混合培养中晶体磷酸铁的异化还原能力

一、实验目的1. 学习磷酸铁的合成方法。

2. 掌握固相反应法合成磷酸铁的基本原理和操作步骤。

3. 了解磷酸铁的物理性质和化学性质。

二、实验原理磷酸铁是一种重要的无机化合物，广泛应用于催化剂、颜料、玻璃、陶瓷等领域。

本实验采用固相反应法合成磷酸铁，通过将铁源与磷酸盐反应，生成磷酸铁晶体。

固相反应法是将铁源与磷酸盐混合，在一定温度下加热，使两者发生化学反应，生成磷酸铁。

反应方程式如下：\[ 3Fe + 4H_3PO_4 \rightarrow Fe_3(PO_4)_2 + 6H_2O \]三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 铁（Fe）：纯度99.99%- 磷酸（H_3PO_4）：分析纯- 硼砂（Na_2B_4O_7）：分析纯- 硅藻土：分析纯2. 实验仪器：- 电子天平- 烧杯- 烧瓶- 铁架台- 酒精灯- 玻璃棒- 玻璃漏斗- 热水浴四、实验步骤1. 称取0.5g纯铁，放入烧杯中。

2. 向烧杯中加入10mL磷酸，搅拌均匀。

3. 将烧杯置于铁架台上，用酒精灯加热至沸腾。

4. 持续加热30分钟，观察溶液颜色变化。

5. 加热完成后，将烧杯移至热水浴中，保温30分钟。

6. 将烧杯中的溶液过滤，收集滤液。

7. 向滤液中加入少量硼砂，搅拌均匀。

8. 将溶液倒入烧瓶中，置于铁架台上。

9. 将烧瓶置于酒精灯上加热，直至溶液浓缩至一定体积。

10. 将浓缩后的溶液倒入玻璃漏斗中，过滤收集固体。

11. 将收集到的固体置于干燥器中干燥，得到磷酸铁。

五、实验结果与分析1. 实验结果：- 溶液颜色由无色变为淡黄色，说明铁与磷酸发生了反应。

- 滤液经过加热浓缩后，收集到的固体为磷酸铁。

2. 分析：- 实验过程中，溶液颜色变化表明铁与磷酸发生了化学反应，生成了磷酸铁。

- 通过加热浓缩，将溶液中的水分蒸发，使磷酸铁晶体析出。

六、实验结论本实验采用固相反应法成功合成了磷酸铁，实验结果符合预期。

通过本实验，我们掌握了磷酸铁的合成方法，了解了其物理性质和化学性质，为今后相关研究奠定了基础。

磷酸铁调研报告磷酸铁调研报告一、磷酸铁的概述磷酸铁是一种重要的无机化合物，化学式为FePO4。

它是一种磷酸盐矿物，常见的有天然磷酸铁矿石。

磷酸铁以其优异的性能和广泛的应用领域，成为研究和开发的热点。

二、磷酸铁的物理性质磷酸铁是一种无色晶体，常见的晶体结构有无水合物和四水合物两种形式。

无水合物的磷酸铁具有高度的热稳定性和电化学性能，是一种重要的电极材料。

四水合物的磷酸铁在潮湿环境下，容易吸湿变成无水水和。

磷酸铁的溶解度较低，在常温下很难溶解于水。

三、磷酸铁的制备方法磷酸铁的制备方法较多，主要有化学分解法、水热合成法和溶胶-凝胶法等。

化学分解法主要是通过将铁盐和磷酸盐在适当的条件下反应得到磷酸铁。

水热合成法则是在高温高压下反应得到磷酸铁晶体。

溶胶-凝胶法则是通过将金属盐和磷酸根在溶液中均匀混合后，经过凝胶化产生固体材料，并通过热处理得到磷酸铁。

四、磷酸铁的应用领域1. 电池材料：磷酸铁作为一种优良的正极材料，具有高能量密度、长循环寿命和低成本的特点，广泛应用于锂离子电池、镍氢电池等。

2. 催化剂：磷酸铁可以作为催化剂用于有机合成反应和氧化反应，具有催化活性高、选择性好和可重复使用的优点。

3. 纳米材料：磷酸铁可通过溶胶-凝胶法、水热合成法等制备成纳米材料，具有较大比表面积和优异的光、电、磁性能，可应用于储能材料、传感器等领域。

4. 环境治理：磷酸铁在废水处理、大气污染治理等方面有着重要的应用。

它可以去除水中的重金属离子，净化环境。

五、磷酸铁的市场现状及发展趋势目前，磷酸铁在各个应用领域有着广泛的市场需求和应用前景。

随着人们对环境保护的重视和新能源领域的快速发展，磷酸铁作为一种重要的材料，在电池、催化剂、纳米材料等领域的需求将进一步增加。

同时，随着技术的不断创新和发展，磷酸铁的制备方法和性能将会得到更大的突破和提升，为磷酸铁的应用提供更多的可能性。

六、结论磷酸铁是一种重要的无机化合物，具有优异的性能和广泛的应用领域。

磷酸铁锂前驱体磷酸铁的研究进展近年来，研究人员通过不同的方法改进了磷酸铁的合成过程。

一种常用的方法是溶液法合成，其通过将亚铁盐与磷酸根在水溶液中反应得到磷酸铁。

溶液法合成的磷酸铁往往具有较小的粒径和较低的结晶度，从而降低了电化学性能。

为解决这一问题，研究人员使用了一些改进的溶液法合成策略，如溶剂热法、pH调节法和过饱和度调节法等。

这些方法能够控制晶体生长过程中的动力学与热力学条件，从而获得具有良好晶化度和分布均匀性的磷酸铁材料。

除了溶液法合成，固相法合成也是一种常用的方法。

该方法中，磷酸铁的前驱体通常是碳酸铁或硝酸铁，通过高温固相反应得到磷酸铁。

相比溶液法合成，固相法合成具有较高的晶化度和较大的粒径。

固相法合成需要较高的反应温度和较长的反应时间，且产生的磷酸铁颗粒形态不规则。

为此，研究人员在固相法合成中引入了一些改进策略，如增加碳酸铁的表面积、静电喷雾干燥以及球磨等。

这些改进方法能够提高磷酸铁的结晶度和形态均匀性，同时减少反应温度和时间。

研究人员还通过化学方法改进了磷酸铁的制备过程。

利用水热法、溶胶-凝胶法和水热辅助气相合成等方法可以得到具有较好性能的磷酸铁材料。

这些方法能够控制反应溶液的pH值、温度和反应时间等条件，从而获得具有较高的结晶度和分布均匀性的磷酸铁。

磷酸铁锂前驱体磷酸铁的研究进展取得了一定的成果。

研究人员通过改进合成方法，能够得到晶化度较高、粒径较大且均匀分布的磷酸铁材料。

这些改进策略为制备高性能的磷酸铁锂材料奠定了基础，为锂离子电池的应用提供了可能性。

磷酸铁制备过程中仍存在一些问题，如金属离子杂质、晶体缺陷和颗粒团聚等。

未来的研究应重点解决这些问题，进一步改进磷酸铁锂的合成方法，提高其性能和应用范围。

磷酸铁晶体化学摘要：一、引言二、磷酸铁晶体的结构与性质1.晶体结构2.物理性质3.化学性质三、磷酸铁晶体的制备与表征1.制备方法2.表征技术四、磷酸铁晶体在新能源领域的应用1.锂离子电池2.超级电容器3.催化剂五、磷酸铁晶体的前景与挑战1.前景展望2.存在问题与挑战六、结论正文：一、引言磷酸铁晶体作为一类重要的金属磷酸盐，以其独特的晶体结构、优良的物理和化学性质在材料科学领域受到广泛关注。

磷酸铁晶体不仅具有良好的理论研究价值，而且在新能源、环境保护等领域具有广泛的应用前景。

本文将对磷酸铁晶体的结构、性质、制备、应用以及前景进行综述。

二、磷酸铁晶体的结构与性质1.晶体结构磷酸铁晶体属于六方晶系，空间群为P63/mmc。

其晶体结构中，Fe离子位于六角环的中心，与六个磷酸根离子形成六角柱状结构。

这种结构有利于电子和离子的传输，从而提高了磷酸铁晶体的电化学性能。

2.物理性质磷酸铁晶体具有较高的熔点（约1000℃）和良好的热稳定性。

此外，磷酸铁晶体还具有良好的光学、磁学和电学性能。

3.化学性质磷酸铁晶体具有较强的酸性和碱性，可以与酸、碱和有机化合物发生反应。

在水中，磷酸铁晶体可以发生水解反应，生成氢氧化铁胶体。

此外，磷酸铁晶体还具有还原性，可以在一定条件下被还原为金属铁。

三、磷酸铁晶体的制备与表征1.制备方法磷酸铁晶体可以通过多种方法进行制备，如固相法、液相法、溶胶-凝胶法等。

不同制备方法得到的磷酸铁晶体结构和性能有所差异。

制备方法的选择需根据实际应用需求进行优化。

2.表征技术磷酸铁晶体的结构、形貌和性能可通过多种表征技术进行表征，如X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散谱（EDS）等。

这些表征技术有助于了解磷酸铁晶体的微观结构和性能，为优化制备工艺提供依据。

四、磷酸铁晶体在新能源领域的应用1.锂离子电池磷酸铁晶体作为锂离子电池的正极材料，具有较高的理论比容量（约170mAh/g）和良好的循环稳定性。

温和条件下制备掺Ti4+磷酸铁的研究骆艳华;裴晓东;何楠【摘要】为提高LiFePO4的电性能,将LiFePO4掺杂工序前置至磷酸铁的合成阶段,在磷酸铁的制备过程中添加Ti4+制备掺Ti4+磷酸铁.结果显示:Ti4+可以取代Fe3+进入磷酸铁晶格中;Ti4+掺入量的增加将会影响磷酸铁晶体的晶面间距,使得(002)晶面间距显著增大,且当Ti4+掺杂量为0.5％时,对磷酸铁晶面间距影响最大;晶面间距增大,有利于锂离子的脱嵌,磷酸铁锂的电性能增强;掺Ti4+的磷酸铁较未掺杂时,在600℃时出现了明显的晶型转变的吸热峰;掺Ti4+的磷酸铁的比表面积较未掺杂磷酸铁的比表面积显著提高,这说明掺Ti4+磷酸铁的化学活性提高,有利于提高磷酸铁锂的电性能;采用掺Ti4+磷酸铁为原料制备的磷酸铁锂,当钛含量为0.5％时,放电容量最高,即电容为0.2 C时,放电容量为160 mAh/g.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】6页(P115-120)【关键词】磷酸铁;Ti4+;电性能;掺杂【作者】骆艳华;裴晓东;何楠【作者单位】中钢集团安徽天源科技股份有限公司,安徽马鞍山243000;中钢集团安徽天源科技股份有限公司,安徽马鞍山243000;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,安徽马鞍山243000【正文语种】中文【中图分类】O614.81在推行高能量密度的当下，LiFePO4作为锂离子电池正极材料虽然在成本、安全性、热稳定性、循环寿命等方面有优势，但因电子电导率低、锂离子传输速度慢以及理论容量偏低等缺点，导致其在纯电动乘用车应用领域被三元材料替代较多。

欲在残酷的竞争中维持LiFePO4已有的市场份额并开发储能新领域，需要改进或改善合成LiFePO4的主要原料——磷酸铁的微观结构或形貌，以提高LiFePO4的电子电导率和锂离子扩散速率，最终达到提高LiFePO4的电性能的目的。

金属离子掺杂是LiFePO4掺杂改性研究的主要方向之一。

不同晶体类型磷酸铁的制备及电化学性能的研究进展
李立平;李煜乾
【期刊名称】《化工技术与开发》
【年(卷),期】2022(51)8
【摘要】本文系统介绍了不同晶体类型的FePO_(4)的制备方法,包括异磷铁锰矿FePO_(4),以及无定形、单斜和正交晶系的FePO_(4)·2H_(2)O和α-石英晶系FePO_(4),并比较了它们的电化学性能。

异磷铁锰矿只在LiFePO_(4)脱Li的过程获得。

无定形、单斜和正交晶系的FePO_(4)·2H_(2)O可由铁盐与磷盐反应得到,其中,单斜和正交晶系均可由不定形晶型转化而获得。

α-石英晶系由
FePO_(4)·2H_(2)O高温脱水制备。

电化学性能优异性的顺序为:异磷铁锰矿~无定形>正交>单斜>α-石英晶系。

用无定形FePO_(4)·2H_(2)O制备具有优异电化学性能的LiFePO_(4)材料,是一大发展趋势。

【总页数】6页(P27-32)
【作者】李立平;李煜乾
【作者单位】广东光华科技股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ138.11
【相关文献】
1.前驱体磷酸铁的制备及其对磷酸铁锂电化学性能的影响
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4.碳包覆磷
酸铁锂/石墨烯正极材料的制备及电化学性能5.三相碳改性磷酸铁锂复合材料的制备及其电化学性能研究
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磷酸铁晶体陈化现象磷酸铁是一种常见的无机化合物，其晶体结构稳定而坚硬。

然而，长时间的使用和环境的影响会导致磷酸铁晶体出现陈化现象。

磷酸铁晶体陈化是指晶体结构发生变化，导致晶体的性质和外观发生改变。

下面将从陈化的原因、表现和影响等方面进行详细介绍。

一、陈化原因磷酸铁晶体陈化的原因主要有以下几点：1. 湿度：磷酸铁晶体容易受潮，长期处于高湿度环境中会导致晶体结构中的水分子吸附和吸收，使晶体发生膨胀和破裂。

2. 温度：高温会加速磷酸铁晶体的陈化过程，导致晶体结构的热膨胀，使晶体变得脆弱易碎。

3. 光照：长时间暴露在强光下，磷酸铁晶体会发生光陈化现象，晶体颜色逐渐变淡，甚至出现变色。

4. 化学物质：一些化学物质如酸、碱等会与磷酸铁晶体发生反应，破坏晶体的结构，导致陈化现象。

二、陈化表现磷酸铁晶体陈化的表现形式多种多样，下面列举几种常见的陈化表现：1. 表面氧化：磷酸铁晶体表面出现氧化层，使晶体颜色变暗，失去原有的光泽。

2. 裂纹和断裂：长时间使用或受到外力冲击后，磷酸铁晶体容易出现裂纹和断裂现象，使晶体变得不完整。

3. 变色：磷酸铁晶体在特定的环境条件下会出现颜色的变化，从原来的透明或淡黄色变为深黄色甚至红色。

4. 变形：长时间受到温度变化或外力作用后，磷酸铁晶体可能发生变形，失去原有的结晶形态。

三、陈化的影响磷酸铁晶体陈化不仅影响晶体的外观，还会影响其物理和化学性质，具体表现如下：1. 强度下降：陈化后的磷酸铁晶体强度较低，容易发生破裂和断裂，失去原有的结构稳定性。

2. 光学性能变差：陈化使磷酸铁晶体的光学透明度下降，光泽减弱，影响其在光学仪器和光学器件中的应用。

3. 化学反应性变化：陈化的磷酸铁晶体对酸、碱等化学物质的反应性增强，容易发生化学变化，导致晶体性能的下降。

4. 可靠性下降：陈化后的磷酸铁晶体易受外界环境的影响，其使用寿命和可靠性明显下降。

针对磷酸铁晶体陈化现象，我们可以采取以下措施进行预防和保护：1. 控制环境条件：尽量避免磷酸铁晶体长时间暴露在高湿度、高温和强光的环境中，可以通过使用密封容器、保持恒温恒湿等方法进行控制。

磷酸铁污泥的生物还原释磷及其影响因素研究孙静;李咏梅【摘要】以污水处理厂化学除磷工艺产生的磷酸铁(FePO4)污泥为研究对象,在厌氧条件下,考察了铁还原细菌(IRB)还原FePO4释放磷的可行性,并探讨了不同碳源、C/Fe摩尔比、添加葸醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)对IRB利用FePO4还原释磷的影响.研究结果表明,通过驯化可从普通活性污泥富集IRB,且利用IRB可对难溶性沉淀FePO4进行生物还原.IRB能够利用葡萄糖、乙酸钠及丙酸钠作为唯一电子供体,使FePO4发生异化还原,产生Fe(Ⅱ)并释放磷酸盐,且泥水混合液中Fe(Ⅱ)累积量与上清液中磷累积量变化趋势一致.在等摩尔碳量前提下,葡萄糖为碳源时释磷率可达51.6％,比乙酸钠和丙酸钠分别高13.8％和20.3％;以葡萄糖为碳源,C/Fe摩尔比为5∶1时释磷率最大;添加电子穿梭体AQDS可使FePO4污泥释磷率提高12.6％.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2015(035)008【总页数】8页(P2409-2416)【关键词】磷酸铁;释磷;铁还原细菌;碳源;AQDS【作者】孙静;李咏梅【作者单位】同济大学环境科学与工程学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;同济大学环境科学与工程学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X703水体中磷含量过高能刺激藻类和其他一些光合微生物的生长,从而引起富营养化［1］,很多国家对排入地表水体的磷都有严格的控制.目前污水处理厂单纯生物除磷工艺较难达标,大多数情况下需结合辅助化学除磷,铁盐是化学除磷过程中常加的药剂,会和磷酸盐生成磷酸铁（FePO4）沉淀,从而从水中去除磷.本课题组前期对污水厂污泥中磷形态的研究表明,无机磷（FePO4和 AlPO4等）是污泥中磷的主要存在形态,占总磷的 50～70%［2］.通常生物活性污泥厌氧消化释放磷容易实现,但该过程中化学磷不容易释出,导致无机磷难以回收.若采用合适的技术使这些无机磷释放出来,后续则有利于以磷酸钙、鸟粪石等可利用产品的形式回收磷［3-4］,促进磷资源的可持续利用.因此,深入研究如何将FePO4沉淀中的磷最大程度释放,是实现无机磷回收的前提.Ge等［5］研究铁盐对厌氧消化的影响时发现,铁盐除磷产生的 FePO4在厌氧消化过程中能与硫离子形成沉淀,减少 H2S的产生,同时释放磷.张丽丽等［6］研究发现,对含 FePO4的混合污泥进行厌氧发酵,中性条件下能释放出生物污泥中50%的磷和FePO4中40%的磷.微生物异化Fe（Ⅲ）还原是一个重要的生物化学过程.该过程使有机或无机的电子供体以 Fe（Ⅲ）作为终端电子受体而被氧化,将难溶的三价铁氧化物还原成可溶解性的Fe（Ⅱ）, 并从中获取能量,促进微生物生长、繁殖及酶的合成［7］.异化 Fe（Ⅲ）还原微生物即铁还原细菌（IRB）是活性污泥的重要组成部分,可占活性污泥微生物总量的3%左右［8］.腐殖质是沉积在环境中含量丰富且稳定存在的一类复杂有机物.研究发现,腐殖质可以起电子穿梭体的作用,促进Fe（Ⅲ）氧化物的还原［9］.蒽醌类磺酸盐是腐殖质的类似物,能作为电子穿梭体,使得电子在微生物与金属氧化物之间发生高效的传递,从而促进异化铁还原过程.若能在活性污泥中富集到一定量的铁还原细菌,利用铁还原细菌将难溶性沉淀FePO4中Fe（Ⅲ）还原成Fe（Ⅱ）, 则可将磷释放出来,进而达到剩余污泥中化学磷回收的目的.本研究以活性污泥为菌源对铁还原细菌进行驯化培养,考察不同碳源、不同C/Fe摩尔比以及添加AQDS（蒽醌-2,6-二磺酸盐）对IRB利用磷酸铁还原释磷的影响,从而为从磷酸铁中释放磷提供新思路,以期更好地实现剩余污泥磷回收.1.1 含铁还原细菌污泥的驯化实验室采用间歇式厌氧反应器,利用Fe（OH）3悬液对铁还原细菌进行驯化培养.接种污泥取自上海曲阳污水厂二沉池污泥,反应体系内接种污泥量为 4570mg/L.反应器有效容积为4L,每天运行3个周期,每个周期 8h.一个运行周期分进料（10min）、厌氧反应（330min）、沉淀（120min）、排水（10min）和闲置（10min） 5个阶段.HRT为 22.9h,温度控制在（35±1）.℃试验用Fe（OH）3悬液（含铁量为5.188g/L）人工配制［10］.在IRB驯化培养过程中,采用乙酸钠提供微生物生长所需的碳源,COD为400mg/L；氮源选用NH4Cl,浓度为60mg/L；磷源选用 5mmol/L磷酸缓冲液（KH2PO4与K2HPO4的摩尔比为0.581）；并补充一定的微量元素.该反应器已稳定运行 90d,污泥具有较高的微生物活性,污泥浓度为 4200～4800mg/L,VSS/SS值为0.46～0.58,pH 7.6～7.8.1.2 不同碳源对铁还原细菌利用FePO4释磷的影响试验在600mL血清瓶中进行,接种驯化污泥300mL,并加入一定量的 FePO4使其浓度为6mmol/L,混合均匀.依据等摩尔碳量原则,分别添加易于被微生物利用的3种碳源（葡萄糖、乙酸钠、丙酸钠）,使其含碳量为 30mmol/L,最后补充去离子水至有效容积450mL.同时分别设置灭菌的驯化污泥（用15%（V/V）的乙醇浸泡隔夜［11］）、不加碳源、不加 FePO4沉淀的生物污泥作为对照.每次取样结束后氮吹2min并用橡胶塞密封,维持厌氧环境.每组试验设置 2个平行.试验在（35±1）℃的恒温摇床中进行,控制转速为 120r/ min.污泥中FePO4释磷率计算公式如下：其中：PW为添加FePO4污泥上清液中的PO43--P浓度,mg/L；PN为不添加FePO4污泥上清液中的PO43--P浓度,mg/L；PS为污泥中初始添加的FePO4含磷量（以P计）,mg/L.1.3 不同C/Fe摩尔比对铁还原细菌利用FePO4释磷的影响选取葡萄糖为碳源,进一步研究C/Fe摩尔比为2.5：1、5：1、10：1和20：1时FePO4中磷的释放情况.向600mL的血清瓶中加入300mL驯化污泥,加入FePO4使其浓度为6mmol/L.添加葡萄糖使含碳量分别为 15,30,60,120mmol/L,最后补充去离子水至有效容积450mL.每次取样结束后氮吹2min并用橡胶塞密封,维持厌氧环境.每组试验设置2个平行.实验条件同1.2.1.4 添加AQDS对铁还原细菌利用FePO4释磷的影响向600mL的血清瓶中加入300mL驯化污泥,加入FePO4使其浓度为6mmol/L,添加葡萄糖使含碳量为30mmol/L,添加AQDS浓度为1mmol/L,同时设置不添加AQDS的血清瓶作为对照,最后补充去离子水至有效容积450mL.每次取样结束后氮吹 2min并用橡胶塞密封,维持厌氧环境.每组试验设置2个平行.实验条件同1.2.1.5 分析测试方法高通量测序文库的构建和基于 Illumina MiSeq平台的测序由GENEWIZ公司完成.使用Qubit 2.0Fluorometer （Invitrogen, Carlsbad, CA）检测DNA样品的浓度,并使用0.8%琼脂凝胶电泳检测DNA的完整性.使用MetaVx™文库构建试剂盒（GENEWIZ, Inc., South Plainfield, NJ, USA）构建测序文库.在Illuminabasespace云端计算平台进行初始分类分析.COD、PO43--P和Fe（Ⅱ）的测定均采用标准法［12］.SCOD采用重铬酸钾法测定,上清液中PO43--P采用钼锑抗分光光度法,Fe（Ⅱ）采用邻菲罗啉分光光度法.挥发性脂肪酸（VFA）采用气相色谱仪（Agilent GC6890N）测定［6］.Fe （Ⅱ）测定采样时,摇匀样品,迅速吸取1mL并置于含4mL浓度为 0.5mol/L 盐酸溶液中浸提,于30℃下静置浸提 24h后,用0.45μm 滤膜过滤,测滤液中Fe（Ⅱ）［13］.2.1 铁还原细菌的驯化培养反应器稳定运行90d后典型周期内pH值、Fe（Ⅱ）的变化情况如图 1所示.体系pH值在7.6～7.9范围波动,Fe（Ⅱ）浓度随运行时间的延长逐渐升高,说明反应器内铁还原微生物被富集,表现出较好的铁还原能力.为了进一步说明驯化污泥中铁还原细菌的富集,对驯化前污泥（初始污泥）和驯化培养 90d后污泥（驯化污泥）进行了高通量测序研究.图 2（a）为门分类水平上的微生物群落组成.初始污泥经驯化培养后,菌群结构发生了显著变化.文献［14］提到细菌域中的8个门Thermotogae（栖热袍菌门）、Thermodesulfobacteria（热脱硫杆菌门）、Deinococcus-Thermus（异常球菌-栖热菌门）、Deferribacteres（铁还原杆菌门）、Proteobacteria（变形杆菌门）、Firmicutes（厚壁菌门）、Actinobacteria（放线菌门）、Acidobacteria （酸杆菌门）下的13个纲22个目中均有铁还原微生物的分布.根据测序结果显示,最佳的分类水平为目,样品主要分属于细菌的16个目,图2（b）列出了样品在目水平上的前10种主要组成菌.初始污泥主要由Sphingobacteriales （鞘脂杆菌目）、Rhodocyclales（红环菌目）、Xanthomonadales（黄色单胞菌目）和Bacteroidales（拟杆菌目）组成.其中以Rhodocyclus（红环菌属）、Pseudoxanthomonas（假黄色单胞菌属）、Thermomonas（热单胞菌属）、Bacteroides（拟杆菌属）为主.经驯化培养后, 由 Desulfuromonadales （脱硫单胞菌目）、Bacteroidales（拟杆菌目）、Deferribacterales（脱铁杆菌目）、Rhizobiales（根瘤菌目）组成的菌群成为驯化污泥的主要菌群.主要含有Deferribacter（脱铁杆菌属）、Desulfobacter（脱硫杆菌属）、Desulfuromonas（除硫单胞菌属）、Desulfovibrio（脱硫弧菌属）等.除Deferribacterales（脱铁杆菌目）外,污泥中Desulfuromonadales（脱硫单胞菌目）、Desulfobacterales（脱硫杆菌目）也有 Fe（Ⅲ）还原微生物的分布［15-16］.可见,与初始污泥相比,驯化污泥中富集到了一定量的铁还原细菌.2.2 不同碳源对铁还原细菌利用FePO4释磷的影响图3（a）是不同外加碳源条件下FePO4的释磷情况.由于驯化污泥本身含有一定数量的Fe（OH）3悬液和磷酸盐缓冲液,所以 PO43-和Fe（Ⅱ）的值为添加FePO4后测定的磷量和铁量减去不添加FePO4测定的磷量和铁量.从图3可知,由于灭菌的对照组中无微生物参与,体系上清液PO43-和泥水混合液 Fe（Ⅱ）浓度基本保持不变,这说明其他体系中PO43-和Fe（Ⅱ）的变化是由IRB的作用引起,故难溶性沉淀FePO4具有一定的可生物还原性.等摩尔碳量前提下,不同碳源对IRB 异化还原 FePO4有着不同的影响.乙酸钠为碳源时,开始迅速释磷达到最大值70.35mg/L后维持不变,释磷率为37.8%.以葡萄糖为碳源在2d后释磷量高于乙酸钠,最高达 96.04mg/L,释磷率为51.6%.以丙酸钠为碳源对释磷有一定的促进,但低于乙酸钠.图4为含FePO4污泥厌氧还原过程上清液中SCOD浓度的变化.反应第6d,乙酸钠和葡萄糖为碳源时,SCOD浓度由初始浓度 1400mg/L下降为 99,130mg/L,而丙酸钠为碳源时 SCOD浓度降为832mg/L.可见乙酸钠和葡萄糖为相对容易被IRB利用的电子供体,而其中乙酸钠的利用速率最快.第 10d后,PO43-和 Fe（Ⅱ）浓度趋于稳定,SCOD浓度有上升的趋势.这是由于SCOD的利用量减小,而厌氧环境可导致污泥中溶解性有机物的释出,因此 SCOD量有所上升.不同的铁还原微生物可能具有不同的碳源利用特征.Coates等［17］研究发现了一种以乙酸盐为唯一电子供体的铁还原菌.孙宏飞等［18］研究了不同碳源对水稻土中磷酸铁微生物还原的影响,相同浓度时利用丙酮酸盐的 Fe（Ⅲ）还原反应速率最大,利用乙酸盐的Fe（Ⅲ）还原速率小于丙酮酸盐,但显著大于以葡萄糖为碳源的对照组,说明在混合培养中 Fe（Ⅲ）还原微生物对碳源的利用是具有选择性的.Dassonville等［19］报道在厌氧水稻土培养期间,外源葡萄糖发酵后才可能被硫酸盐还原菌利用.本研究中以葡萄糖为碳源时第 1d释磷量小于以乙酸钠为碳源的释磷量,但在 2d后释磷量超过乙酸钠为碳源的释磷量,这可能是驯化污泥中的IRB以葡萄糖的发酵产物如乙酸、甲酸和氢气等作为铁还原细菌代谢利用的电子供体,导致释磷速率更快的原因.从图 5可以看出,以葡萄糖为碳源产生的全部是乙酸,并且乙酸生成量多于以乙酸钠为碳源情况,乙酸钠为碳源时还转化生成一定量的丙酸和正丁酸,并且丙酸和正丁酸几乎没有被IRB利用,而丙酸钠为碳源时上清液产生大量的丙酸,并且丙酸也不容易被利用.图5的结果证明了IRB以葡萄糖的发酵产物为电子供体的推论.丙酸不容易被IRB利用,故丙酸钠为碳源对IRB利用FePO4释磷的促进作用最不显著. 图3（b）中Fe（Ⅱ）浓度的变化趋势与PO43-趋势相同,并且从数值上Fe（Ⅱ）：P基本符合摩尔比为1：1的理论衡算值,进一步说明由于FePO4中Fe（Ⅲ）不断还原为Fe（Ⅱ）使得体系上清液中的磷不断累积.FePO4被还原后释放的部分磷酸盐可能与还原生成的Fe（Ⅱ）结合成蓝铁矿［Fe3（PO4）2·8H2O］［20］.Hossain等［21］认为 pH 6～8最有利于蓝铁矿的生成,并且通过菌株GS-15的作用可以去除12～14mmol/L的磷. Tistleton等［22］研究发现,三价铁盐形成的化合物比亚铁盐形成的化合物更难溶.由实验结果可知,本实验中释出的大部分磷仍然积累在上清液中,没有全部再次沉淀,采用本方法在选择适当的固液分离手段后,可实现对化学磷资源的回收.2.3 不同C/Fe摩尔比对铁还原细菌利用FePO4释磷的影响由于葡萄糖为碳源时释磷率最大,故选取葡萄糖为碳源,进一步研究C/Fe摩尔比对FePO4污泥中磷释放的影响.图6（a）为不同C/Fe摩尔比条件下污泥厌氧还原过程上清液中SCOD的变化. C/Fe摩尔比为20：1时起始SCOD浓度最高,为5400mg/L,C/Fe摩尔比为10：1时起始SCOD浓度为2800mg/L.不同系列中SCOD浓度随时间延长逐渐降低,说明其作为电子供体被IRB利用.从图7（a）污泥释磷曲线可以看出,不同C/Fe摩尔比条件反应体系上清液中磷的累积浓度不同.C/Fe摩尔比为 2.5：1时,磷的累积浓度达77.58mg/L,释磷率为41.7%.C/Fe摩尔比为5：1时,磷的累积量达 96.04mg/L,释磷率为 51.6%.继续增加C量至C/Fe摩尔比为10：1和20：1,磷的累积量低于 5：1和 2.5：1,释磷率分别为 32.7%和35.7%.由图 7（b）同样可知,被还原生成的 Fe（Ⅱ）浓度的变化趋势与PO43-基本一致.异化Fe（Ⅲ）还原是微生物介导的酶促还原过程,一般来说 IRB生长在近中性pH值条件下,pH 5.0～8.0左右［14］. 当C/Fe摩尔比为2.5：1和5：1时,体系pH由7.6降到7.1又逐渐升高到8.0（图6（b））,而当C/Fe摩尔比升高为10：1和20：1时,第4d后pH升高到8.0以上,过高的pH值影响了驯化污泥中IRB的生长和酶的活性,因而 PO43-浓度不再继续升高.此外,Marti等［23］研究剩余污泥厌氧消化时发现,pH值增大会导致磷沉淀的增多.故过高的pH值会影响磷和铁的存在形态,也可能是导致C/Fe摩尔比升高而释磷率没有进一步增加的原因.2.4 添加AQDS对铁还原细菌利用FePO4释磷的影响添加AQDS后Fe（Ⅱ）的生成速率和生成量均高于未添加AQDS对照组（图8（a））,Fe（Ⅱ）的累积量比对照组高 11.0%.FePO4为难溶性沉淀,腐殖质类物质则作为可溶性中间体不断从膜外蛋白接受电子,再把电子传给FePO4,完成Fe（Ⅲ）的还原.由于其具有的这种电子穿梭性能,克服了铁还原细菌与污泥中 FePO4之间必须有物理性接触的限制条件,从而大大加速了铁的还原.Kwon等［24］研究同样认为AQDS是一种有效的胞外电子穿梭体,可大大增加Fe（Ⅲ）的还原速率.孙丽蓉等［25］、张丽新等［26］的研究也证实添加AQDS能够明显加速 Fe（Ⅲ）的还原.图 8（b）显示,添加AQDS后体系上清液中磷的累积量在第8d达到最大值119.42mg/L,释磷率为64.2%,比对照组高12.6%.因此在 FePO4的生物还原过程中,添加的少量AQDS可以作为电子穿梭体,既能加快还原反应的速率又能大大提高磷的释放量.3.1 利用普通活性污泥可驯化富集铁还原细菌（IRB）,主要含有 Deferribacter （脱铁杆菌属）、Desulfobacter（脱硫杆菌属）、Desulfuromonas（除硫单胞菌属）、Desulfovibrio（脱硫弧菌属）等.利用IRB可使难溶性沉淀 FePO4中 Fe （Ⅲ）还原成Fe（Ⅱ）,同时将磷释放出来,有利于实现化学污泥中磷资源的回收.3.2 等摩尔碳量前提下,不同碳源对IRB异化还原FePO4有不同的影响.试验初期乙酸钠为碳源时磷的释放速率最快,葡萄糖为碳源时2d后磷释放速率加快,最大释磷率达 51.6%,比乙酸钠和丙酸钠为碳源时分别高13.8%和20.3%.3.3 以葡萄糖为碳源,C/Fe摩尔比为5：1时释磷率最高.3.4 添加AQDS可明显提高含FePO4污泥的释磷率,说明作为电子穿梭体,腐殖质类物质能够加速Fe（Ⅲ）还原和磷释放,有利于后续磷的回收利用.China Environmental Science, 2015,35（8）：2409～2416【相关文献】［1］ Abell J M, Ozkundakci D, Hamilton D P. 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Cu2+在厌氧培养过程中对异化铁(Ⅲ)的影响易佳璐;弓晓峰;袁少芬;江良;申钊颖;马秋霞【摘要】为探究Cu2+对异化铁还原的抑制程度,以鄱阳湖沉积物浸提液作微生物接种液,人工合成的Fe(OH)3为唯一电子受体,研究测定了厌氧培养过程中Fe(Ⅱ)浓度的变化,探讨了添加不同浓度Cu2+对异化铁还原过程的影响.结果表明,厌氧培养过程中不同浓度Cu2+对异化铁还原有不同程度的抑制作用,主要表现在随着Cu2+浓度的增加,异化铁还原开始所需的时间增长,当Cu2+浓度增加到一定程度时几乎不发生异化铁还原.异化铁还原的速率越慢,铁还原量越小,铁还原量抑制量越大.%In order to explore the inhibitory degree of the reduction of dissimilatory iron by Cu2+,the change of Fe(Ⅱ)concentration during anaerobic culture was studied by using the sediment extract from Poyang Lake as microorganism inoculum and synthetic Fe(OH)3as the sole electron acceptor.The effects of adding different concentrations of Cu2+on the reduction process of dissimilatory iron were discussed as well.The results showed that different concentrations of Cu2+ during the anaerobic culture had different degrees of inhibitory effects on the reduction of dissimilatory iron.The main manifestation of which were observed as the follows:the higher theCu2+concentration,the longer the time required before the dissimilatory iron reduction; When the Cu2+concentration increased to a certain extent,there was almost no dissimilatory iron reduction;the slower the rate of reduction of dissimilatory iron,the smaller the amount of iron reduction, and the greater the amount of reduction inhibition.【期刊名称】《南昌大学学报（理科版）》【年(卷),期】2018(042)005【总页数】5页(P473-477)【关键词】沉积物;Cu2+;异化Fe(Ⅲ)还原【作者】易佳璐;弓晓峰;袁少芬;江良;申钊颖;马秋霞【作者单位】南昌大学资源环境与化工学院,江西南昌 330031;南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,江西南昌 330031;南昌大学资源环境与化工学院,江西南昌 330031;南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,江西南昌330031;南昌大学资源环境与化工学院,江西南昌 330031;南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,江西南昌 330031;南昌大学资源环境与化工学院,江西南昌 330031;南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,江西南昌330031;南昌大学资源环境与化工学院,江西南昌 330031;南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,江西南昌 330031;南昌大学资源环境与化工学院,江西南昌 330031;南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】X172异化铁还原是厌氧环境中铁氧化物生物转化的主要形式，是一种以Fe(Ⅲ)作为终端电子受体的微生物代谢过程，也是自然环境中Fe(Ⅲ)还原的主要途径[1]。