近日，永利官网资源与环境微生物实验室张永奎教授课题组在微生物辅助合成催化材料方面取得重要进展，课题组分别利用从环境中筛选获得的锰氧化真菌和嗜酸性亚铁硫杆菌辅助合成了生物锰氧化物和施氏矿物，并将其作为催化剂用于高级氧化技术体系中有机污染物的降解，为生物辅助合成功能材料提供了参考价值。相关研究成果分别以“Thermally treated fungal manganese oxides for bisphenol A degradation using sulfate radicals”和“Ultrasonic-enhanced Fenton-like degradation of bisphenol A using a bio-synthesized schwertmannite catalyst”为题发表在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》（Elsevier旗下工程技术领域权威期刊，2016年影响因子6.216）和《Journal of Hazardous Materials》（Elsevier旗下老牌期刊，2016年影响因子6.065）上，论文的第一作者分别为硕士研究生谢艺和博士研究生李响，通讯作者为张永奎教授和王雅博副研究员。
近年来，高级氧化技术被研究应用于有机污染物的治理，利用一些高氧化活性的自由基可将有机污染物矿化降解。其中，基于硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH)的高级氧化技术因其具有较高的氧化电势和降解效率高而备受关注。利用非均相催化剂活化过硫酸盐和双氧水可产生(SO4-·)和(·OH)，开发合成成本低，催化活性高，稳定性好的催化剂是实现其广泛应用的关键。
该课题组利用真菌在生长代谢过程中产生的酶将正二价锰离子氧化为高价态的锰氧化物，获得了薄层堆积状的生物锰氧化物δ-MnO2。利用其作为催化剂活化过硫酸盐产生SO4-·自由基降解双酚A，研究发现400℃热处理后的生物锰氧化物表现出较高的的催化活性；在优化的条件下，可实现溶液中的双酚A完全去除，溶液中的TOC去除率可达到97%。
图1生物锰氧化物合成和双酚A降解示意图
此外，该课题组以钢铁酸洗废水中铁资源的回收利用为出发点，利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌辅助合成了绒球状的施式矿物(Fe8O8(OH)8-2x(SO4)x, 1 ≤ x ≤ 1.75)。得益于其无定型的特点、表面分布的大量纳米级触须和高比表面积，施式矿物在类芬顿催化体系中展现了高效降解双酚A的能力。同时，超声辐射的加入能够进一步强化催化过程，研究发现，超声辐射主要通过空化作用、降低表观活化能、提高铁离子浸出和清洁催化剂表面4个方面的作用协同强化类芬顿反应过程。超声辐射的加入也提高了催化剂的重复使用效率，在5次重复使用过程中，催化剂的效率未有明显下降。
图2 超声-施氏矿物类芬顿系统降解双酚A的原理示意图
自然界中，微生物因其种类丰富，较高的生物化学转化能力，环境适应性强而广泛参与地球各种元素的循环与代谢活动。利用环境微生物辅助合成的功能材料通常具有显著异于传统方法所制备材料的特点和性质，因而越来越得到研究者的关注。资源与环境微生物实验室利用课题组在环境微生物研究方面的优势，将继续致力于微生物参与多功能材料的合成和应用，开拓更多的研究方向。
本研究得到了中央高校基本科研业务费专项资金的支持。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894717319381
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389417308415
资源与环境微生物实验室 供稿
李天友 审核
高敏 编辑
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2018年5月28日
