硫化亚铁矿物的生物合成及其对六溴环十二烷的还原脱溴研究

摘要

选用两种不同的硫酸盐还原菌(一种是嗜酸性硫酸盐还原菌Desulfosporosinus sp.,另一种是嗜中性硫酸盐还原菌Desulfomicrobium baculatum)合成了两种硫化亚铁(FeS)矿物,并采用BET、SEM、XRD、XPS对其进行表征.结果显示,嗜酸性硫酸盐还原菌合成的FeS矿物(S-FeS)比表面积为13.35 m2/g,铁硫原子比为0.91,表面活性组分FeS相对含量是63.6％;嗜中性硫酸盐还原菌合成的FeS矿物(Z-FeS)比表面积为7.64 m2/g,铁硫原子比为0.84,表面活性组分FeS相对含量为77.2％;两种FeS矿物的主要成分均为不定形FeS和结晶程度较差的四方硫铁矿.通过批处理实验,研究了这两种FeS矿物对六溴环十二烷(HBCD)的还原脱溴效果.结果显示,两种FeS体系下HBCD的还原脱溴反应均遵循假一级反应动力学;反应速率常数随着FeS浓度的增加而增加,当FeS的浓度从0.3 g/L增加至1.2 g/L时,S-FeS和Z-FeS转化HBCD的反应速率常数分别从0.0049 h-1增至0.3194 h-1和0.3868 h-1;反应体系pH值(4～8)的变化极大地影响FeS对HBCD的还原脱溴效率;两种FeS均能还原转化HBCD的三种主要同分异构体,转化率大小依次为β-HBCD＞γ,-HBCD＞a-HBCD;在两种FeS反应体系中均检测出四溴环十二碳烯(C12H18Br4)、二溴环十二碳二烯(C12H18Br2)和环十二碳三烯(C12H18)等HBCD还原脱溴的中间产物(GC-MS方法鉴定),由此推测S-FeS和Z-FeS还原脱溴HBCD的途径均为逐步邻位双脱溴.以上研究结果表明,两种不同类型硫酸盐还原菌合成的FeS矿物均具有还原脱溴HBCD的能力,并且它们的还原脱溴的能力和机制差异不大.