甘信宏，滕 應(yīng)，牟婷婷，劉國強(qiáng)，徐 建①，駱永明

〔1.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所/ 國家環(huán)境保護(hù)土壤環(huán)境管理與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210042；2.中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，江蘇 南京 210008；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049〕

由于微生物降解具有成本低、非二次污染等特點(diǎn)，已成為農(nóng)田多環(huán)芳烴(PAHs)污染土壤修復(fù)的主要技術(shù)手段之一[1-2]。微生物修復(fù)的關(guān)鍵在于高效降解微生物的篩選與開發(fā)[3]。筆者課題組從長期重PAHs污染場(chǎng)地土壤中篩選出一株能夠以高分子多環(huán)芳烴苯并[a]芘(BaP)為唯一碳源的高效降解菌——噬氨副球菌(ParacoccusaminovoransHPD-2)，將菌株HPD-2接種到含有3.0 mg·L-1BaP的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中，5 d后BaP降解率可達(dá)89.7%，然而接種到污染土壤中，14 d降解率只有26.0%[4]。這是因?yàn)橥饧咏到馕⑸镉谕寥篮螅喹h(huán)芳烴的生物降解受到土壤組分、環(huán)境因素和營養(yǎng)條件等多種因素的制約[5]。土壤組分對(duì)微生物降解的影響已成為微生物修復(fù)污染土壤研究領(lǐng)域的核心內(nèi)容之一[6]。

作為土壤中最活躍的組分，土壤膠體構(gòu)成了土壤功能的基礎(chǔ)，其中，無機(jī)膠體構(gòu)成了土壤膠體的骨架，在土壤污染物遷移轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用。為研究不同無機(jī)膠體對(duì)微生物降解的影響，首先要了解無機(jī)膠體與降解微生物之間的界面作用機(jī)制。為此，以噬氨副球菌(ParacoccusaminovoransHPD-2，革蘭陰性菌)和性質(zhì)差異大的赤鐵礦、高嶺石和蒙脫石3種典型土壤無機(jī)膠體為研究對(duì)象，采用傳統(tǒng)物理化學(xué)和微生物學(xué)方法，綜合運(yùn)用比表面儀、Zeta電位儀、動(dòng)態(tài)光散射儀、X射線衍射、接觸角儀和紅外光譜等儀器，在系統(tǒng)表征菌株HPD-2細(xì)胞和無機(jī)礦物膠體表面性質(zhì)(比表面積、Zeta電位、疏水性和等效粒徑)的基礎(chǔ)上，通過批處理實(shí)驗(yàn)研究降解菌HPD-2細(xì)胞在不同無機(jī)礦物膠體表面的吸附特征，采用Ex-DLVO理論探究菌株HPD-2與無機(jī)礦物膠體顆粒間的吸附作用力和相互作用能，分析菌株HPD-2在不同無機(jī)礦物膠體表面吸附的主要作用力，比較菌株HPD-2細(xì)胞在不同無機(jī)礦物膠體上的吸附特征，并對(duì)其內(nèi)在機(jī)理分別進(jìn)行討論，進(jìn)而闡明菌株HPD-2細(xì)胞在無機(jī)礦物膠體表面的內(nèi)在吸附機(jī)制，為研究無機(jī)礦物對(duì)降解微生物活性和微生物在礦物表面定殖的影響機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 噬氨副球菌HPD-2的培養(yǎng)與活化

菌株HPD-2分離自江蘇省無錫市某長期受高濃度PAHs污染場(chǎng)地土壤[4]。菌株保存于中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心,保藏編號(hào)為CGMCC No. 2568[7]。將保存的菌液管放入冰盒中緩慢融化后，吸取少許菌液接種于10 mL液體LB培養(yǎng)基[8](成分為5.0 g酵母提取物、10.0 g蛋白胨和10.0 g NaCl混勻于1 L水中)中進(jìn)行復(fù)壯培養(yǎng)，培養(yǎng)12 h(避光，30 ℃，150 r·min-1)后按1∶10接入150 mL液體LB中培養(yǎng)24 h。將菌液在相對(duì)離心力(RCF)為8 000條件下離心5 min，棄去上清液，并用0.2 mol·L-1PBS緩沖液(磷酸鹽緩沖液，pH=7.4)清洗2次后懸浮于0.1 mmol·L-1KNO3溶液中，利用酶標(biāo)儀(BioTekμQuant，美國)測(cè)定細(xì)胞懸液在波長為600 nm的D600值，并將D600值調(diào)至1.0，細(xì)胞濃度約為2.8×108CFU·mL-1。

1.2 無機(jī)膠體的制備與表征

根據(jù)SCHWERTMANN等[9]的制備方法，在實(shí)驗(yàn)室中合成赤鐵礦。合成方法簡(jiǎn)要說明：在90 ℃恒溫條件下，將300 mL 1.0 mol·L-1KOH溶液緩緩滴加入500 mL含40 g Fe(NO3)3·9H2O的溶液中，轉(zhuǎn)移到密閉燒瓶?jī)?nèi)，隨后加入50 mL 1.0 mol·L-1NaHCO3溶液。經(jīng)90 ℃老化48 h后，將混合液以RCF為5 000離心20 min后棄去上清液備用。

高嶺石和蒙脫石(AR)購自上海國藥試劑有限公司。利用沉降虹吸法[10]，將制備的赤鐵礦同購買的黏土礦物中粒徑<2 μm的組分分離出來，得到粒徑<2 μm的無機(jī)膠體組分。將得到的無機(jī)膠體用超純水洗至上清液電導(dǎo)率<20 μS·cm-1，最后將沉淀用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇清洗去除少量有機(jī)物，置于110 ℃烘箱中烘干12 h后，研磨過0.15 mm孔徑篩，備用。

將得到的3種無機(jī)膠體分別用X射線衍射儀(XRD，Ultima IV，Rigaku Corporation，日本)進(jìn)行分析鑒定[11]。采用V-Sorb 2800P analyzer(Gold APP Instrument Co.，中國)對(duì)無機(jī)膠體外比表面積進(jìn)行Brunauer-Emmett-Teller(BET-N2)測(cè)定[12]。細(xì)菌比表面積測(cè)定則采用亞甲基藍(lán)吸附測(cè)定法[13]，Zeta電位(ζ, mV)和等效粒徑(De, μm)采用Zeta電位儀(ZetaPlus 90，Brookhaven Instruments Corporation，美國)在pH為7.0的0.1 mmol·L-1KNO3電解質(zhì)溶液條件下測(cè)定[14]。接觸角測(cè)量采用靜態(tài)液滴接觸角法[15]。

1.3 無機(jī)膠體對(duì)噬氨副球菌的等溫吸附實(shí)驗(yàn)

根據(jù)蔣代華[16]研究的細(xì)菌和無機(jī)膠體的等溫吸附方法進(jìn)行改進(jìn)。簡(jiǎn)要說明：將0.25～10 mL細(xì)菌懸液分別加到含有200 mg無機(jī)膠體的50 mL三角瓶中，以1 mmol·L-1KNO3溶液為背景電解質(zhì)溶液，控制pH為7.0，補(bǔ)充去離子水至總體積為20 mL。將混合體系置于搖床中，在25 ℃條件下以200 r·min-1振蕩240 min至吸附平衡。采用密度梯度離心法分離游離態(tài)和礦物結(jié)合態(tài)細(xì)菌。吸取10 mL懸液于20 mL離心管中，用5 mL移液槍小心地向管底加入5.0 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的蔗糖溶液(在離心管底形成蔗糖層)。再將離心管在RCF為3 000低速條件下離心20 min，然后小心地將游離細(xì)菌和上層清液(10 mL)轉(zhuǎn)移到潔凈離心管中(切勿擾動(dòng)或吸取底部礦物)。用旋渦振蕩儀充分分散游離菌體懸液，在600 nm波長下測(cè)定其吸光度D600值，根據(jù)“吸光度-細(xì)胞濃度”標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算游離菌濃度。細(xì)菌吸附量為細(xì)菌加入量減去游離菌量，即為單位質(zhì)量無機(jī)膠體吸附菌體的鮮重，單位為mg·kg-1。將加入同等體積KNO3背景電解質(zhì)溶液(0.25～10 mL)代替菌液作為對(duì)照。

1.4 傅里葉紅外光譜與場(chǎng)發(fā)射電子掃描顯微鏡

將1.3節(jié)等溫吸附實(shí)驗(yàn)中離心得到的沉淀冷凍干燥后，采用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR，Thermo Nicolet Company，美國)進(jìn)行分析[17]，采用OMNIC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。利用場(chǎng)發(fā)射電子掃描顯微鏡(FE-SEM)觀察細(xì)菌在無機(jī)膠體上的分布及形貌。將無機(jī)膠體(200 mg)與2 mL細(xì)胞懸液(D600=1)在pH為7.0的0.1 mmol·L-1KNO3溶液(體系最終體積為20 mL)中振蕩240 min(避光，150 r·min-1，25 ℃)。然后將樣品離心分離，用0.1 mmol·L-1KNO3溶液洗2次，利用體積分?jǐn)?shù)為2.5%戊二醛溶液進(jìn)行固定2 h以上，然后用0.1 mmol·L-1KNO3進(jìn)行清洗，再分別用體積分?jǐn)?shù)為30%、50%、75%和100%的乙醇清洗，最后將樣品固定在硅晶片上脫水。經(jīng)冷凍干燥后，利用場(chǎng)發(fā)射電子掃描顯微鏡(FE-SEM)觀察細(xì)菌在無機(jī)膠體上的分布及其形貌[18]。

1.5 擴(kuò)展DLVO理論

DLVO理論是一種關(guān)于膠體穩(wěn)定性的理論，是帶電膠體溶液理論的經(jīng)典描述分析。在經(jīng)典DLVO理論的基礎(chǔ)上，VAN OSS[19]提出了擴(kuò)展DLVO(Ex-DLVO)理論，即總位能(GTot)等于范德華力(GLW)、疏水作用力(GAB)和靜電力(GEL)等作用力之和[20]，計(jì)算公式為

GTot(d)=GLW(d)+GEL(d)+GAB(d)。

(1)

式(1)中，G為作用能，J；d為兩粒子間距，nm。

各作用力計(jì)算公式[21-22]為

(2)

(3)

(4)

式(2)～(4)中，1表示細(xì)菌，2表示無機(jī)膠體顆粒，w表示水；r1為細(xì)菌等效粒徑，m；λ為水衰減長度，通常為0.5 nm；d0為最小平衡距離，為0.157 nm；ε為水的介電常數(shù)，為6.96×10-10V-2·m-1；A1w2為水中細(xì)菌與無機(jī)膠體的聯(lián)合Hamaker常數(shù)，J；ΔGAB(d0)為細(xì)菌礦物間距最小(d0)時(shí)的Lewis酸堿作用能，J·m-2；ψ01和ψ02分別為細(xì)菌和無機(jī)膠體表面電位，V；κ為Debye長度的倒數(shù)，m-1。

A1w2由表面張力參數(shù)中的范德華力組分計(jì)算得到，其計(jì)算公式[22]為

(5)

ΔGAB(d0)計(jì)算公式為

(6)

式(5)～(6)中，γ為無機(jī)膠體表面張力參數(shù)，其中，γ+和γ-分別為電子受體和供體組分的表面張力參數(shù)。

ψ01和ψ02計(jì)算公式為

(7)

式(7)中，ζ為顆粒的Zeta電位，mV；r為相互作用的粒子半徑，m；z為膠體表面到滑動(dòng)面間的距離，取0.5 nm[22]。κ與溶液離子強(qiáng)度有關(guān)[23]，計(jì)算公式[24]為

(8)

式(8)中，kB為波爾茲曼常數(shù)，取3.81×10-23J·K-1；T為溫度，取298 K；e為電子電量，取1.602×10-19C；NA為阿伏伽德羅常數(shù)，6.02×1023mol-l；I為離子強(qiáng)度，mol·m-3。

γ2+和γ2-一般通過測(cè)定固體(無機(jī)膠體)與3種供試液體的接觸角求解得到[25]。該研究供試液體為水(H2O)、甲酰胺(CH3NO)和二碘甲烷(CH2I2)，分別測(cè)得相應(yīng)接觸角，進(jìn)而求得固體(無機(jī)膠體)表面張力參數(shù)。參照MICHALSKI等[26]的研究，3種液體表面張力參數(shù)見表1。

表1 測(cè)定接觸角的供試液體表面張力參數(shù)

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2011軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與表格制作；采用Origin 8.5軟件進(jìn)行圖件繪制；采用SPSS 15軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行LSD差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 無機(jī)膠體與噬氨副球菌的特性表征

選取高嶺石、蒙脫石和赤鐵礦3種無機(jī)膠體XRD圖譜中3個(gè)特有衍射峰，將測(cè)得的衍射數(shù)據(jù)與國際衍射數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到理論上為100%無機(jī)膠體組分。菌株HPD-2和3種無機(jī)膠體的等效粒徑(De)、外比表面積(SESA)、Zeta電位和不同液體接觸角結(jié)果見表2。

表2 無機(jī)膠體和菌株HPD-2細(xì)菌的特征

由表2可知，赤鐵礦粒徑最小，高嶺石次之；相應(yīng)地，赤鐵礦比表面積最大。而蒙脫石比表面積大于高嶺石，這可能與這兩種黏土礦物的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在Zeta電位方面，赤鐵礦表面帶正電，而高嶺石與蒙脫石表面帶負(fù)電荷，且高嶺石電負(fù)性高于蒙脫石。由于噬氨副球菌為革蘭陰性菌，其細(xì)胞表面含有大量羥基、羧基等官能團(tuán)，使得菌株HPD-2表面也帶負(fù)電荷[27]。界面與水的接觸角越大，表明疏水性越強(qiáng)，通過接觸角的比較得到疏水強(qiáng)弱的順序?yàn)榫闔PD-2>蒙脫石>高嶺石>赤鐵礦。

2.2 噬氨副球菌菌株HPD-2的吸附等溫線

根據(jù)240 min后上清液中細(xì)胞平衡濃度(CE)，采用差減法計(jì)算得到無機(jī)膠體吸附菌量(Q)，并以CE為橫坐標(biāo)，以Q為縱坐標(biāo)繪制等溫吸附散點(diǎn)圖。采用3種經(jīng)典吸附模型對(duì)得到的散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得到相關(guān)參數(shù)(表3)。

表3 3種無機(jī)膠體對(duì)菌株HPD-2的吸附等溫線參數(shù)

由表3可知，采用Freundlich和線性方程擬合得到的決定系數(shù)R2均非常小，表明兩類吸附模型不適用于該吸附過程。而對(duì)于Langmuir吸附模型，3種無機(jī)膠體吸附常數(shù)k由大到小排序?yàn)槌噼F礦>>高嶺石>蒙脫石。結(jié)合表2各樣品性質(zhì)來看，推測(cè)可能是由于各膠體電負(fù)性和表面疏水性差異造成的，且表面電荷起主導(dǎo)作用，使得膠體與菌株相互結(jié)合的作用力不一樣，進(jìn)而表現(xiàn)出不同的吸附強(qiáng)度。比較3種模型R2發(fā)現(xiàn)，3種無機(jī)膠體Langmuir方程R2均高于Freundlich方程和線性方程，且均大于0.86，由此可見，礦物對(duì)菌株的吸附比較符合Langmuir模型。進(jìn)而采用Langmuir方程分別擬合各種無機(jī)膠體對(duì)菌株HPD-2的吸附等溫線(圖1)。

Q為無機(jī)膠體吸附菌量，CE為細(xì)胞平衡濃度。

擬合后，3種無機(jī)膠體對(duì)菌株理論最大吸附量(Qm)由大到小依次為赤鐵礦>>蒙脫石>高嶺石。這可能是由于赤鐵礦表面帶正電，能與帶負(fù)電的細(xì)菌異電相吸，且赤鐵礦比表面積也大于其他2種黏土礦物，有更多吸附位點(diǎn)暴露給菌株HPD-2細(xì)胞。同理，由于比表面積的差異，蒙脫石吸附菌量高于高嶺石。

2.3 無機(jī)膠體與噬氨副球菌HPD-2之間的作用力

根據(jù)Ex-DLVO理論計(jì)算得到單個(gè)菌株與單個(gè)礦物膠體之間的總相互作用能(GTot)隨顆粒間距的變化(圖2)。由圖2可知，當(dāng)顆粒間距d>50 nm時(shí)，兩粒子之間的相互作用能幾乎為0，當(dāng)d不斷減小時(shí)，赤鐵礦GTot出現(xiàn)負(fù)值，表明赤鐵礦對(duì)菌株HPD-2菌具有吸引力。而高嶺石和蒙脫石GTot為正值，即對(duì)菌株HPD-2細(xì)胞表現(xiàn)為斥力；當(dāng)d減小為約4 nm時(shí)，兩粒子間作用能達(dá)到最大值，即能障值[28]；當(dāng)d繼續(xù)減小時(shí)，斥力隨之驟然減少，當(dāng)d小于約1 nm時(shí)表現(xiàn)為引力。赤鐵礦對(duì)菌株HPD-2菌的吸附是自發(fā)的，而高嶺石和蒙脫石則必須跨越能障才能與菌株HPD-2菌產(chǎn)生吸附，且高嶺石需要跨越的能障值大于蒙脫石。上述結(jié)果很好地解釋了圖1中3種無機(jī)膠體等溫吸附的差異。

圖2 利用Ex-DLVO理論求得的無機(jī)膠體對(duì)菌株HPD-2的總相互作用能

菌株HPD-2細(xì)胞與3種無機(jī)膠體的相互作用能見圖3。

圖3 基于Ex-DLVO理論的無機(jī)膠體對(duì)菌株HPD-2的各類相互作用能

由圖3可知，細(xì)胞與黏土礦物(高嶺石和蒙脫石)之間的能障主要由靜電斥力決定，而間距很小時(shí)的極小能則主要取決于疏水作用力。這是由于在供試溶液條件下，靜電力和疏水作用力的作用范圍不一樣，前者為長程作用力(0～50 nm)，而后者只在間距很小(0～5 nm)時(shí)才發(fā)揮作用。范德華力帶來的作用能始終為負(fù)值，對(duì)于吸附是有利的，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于靜電力和酸堿作用力帶來的作用。蒙脫石和高嶺石只有跨越能障才能與菌株HPD-2細(xì)胞發(fā)生相互吸附，且高嶺石的能障值大于蒙脫石，這是由于不同無機(jī)膠體靜電力不同造成的，蒙脫石表面電位負(fù)電性小于高嶺石，進(jìn)而靜電斥力小于高嶺石。當(dāng)兩粒子間距d<5 nm時(shí)，疏水作用力逐漸發(fā)揮主導(dǎo)作用，使得兩粒子間斥力不斷減小，甚至在d為1 nm時(shí)表現(xiàn)為引力。赤鐵礦與菌株HPD-2菌發(fā)生吸附時(shí)沒有產(chǎn)生能障，是一種自發(fā)行為。但當(dāng)d<1 nm時(shí)，由于酸堿作用力，赤鐵礦與菌株HPD-2細(xì)胞表現(xiàn)出相斥作用，這可能是由于赤鐵礦表面親水基團(tuán)使得赤鐵礦表現(xiàn)為親水性，進(jìn)而赤鐵礦與菌株HPD-2細(xì)胞近距離接觸時(shí)表現(xiàn)出排斥作用。

2.4 無機(jī)膠體對(duì)噬氨副球菌HPD-2吸附作用機(jī)制

根據(jù)等溫吸附和DLVO理論計(jì)算得到，3種礦物對(duì)菌株HPD-2細(xì)胞的吸附強(qiáng)度由高到低依次為赤鐵礦>蒙脫石>高嶺石。選取高嶺石、蒙脫石和赤鐵礦分別與菌株HPD-2細(xì)胞作用240 min后的樣品，經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為2.5%的戊二醛固定并冷凍干燥后，采用FE-SEM進(jìn)行觀察(圖4)。

A為高嶺石，B為蒙脫石，C為赤鐵礦。

由圖4可知，赤鐵礦顆粒粒徑最小，此與粒徑測(cè)定結(jié)果一致，高嶺石則呈現(xiàn)出其特有的片層結(jié)構(gòu)，蒙脫石在吸水膨脹后結(jié)晶程度減弱。在相同視野中，可以看到赤鐵礦對(duì)菌株HPD-2的吸附量大于蒙脫石，蒙脫石大于高嶺石。高嶺石對(duì)菌株HPD-2的吸附面較小，細(xì)菌表面大部分裸露出來；而赤鐵礦則緊緊包裹菌株HPD-2細(xì)胞，菌株只有很小一部分表面裸露；對(duì)于蒙脫石，細(xì)菌可吸附在大的顆粒表面，且細(xì)菌與顆粒的接觸面積大于高嶺石。綜上，赤鐵礦顆粒與菌株HPD-2細(xì)胞的接觸面積遠(yuǎn)大于蒙脫石，蒙脫石則大于高嶺石。

由圖5可知，蒙脫石的最強(qiáng)吸收來自1 087 cm-1處Si—O非面內(nèi)伸縮振動(dòng)和1 032 cm-1處Si—O面內(nèi)伸縮振動(dòng)，3 340 cm-1處表面羥基O—H彎曲振動(dòng)和1 635 cm-1處O—H彎曲振動(dòng)等水的特征峰吸收也比較強(qiáng)；除此以外，還包括911 cm-1處Al—Al—OH彎曲振動(dòng)、837 cm-1處Al—Mg—OH彎曲振動(dòng)和837 cm-1處Si—O面外彎曲振動(dòng)等蒙脫石的特征吸收峰。與高嶺石類似，蒙脫石吸附菌株HPD-2細(xì)胞后，細(xì)菌表面酰胺Ⅰ基由1 635 cm-1紅移到1 631 cm-1處，以及在1 010 cm-1處出現(xiàn)酰胺Ⅱ吸收峰。與高嶺石一樣，蒙脫石與菌株HPD-2細(xì)胞的作用主要為細(xì)胞表面蛋白作用。

圖5 無機(jī)膠體與菌株HPD-2相互作用的FTIR圖譜

從赤鐵礦紅外光譜可以看到，赤鐵礦基團(tuán)在水中時(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單，3 279 cm-1處伸縮振動(dòng)吸收被強(qiáng)且寬的水吸收峰所掩蓋，1 645 cm-1處亦出現(xiàn)水羥基彎曲振動(dòng)吸收。赤鐵礦中Fe—O位于3 193 cm-1處的伸縮振動(dòng)吸收被強(qiáng)且寬的水吸收峰所掩蓋，1 640 cm-1處亦出現(xiàn)水羥基的彎曲振動(dòng)吸收，888和790 cm-1處尖銳吸收峰分別來自表面Fe—O面內(nèi)和面外的彎曲振動(dòng)。對(duì)于赤鐵礦吸附菌株HPD-2后的紅外光譜，除1 645和1 642 cm-12處酰胺基振動(dòng)發(fā)生變化外，還監(jiān)測(cè)到增加的1 372 cm-1處—COOH振動(dòng)和1 068 cm-1處PO2—較強(qiáng)吸收峰，說明除了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化參與作用外，還有較強(qiáng)的P—OFe化學(xué)鍵的參與[31]。相較于高嶺石和蒙脫石而言，赤鐵礦與菌株HPD-2形成了作用能遠(yuǎn)強(qiáng)于其他膠體的化學(xué)鍵。菌株HPD-2細(xì)胞在蒙脫石和高嶺石上的膠粒屬于松散吸附，而在赤鐵礦膠粒上的吸附屬于緊密吸附，該結(jié)果再一次驗(yàn)證了前文中赤鐵礦與菌株HPD-2菌的相互作用遠(yuǎn)高于高嶺石和蒙脫石的結(jié)論。

3 結(jié)論

(1)相較于黏土礦物(高嶺石和蒙脫石)，赤鐵礦對(duì)菌株HPD-2細(xì)胞的吸附能力更強(qiáng)，理論最大吸附量可以達(dá)到1 800 mg·g-1，且3者等溫吸附均較好地符合Langmuir模型(R2均在0.86以上)。

(2)EX-DLVO理論說明赤鐵礦對(duì)菌株HPD-2細(xì)胞的吸附不需要突破能障，是自發(fā)的過程，在顆粒間距d>3.6 nm時(shí)主要是靜電引力產(chǎn)生作用，而當(dāng)小于這個(gè)間距時(shí)，疏水作用力迅速上升，表現(xiàn)出排斥的傾向。而黏土礦物需要突破一定能障才能發(fā)生吸附，高嶺石能障值大于蒙脫石。

(3)FTIR譜圖分析結(jié)果表明，除氫鍵和細(xì)胞表面蛋白作用外，赤鐵礦與菌株HPD-2發(fā)生吸附的作用力還包括作用力較強(qiáng)的P—OFe化學(xué)鍵。而高嶺石和蒙脫石對(duì)菌株HPD-2菌的作用力主要為細(xì)胞表面蛋白質(zhì)構(gòu)型的變化，相互作用較弱。