胞外聚合物在嗜热反硝化菌TAD1生物还原去除NO过程中的作用机制研究

The biological removal of NO from contaminated gas streams is efficient low-cost NO abatement technologies. Extracellular polymeric substances (EPS) secreted by microorganisms make up an important constituent of labile and semi-labile dissolved organic matter in the environment. Based on our previous research, it was confirmed that there existed a strong correlation between the total EPS content of thermophilic denitrifying bacterium Chelatococcus daeguensis TAD1 and the nitrate removal efficiency. To further confirm the role and function of EPS in the process of bioreduction for NO, three-dimensional fluorescence spectroscopy and infrared spectroscopy will be used to investigate the content of EPS components and their variation as well as the interaction between NO and EPS produced by TAD1, besides, the binging constants were calculated by the modified Stern-Volmer model and the Ryan-Weber model. Meanwhile, differential pulse voltammetry (DPV) and micro-sensor multimeter will be applied to identify the redox properties of the TAD1 EPS and the electrons transfer pathway of NO reduction. Thus, this study can reveal the response mechanism of EPS in the bioreduction of NO and provide theoretical foundation for the removal of NO from the flue gas at thermophilic temperature.

生物膜法脱除NOx是近年来备受广泛关注的烟气处理技术。胞外聚合物(EPS)对生物膜的形成，NOx的迁移转化和微生物的活性有重要影响。申请人的研究基础表明，嗜热反硝化微生物（螯台球菌TAD1）的EPS与脱氮效率之间具有相关性。为进一步确定EPS的作用机制，本课题拟采用三维荧光光谱和傅立叶红外光谱技术探索EPS与NO之间的相互作用发生包括络合、配位、吸附和还原等在内的生物、化学和物理的反应，以及由此反应过程所引起的NO的迁移转化、分配、扩散和埋藏等状态的改变；通过微分脉冲伏安法、光谱电化学等技术研究EPS在NO去除过程中氧化还原行为，从分子水平上探讨EPS在电化学还原过程中间体，终产物变化，给出其电子转移机理的直接证据，从而揭示生物法脱除NO的胞外电子传递途径。通过系列研究，深入阐明EPS在嗜热反硝化菌TAD1生物还原去除NO过程中的作用机制，为生物法脱除中温烟气环境中NO提供理论基础。

生物膜法脱除NOx是近年来备受广泛关注的烟气处理技术。胞外聚合物对生物膜的形成，NOx的迁移转化和微生物的活性有重要影响。本项目深入研究了嗜热好氧反硝化菌TAD1胞外聚合物的物质特性及与NO之间的相互作用。研究发现胞外聚合物的基本组成是碳水化合物、蛋白、腐殖酸和核酸。其展现出了较强的吸附能力，生物可降解性及亲水性。利用三维荧光光谱和红外光谱对比分析了嗜热反硝化菌株的胞外聚合物与NO作用前后结构和性能的差异，同步荧光光谱显示出嗜热反硝化菌株TAD1产生的 EPS中的蛋白质能与NO结合，从而降低其在溶液中的浓度。利用修正的Stern-Volmer模型和Ryan-Weber非线性模型计算出胞外聚合物与NO之间的结合常数，表明胞外聚合物与NO有较大的结合常数，并可以生产稳定的产物。利用循环伏安法和微分脉冲伏安法研究了胞外聚合物的氧化还原性质，结合薄层光谱电化学技术确定了起主导氧化还原作用的胞外聚合物的组分，证明了胞外聚合物络合NO并且促进了NO的电化学还原过程。通过系列研究，深入阐明了EPS在嗜热反硝化菌TAD1生物还原去除NO过程中的作用机制，可为生物法脱除中温烟气环境中NO提供相关的理论基础。