一种利用电子载体快速去除六价铬污染物的方法与流程

本发明涉及一种利用电子载体快速去除六价铬污染物的方法，属于环境技术领域。

背景技术：

元素铬在地壳中的储备量十分丰富，主要以多种氧化态形式存在，在自然界中元素铬主要以三价铬和六价铬形式存在。铬被广泛应用于一系列工业生产进程中，包括金属加工、电镀、制革等^[1]。六价铬是一种剧毒、致突变和致癌物质，由于六价铬具有较高溶解度和稳定性，加上工业生产中产生的铬渣废料和含铬废水未经处理或处理不当排入环境中，容易造成水污染、土壤污染，从而危及水生生物和农作物生长，进而通过食物链或饮用水源等途径进入人体，危害人类健康，它已成为造成环境污染最严重的无机污染物之一^[2]。目前，六价铬污染物的去除方法主要有离子交换、吸附和电渗析等，然而在这些方法处理后，铬仍然保高毒性的六价铬形式，环境污染问题突出，寻求快速有效转化高毒性六价铬为低毒性的三价铬成为新的研究和应用热点。

微生物是地球生态系统中最重要的分解者，是地球生态系统中重要组成部分，利用微生物去除环境污染物已经受到广泛关注。目前，利用微生物可以有效去除水体富营养化、降低水体氨氮氮浓度、降解多环芳烃等^[3]。希瓦氏菌(shewanellaonesidensismr-1)作为一种模式异化金属还原菌，能够将多种有机物和金属氧化物作为末端电子受体，通过其独特的mtr电子传递路径，进行异化厌氧呼吸，维持自身代谢生长^[4]。这些电子受体包括六价铬、钒、硝酸盐、三甲胺氧化物和二甲基亚砜等。希瓦氏菌能够代谢六价铬等环境污染物，具有潜在的环境修复能力。电子载体又称为电子穿梭体，是一类可以充当电子介体的氧化还原活性小分子^[5]，它可以促进微生物和金属氧化物之间的电子传递，从而加速微生物胞外电子转移过程，促进微生物去除环境污染物。

同非生物法相比，利用电子载体辅助希瓦氏菌去除六价铬污染物，具有如下优势：希瓦氏菌属于兼性厌氧菌，生长环境要求低，培养简单；电子载体工作浓度低，可多次发挥电子穿梭体作用，作用时间长久，能够明显提高还原速率；cr⁶⁺还原过程中不需要外源添加辅助因子，还原物只有cr³⁺，大大降低环境污染问题，具有潜在的环境修复和应用价值。

参考文献：

1.insitutreatmentofsoilandgroundwatercontaminatedwithchromium[microform][j].2000.

2.xafeniasn,zhangy,bankscj.enhancedperformanceofhexavalentchromiumreducingcathodesinthepresenceofshewanellaoneidensismr-1andlactate[j].environmentalscience&technology,2013,47(9):4512-20.

3.吴洁,俞剑莹,陈芳.微生物对环境污染物的降解作用[j].环境污染与防治,1999(s1):83-84.

4.wenj,zhous,yuany.grapheneoxideasnanogoldcarrierforultrasensitiveelectrochemicalimmunoassayofshewanellaoneidensiswithsilverenhancementstrategy[j].biosensors&bioelectronics,2014,52(2):44.

5.watanabek,manefieldm,leem,etal.electronshuttlesinbiotechnology.[j].currentopinioninbiotechnology,2009,20(6):633.

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用电子载体快速去除六价铬污染物的方法，采用本发明可以有效快速去除六价铬污染物，从而解决了当前六价铬污染物去除速率慢和去除效果差的问题，有利于六价铬污染物的快速去除。

为实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

(1)培养希瓦氏菌至稳定期；

(2)收集菌体并重悬到反应器中；

(3)不同浓度核黄素(riboflavin，rf)去除六价铬污染物能力测定；

(4)不同ph条件下核黄素去除六价铬污染物能力测定；

(5)蒽醌-2-磺酸钠(sodiumanthraquinone-2-sulfonate，aqs)去除六价铬污染物能力测定。

本发明的有效效益是成功构建了利用电子载体快速去除六价铬污染物的方法，随着电子载体核黄素和蒽醌-2-磺酸钠的添加，六价铬的还原速率明显提高，去除率接近100％。本发明以生物法去除六价铬污染物为基础，通过添加低浓度电子载体，能够快速有效去除六价铬污染物，为污染物去除提供了新的思路和方法。

附图说明

说明书附图1为反应器装置图；

说明书附图2为不同浓度rf去除六价铬污染物分析图；

说明书附图3为不同ph条件下rf去除六价铬污染物分析图；

说明书附图4为aqs去除六价铬污染物分析图。

具体实施方法

以下通过具体的实施例来说明本发明具体实施方法，但是这些实施例不构成对本发明方式、范围和效果的限定。

一种利用电子载体快速去除六价铬污染物的方法，按以下步骤进行：

步骤1、希瓦氏菌的培养

将-80℃保藏的shewanellaonesidensismr-1在lb平板上划线，30℃过夜培养，取单菌落接入lb液体培养基中，30℃培养16-18h，1％接种量转接至新的lb培养基中，30℃振荡培养12-20h，转速为200rpm，菌株生长达到稳定期。

其中，lb液体培养基的配制为在950ml去离子水中加入胰蛋白胨(tryptone)10g、酵母提取物(yeastextract)5g、nacl10g，摇动容器直至溶质溶解。用去离子水定容至1l，121℃高压灭菌20min备用。配制固体平板培养基时，则需向液体中添加2％(w/v)琼脂，即20g/l，4℃保存。

步骤2、收集菌体并重悬到反应器中

将步骤1生长至稳定期的菌体进行收集，5000rpm离心10min，去上清，再用m9缓冲液洗涤2-3次，去上清，将洗涤后的菌体转移到100ml蓝盖瓶中重悬，使菌体初始od600为1，反应液成分为m9缓冲液、40mm乳酸钠和0.2％casaminoacids，持续匀速通入无菌高纯氮气，保持厌氧环境。

其中，m9缓冲液的配制为分别取17.8gna2hpo4·12h2o、3gkh2po4、0.5gnacl和1gnh4cl充分溶解到950ml去离子水中，用去离子水定容至1l，调节ph到7.0，121℃高压灭菌20min，4℃保存，使用时需另外向溶液中加入灭菌的1ml1mmgso4和0.1ml1mcacl2。

步骤3、不同浓度核黄素去除六价铬污染物能力测定

室温条件下通气15-30min后，向反应器中添加重铬酸钾，使溶液中cr⁶⁺浓度为2000μm，再向反应器中分别添加0，10，20，30，40，50μm的电子载体rf，分别在12h和24h时取样，采用二苯碳酰二肼分光光度法进行测定。反应24h后，剩余cr⁶⁺浓度分别为1401，1161，1049，988，824，647μm，相比于对照组，添加电子载体rf后cr⁶⁺浓度均明显降低，且随着rf的升高，其浓度越低；其还原速率分别提高到对照组的1.40倍、1.59倍、1.69倍、1.96倍、2.26倍，六价铬去除率分别为30.0％、42.0％、47.6％、50.6％、58.8％、67.7％。添加电子载体rf能够提高六价铬还原速率和有效去除率。

其中，二苯碳酰二肼分光光度法测定步骤为：分别配制50％(w/v)1,5-二苯基卡巴肼(溶剂为丙酮，现配现用)和质量分数10％浓硫酸，取0.25ml质量分数50％的1,5-二苯基卡巴肼和在0.25ml10％浓硫酸混合均匀，再取样品，稀释适量后取0.5ml加入预混液混匀，室温下反应5-10min，od540进行测定。每次实验前绘制标准曲线。

步骤4、不同ph条件下核黄素去除六价铬污染物能力测定；

预先将反应器中溶液调整至ph＝6，ph＝7和ph＝8，再按步骤2操作。室温条件下通气15-30min后，向反应器中添加重铬酸钾，使溶液中cr⁶⁺浓度为2000μm，再向反应器中添加50μm的rf，分别在12h和24h时取样，测定溶液中cr⁶⁺浓度。反应24h后，发现剩余cr⁶⁺浓度按照从小到大顺序为：cr⁶⁺(ph＝6)<cr⁶⁺(ph＝7)<cr⁶⁺(ph＝8)，其去除率分别为36.8％、45.2％和53.9％。添加电子载体rf后，cr6⁺去除速率在ph＝8条件下更快，去除能力更强。

步骤5、蒽醌-2-磺酸钠去除六价铬污染物能力测定

室温条件下通气15-30min后，向反应器中添加重铬酸钾，使溶液中cr⁶⁺浓度为1800μm，再向反应器中分别添加0，50，100μm的电子载体aqs，分别在12h、24h和72h时取样，采用二苯碳酰二肼分光光度法进行测定。反应72h后，剩余cr⁶⁺浓度分别为1382，284，34μm，对照组cr⁶⁺去除率为22.2％，添加50μm的aqs后cr⁶⁺去除率为84.2％，添加100μm的aqs后cr⁶⁺去除率为98.1％，接近100％。添加电子载体蒽醌-2-磺酸钠能够快速有效去除六价铬污染物。