电化学红外光谱解析五氯酚的阴极微生物还原脱氯机制

摘要：

通过构建基于恒电位(0,-200,-500,-800 mV vs.SCE)的生物电化学系统,考查了污染土壤五氯酚(pentachlorophenol,PCP)脱氯效率、阴极生物膜的电子吸收能力以及电活性物质种类;借助原位电化学红外光谱和二维相关光谱手段解析了参与PCP阴极还原脱氯的氧化还原活性基团及可能的电子传递途径;通过16S rRNA基因测序技术分析了微生物群落结构对不同恒电位的响应变化.结果表明:(1)-500 mV电位刺激下的PCP微生物还原脱氯效率分别是0和-200 mV电位下的5倍以及-800 mV的1.8倍,最高生物电流(约45 μA)也高于其他电位处理(0～35 μA),说明-500 mV电位刺激下的阴极生物膜电子吸收能力和PCP还原脱氯效率明显优于其他电位处理;(2)-500 mV电位下的CV曲线中氧化还原峰位于-250和-450 mV(vs.SCE),该物质可能是参与PCP还原脱氯的主要电化学活性物质;(3)-200,-500和-800 mV电位下形成的电活性生物膜参与PCP还原脱氯,对阴极电子传递响应最迅速的主要氧化还原活性成分分别是氨基Ⅲ、细胞色素和腐殖酸,-500 mV电位下细胞色素可能介导了更高效的电子传递,从而导致PCP的微生物还原脱氯效率明显优于其他电位处理;(4)不同电位下微生物群落结构差异显著,-500 mV电位下的优势微生物为丛毛单胞菌(Comamonadaceae),可能是驱动PCP阴极还原脱氯的重要功能微生物.该研究初步解析了参与PCP阴极还原脱氯的优势微生物及重要氧化还原活性成分,为PCP的高效降解及污染环境的治理提供了理论支撑.

关键词：阴极生物膜、五氯酚、还原脱氯、电化学红外光谱、电子传递

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资助基金：广东省科学院实施创新驱动发展能力建设专项;广东省自然科学基金;福建省科技重大专项

在线出版日期：2020-04-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：1483-1494