铁氧化物、硫酸盐矿物与厌氧微生物交互作用及环境效应

硫酸盐、铁氧化物与厌氧微生物交互作用是重要的生物地球化学过程，影响着C、S、Fe、P、重金属等元素地球化学循环、矿物种类和特征、微生物群落分布和构成。本项目拟通过各种有机物+矿物+微生物厌氧体系构建和模拟实验，借助微生物学、各种定量分析手段和电镜纳米尺度观察，结合若干典型厌氧微生物矿化体系地质样品解析，着重研究铁氧化物、硫酸盐矿物对厌氧微生物代谢活性、有机物转化途径、代谢产物的影响；不同矿物增强厌氧微生物分解、转化有机物效能及其协同作用；厌氧微生物-矿物相互作用的界面过程、产物、动力学影响因素、电子传递机制和途径。从纳米尺度揭示厌氧体系微生物矿化产物的成因矿物学特征，建立解读生物地球化学过程的矿物学方法，为重大地质事件和地球环境演变地质记录的解读提供矿物学支撑；发展基于生物-矿物交互作用环境效应，调控有机物中C、N、S、P转化和固定的新原理，为温室气体减排、环境污染治理提供新方法。

利用先进电镜分析技术从纳米矿物学角度解读铜陵地区胶状黄铁矿矿石的微观信息记录，发现了微量碎屑石英、碎屑粘土、生物质残留物、纳米黄铁矿形成的前驱体六方磁黄铁矿，从新的视角提供了胶状黄铁矿沉积成因的沉积学证据，建立了铜陵石炭-二叠纪硫酸盐、铁氧化物与厌氧微生物交互作用形成胶状黄铁矿-菱铁矿沉积建造的模式，研究成果对重新认识长江中下游地区层控矿床的控矿机制具有重要的科学意义。.阐明了铜陵地区褐铁矿的纳米矿物学特征，建立了硫化物风化型、菱铁矿风化型、矽卡岩矿物风化型三种成因类型。揭示了针铁矿表面化学性质及其热分解进一步纳米化的演变规律。提出了褐铁矿属于纳米矿物资源的新概念，发现叶山褐铁矿属于天然铁锰纳米复合材料，发明了系列通过矿物热分解相变实现纳米化的新材料制备方法，构建了多孔纳米结构化生物载体矿物材料制备及应用技术体系。研究成果为纳米矿物资源新材料的开发及基于厌氧微生物与矿物交互作用的环境效应新技术的应用奠定了理论和物质基础。. 发现纳米铁氧化物矿物具有增强有机物厌氧产甲烷作用。基于纳米铁氧化物具有较强的化学和生物化学活性，纳米铁氧化物投加到富含有机物的厌氧体系中，纳米铁氧化物通过诱导作用改变微生物群落结构、调控产甲烷菌微生物群落微环境、促进种间电子传递、释放溶解铁离子加速电子传递、提高酶活性等多种方式提高生物质厌氧产甲烷的速率、产率、产气中甲烷浓度，并由于纳米铁氧化物具有很高的固定硫离子的反应活性，产气中硫化氢浓度大幅度降低。该成果为利用纳米铁氧化物矿物增强有机质厌氧产甲烷，提高生物质厌氧发酵能源转化的效率和质量具有重要的科学意义。. 揭示了富含有机物的厌氧体系中厌氧微生物与铁氧化物、硫酸盐矿物交互作用的过程、产物、作用机制，发现在富含有机物的厌氧体系中同时共存铁氧化物、硫酸盐矿物可以加速有机质分解转化速率、提高转化率、调控有机物厌氧转化的路径，提出了利用铁氧化物、硫酸盐矿物的协同作用调控有机物转化、控制污染的新原理，该成果对人为调控土壤、河流和湖泊沉积物、地下水、有机废物中C、N、S、P、As的元素循环具有重要的科学意义。. 在SCI刊物发表论文50多篇，在中文核心刊物发表论文24篇，提交国内外会议论文17篇，申请发明专利17项，已获得授权发明专利14项。同时，培养硕士研究生29名，博士研究生5名。