氟碳铈矿中稀土元素的微生物浸出及其机理研究

论文摘要

本论文收集我国不同稀土矿区的环境样品,从环境样品中分离获得原位环境的菌株,探究稀土矿区环境中微生物的多样性及生态功能。实验结果如下:（1）采用不同的培养基,从不同来源的稀土矿中共分离获得菌株224株,其中放线菌有164株,分属于11个目、13个科、20个属,占分离总量的73.2%。（2）分离的菌株具有较好的生态功能,具有解磷功能、耐受高浓度稀土元素、以及吸附稀土元素的功能。其次探究稀土矿区原位环境中的微生物浸出氟碳铈矿中稀土元素的效率及浸出机理。利用微生物从尾矿中浸出稀土元素是一种绿色节能方法,但目前并不清楚放线菌是否具有浸出稀土元素的能力。本课题根据初筛的实验结果,选择了稀土矿来源的2株放线菌和周围环境来源的2株放线菌,详细地探究了不同地区放线菌在不同的培养条件下浸出氟碳铈矿中稀土元素的功能。实验结果发现:（1）氟碳铈矿中主要的稀土元素是Ce和La,四株菌株都能从氟碳铈矿中浸出稀土元素。在含有氟碳铈矿的富营养培养基中,四株菌浸出稀土矿中稀土元素的能力约为56-342μg/L。在含有氟碳铈矿的寡营养培养基中,仅有链霉菌Streptomyces sp.FXJ1.172能够生长并且浸出稀土元素,总的稀土元素浸出能力达到548μg/L。（2）所有菌株对稀土元素的浸出效率较低,只有0.008-0.08%。造成低浸出率的主要原因可能是由于浸出的稀土元素又形成了新的沉淀,或者部分稀土元素又重新吸附在矿物表面。（3）在相同的pH值条件下,生物方法浸出的稀土元素的能力远高于非生物方法浸出能力。这表明pH值不是微生物方法浸出稀土元素的主要因素。（4）分析表明,四株放线菌可通过分泌有机酸、复合配体及铁离子载体等有机物浸出稀土元素。SEM-EDS实验表明,生物浸出的稀土元素能够重新吸附在细胞的表面。多种证据表明,浸出的稀土元素主要是来自于氟碳铈矿。因此,本论文的实验表明,放线菌具有选择性浸出和吸附稀土元素的能力,可从尾矿或者低品位矿中浸出稀土元素。

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中文摘要

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1.引言

1.1 研究背景及选题依据

1.1.1 我国稀土元素资源及开采污染现状

1.1.2 利用微生物萃取金属元素的方法研究

1.1.3 利用微生物萃取稀土元素的研究

1.1.4 利用解磷微生物萃取稀土元素的研究

1.1.5 微生物浸出稀土元素的机理研究

1.1.6 利用放线菌浸出金属元素的研究

1.1.7 稀土元素影响微生物的生长

1.1.8 稀土元素影响微生物群落的多样性

1.1.9 微生物吸附稀土元素的研究

1.2 研究目的

1.3 技术路线

2.牦牛坪矿区可培养的微生物多样性及生态功能的研究

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 样品信息

2.2.2 样品的采集

2.2.3 样品的理化参数分析

2.2.4 稀土环境样品的处理及菌株的分离

2.2.5 稀土矿区细菌的DNA提取及16S rRNA基因扩增

2.2.6 测序结果分析

2.2.7 分离菌株的耐受REEs能力测定

2.2.8 分离菌株解磷能力测定

2.2.9 分离菌株浸出稀土矿中REEs能力的测定

2.2.10 分离菌株吸附稀土元素能力分析

2.3 结果

2.3.1 采集的环境样品的理化参数

2.3.2 稀土矿区来源细菌的分离

2.3.3 稀土矿区来源细菌的多样性分析

2.3.4 分离菌株对REEs的耐受能力测定

2.3.5 分离菌株解磷能力分析

2.3.6 分离菌株浸出牦牛坪矿物中稀土元素初筛

2.3.7 分离菌株吸附稀土元素的能力

2.4 讨论

2.4.1 稀土矿区微生物多样性

2.4.2 分离菌株的生态学意义

2.4.2.1 稀土元素的微生物学功能

2.4.2.2 分离菌株的解磷能力

2.4.2.3 分离菌株的吸附及浸出稀土元素能力

2.5 本章小结

3.利用放线菌浸出氟碳铈矿中稀土元素及机理研究

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.2.1 浸出实验所用的矿物

3.2.2 实验所用矿物成分鉴定

3.2.3 待测菌株菌体收集及OD值测定

3.2.4 放线菌浸出氟碳铈矿中稀土元素

3.2.5 放线菌吸附及沉淀REEs元素实验

3.2.6 TOC、pH值、溶液中金属元素及REEs浓度检测

3.2.7 放线菌浸出REEs过程中产生的有机酸检测

3.2.8 放线菌浸出REEs过程中产生的铁离子载体检测

3.2.9 非生物方法浸出牦牛坪矿物中的稀土元素

3.2.10 SEM-EDS检测样品

3.2.11 数据的统计学分析

3.3 结果

3.3.1 浸出实验所用矿物的成分

3.3.2 浸出实验过程中菌株生物量及pH值变化

3.3.3 放线菌浸出REEs和其他金属元素

3.3.3.1 放线菌浸出牦牛坪矿物中REEs的能力

3.3.3.2 放线菌浸出牦牛坪矿物中其他元素的能力

3.3.3.3 放线菌的不同培养方法浸出牦牛坪矿物中REEs的能力

3.3.3.4 放线菌浸出纯氟碳铈矿中的稀土元素

3.3.4 菌株对REEs的吸附及发酵液对REEs的沉淀能力

3.3.5 放线菌浸出氟碳铈矿过程中产生的代谢产物分析

3.3.6 非生物方法浸出牦牛坪矿物的REEs

3.3.7 放线菌细胞表面富集REEs

3.4 讨论

3.4.1 放线菌浸出稀土元素

3.4.2 放线菌从稀土矿中浸出REEs的影响因素

3.4.2.1 有机酸和配体影响REEs的浸出

3.4.2.2 铁载体影响REEs的浸出

3.4.3 pH影响REEs的浸出

3.4.4 放线菌对REEs的吸附和沉淀导致低的浸出率

3.5 放线菌在稀土萃取与回收中的应用前景

3.6 本章小结

4.结论与展望

4.1 主要研究结论

4.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张利敏

导师: 董海良

关键词: 氟碳铈矿,微生物多样性,放线菌,生物浸出,稀土元素

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,矿业工程,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: X753;X172

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000106

总页数: 107

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