)程，研究發(fā)現(xiàn)，超聲輻射主要通過(guò)空化作用、降低表觀活化能、提高鐵離子浸出和清潔催化劑表面4個(gè)方面的作用協(xié)同強(qiáng)化類芬頓反應(yīng)過(guò)程。超聲輻射的加入也提高了催化劑的重復(fù)使用效率，在5次重復(fù)使用過(guò)程中，催化劑的效率未有明顯下降。
圖2 超聲-施氏礦物類芬頓系統(tǒng)降解雙酚A的原理示意圖
自然界中，微生物因其種類豐富，較高的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化能力，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)而廣泛參與地球各種元素的循環(huán)與代謝活動(dòng)。利用環(huán)境微生物輔助合成的功能材料通常具有顯著異于傳統(tǒng)方法所制備材料的特點(diǎn)和性質(zhì)，因而越來(lái)越得到研究者的關(guān)注。資源與環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室利用課題組在環(huán)境微生物研究方面的優(yōu)勢(shì)，將繼續(xù)致力于微生物參與多功能材料的合成和應(yīng)用，開拓更多的研究方向。
本研究得到了中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的支持。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894717319381
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389417308415
資源與環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室 供稿
李天友 審核
高敏 編輯
beat365
2018年5月28日
