硅活化细菌的选育及其活化电解锰渣中硅的研究

论文摘要

电解锰渣（Electrolytic manganese residue,记为EMR,简称“锰渣”）是电解金属锰生产过程中产生的固体废弃物。据统计,每生产1吨电解MnO2就伴有7-9t的锰渣产生。锰渣的大量堆积极易造成严重的环境污染,从而限制电解锰行业的良性发展。同时电解锰渣中包含多种有益元素,通过合理手段对其进行再回收,可以使其具备经济效益,并可实现电解锰渣的减量化处理,是电解锰行业可持续发展的关键。硅作为植物生长所需的第四大营养元素,具有极大的回收价值。电解锰渣是一种含硅量较高的固体废弃物,但其中大部分以不可被植物直接吸收的SiO2的状态存在,而可以被植物吸收的硅仅为单硅酸（H4SiO4）,亦称之为活化硅（有效硅）,因此研究电解锰渣中硅的活化技术,不仅能解决有效硅资源严重不足问题,也是实现从源头对电解锰渣减量化处理的有效途径。本论文以中信大锰公司的电解锰渣为研究对象,从尾渣库周边泥土中筛选分离出具有浸硅效果的细菌,并对遗传稳定性最好及浸硅效果最佳的细菌进行鉴定。同时通过优化浸硅条件,获得最佳工艺参数,利用细菌与矿物直接和间接作用研究,初步验证细菌浸硅效果的选择性,最终选育出一株具有良好硅活化效果的菌株。为电解锰渣中硅的活化及有效利用提供理论依据。具体研究内容与结论如下:（1）硅活化细菌的选育。采用亚历山大罗夫培养基（硅酸盐细菌专性培养基）从电解锰渣库周边泥土中分离出19株硅活化细菌,通过与胶质芽孢杆菌比对形态与生理生化特性选取其中10株进行定向筛选,以产酸与胞外多糖的能力为标准选出4株优势菌株。其中,优化得出细菌的最佳生长条件为温度30℃、培养基pH=7.5、摇床转速200 r·min-1、装液量100 mL、接种量10%。并通过浸矿评价选出诱变出发菌株T-07,在紫外诱变与亚硝基胍诱变后,选出遗传稳定性最好、电解锰渣浸硅效果最理想的菌株,经鉴定为苍白杆菌。（2）细菌最优活化硅工艺参数确定。苍白杆菌在含有电解锰渣的培养基中驯化后,通过单因素实验探究培养基种类、电解锰渣的粒径大小、体系的pH值、培养时间、培养温度及摇床转速六个因素对电解锰渣中硅浸出效果的影响。结果表明,采用阿什比基质矿物盐培养基,调节矿浆浓度至10%,培养基中细菌初始浓度为107个·mL-1,电解锰渣的粒径为80目、体系pH为7.07.2、30℃时以180 rpm的转速培养20 d后,苍白杆菌的浸出液中SiO2质量浓度最高可达123.88mg·L-1。（3）细菌活化硅直接/间接作用研究。SEM分析结果表明,生物浸出作用后电解锰渣颗粒的柱状结构遭到一定程度的破坏,表面不再光滑平整,表面轮廓也很模糊并变得圆润。红外结果表明细菌作用后浸出液中含有硅酸盐类物质。XRD分析结果表明,生物浸出作用后电解锰渣的硅酸盐矿物组分均有不同程度的降低,说明苍白杆菌对不同硅酸盐矿物的溶蚀作用具有选择性。细菌与矿物直接/间接接触实验结果表明,苍白杆菌对电解锰渣中硅酸盐矿物的作用是在细菌自身生长与代谢产物的协同作用下完成的。在苍白杆菌对不同硅酸盐矿物生物浸出效果的研究中,验证了细菌浸硅效果的选择性,其中架状结构的石英难以被溶蚀,对层状结构的白云母、黑云母则具有较好的浸硅效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 电解锰渣的产生及其危害
•     1.1.1 电解锰渣的产生
•     1.1.2 电解锰渣的危害
•   1.2 电解锰渣的资源化利用
•   1.3 硅活化方法
•     1.3.1 物理化学法
•     1.3.2 生物法
•   1.4 课题来源、研究内容及选题意义
•     1.4.1 课题来源
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 研究意义
•     1.4.4 课题创新点
• 第2章 实验材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 实验菌株
•     2.1.2 实验矿样
•     2.1.3 实验培养基
•     2.1.4 主要实验仪器及试剂
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 硅活化细菌的分离筛选
•     2.2.2 硅活化细菌的生理生化特性
•     2.2.3 硅活化细菌浸矿产酸产多糖实验
•     2.2.4 硅活化细菌最佳生长条件实验
•     2.2.5 硅活化细菌浸矿实验
•     2.2.6 硅活化细菌的诱变
•     2.2.7 细菌鉴定
•     2.2.8 电解锰渣硅活化细菌浸出条件优化
•     2.2.9 细菌浸矿硅活化机理研究
• 第3章 硅活化细菌的筛选
•   3.1 样品采集与处理
•     3.1.1 样品采集
•     3.1.2 样品处理
•   3.2 分离筛选
•   3.3 细菌初筛
•     3.3.1 菌落形态
•     3.3.2 生理生化特性
•   3.4 硅活化细菌的定向筛选
•     3.4.1 菌株的产酸能力
•     3.4.2 菌株的产多糖能力和浸矿释硅能力
•   3.5 硅活化细菌的优化培养
•     3.5.1 温度对硅活化细菌生长的影响
•     3.5.2 培养基pH对硅活化细菌生长的影响
•     3.5.3 摇床转速对硅活化细菌生长的影响
•     3.5.4 摇瓶装液量对硅活化细菌生长的影响
•     3.5.5 菌悬液接种量对硅活化细菌生长的影响
•     3.5.6 硅活化细菌的浸矿评价
•   3.6 硅活化细菌的人工诱变
•     3.6.1 紫外诱变
•     3.6.2 亚硝基胍（NTG）诱变
•     3.6.3 诱变菌株遗传稳定性探究
•   3.7 硅活化菌株的16s鉴定
•   3.8 本章小结
• 第4章 苍白杆菌对电解锰渣中硅的浸出
•   4.1 苍白杆菌的驯化
•     4.1.1 电解锰渣对苍白杆菌生长的影响
•     4.1.2 电解锰渣驯化后苍白杆菌的生长
•   4.2 影响苍白杆菌对电解锰渣硅浸出的因素
•     4.2.1 电解锰渣目数的影响
•     4.2.2 体系pH值的影响
•     4.2.3 体系温度的影响
•     4.2.4 培养时间的影响
•     4.2.5 摇床转速的影响
•   4.3 苍白杆菌电解锰渣浸出效果分析
•     4.3.1 浸出效果对比
•     4.3.2 SEM结果分析
•     4.3.3 XRD结果分析
•     4.3.4 IR结果分析
•   4.4 细菌浸硅动力学分析
•   4.5 本章小结
• 第5章 苍白杆菌活化硅直接/间接作用研究
•   5.1 直接/间接接触模式下苍白杆菌与电解锰渣的相互作用
•     5.1.1 苍白杆菌的生长与代谢活性
•     5.1.2 苍白杆菌浸出电解锰渣中硅含量的变化
•     5.1.3 苍白杆菌不同时期的浸硅分析
•   5.2 电解锰渣的矿物晶体结构对苍白杆菌活化硅的影响
•     5.2.1 苍白杆菌对不同矿物中的生长
•     5.2.2 苍白杆菌浸出不同矿物中硅含量的变化
•     5.2.3 苍白杆菌浸硅后的矿样形态分析
•   5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈振兴

导师: 杜冬云,李佳

关键词: 电解锰渣,苍白杆菌,硅活化,生物浸出

来源: 中南民族大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,无机化工,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 中南民族大学

基金: 国家科技支撑计划项目菱锰矿高效综合利用及污染治理关键技术及示范(2015BAB01B00)的子课题“电解锰废渣资源化利用关键技术研究及工程示范”

分类号: X781.1;X172

总页数: 80

文件大小: 3780K

下载量: 9