微生物诱导碳酸盐沉淀及其在固定重金属领域的应用进展
Microbial Induced Carbonate Precipitation and Its Application for Immobilization of Heavy Metals: a Review
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文摘
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生物矿化已受到化学、物理、生物、材料、医学、生命及环境等多学科的广泛关注,其中,以尿素为底物的MICP(微生物诱导碳酸盐沉淀)技术是生物矿化领域的研究热点之一.在分析MICP过程中的酶解机理和生物大分子在微生物矿化过程中的作用基础上,通过对重金属离子的矿化产物和碳酸盐矿化菌的成矿因素分析,揭示MICP矿化产物的特征及形成条件.碳酸盐矿化菌主要产生脲酶分解尿素,增加土壤CO_3~(2-)饱和度,其代谢产生的胞外聚合物具有多种功能团组合和键能连接,起着调控生物矿化的作用. MICP技术可用于固定土壤和水体中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金属,重金属主要以共沉淀的形式被固定,阴阳离子型重金属以类质同象置换方式分别占据方解石中的CO_3~(2-)位和Ca~(2+)位,从而促使污染土壤中的可交换态重金属向碳酸盐结合态转移.但是,MICP技术主要针对减少重金属的生物可利用性,不能满足以全量来计算的现行土壤环境质量标准,且MICP技术在长期有效性、生物安全性和土壤理化性质等方面存在诸多隐患.因此,由试验条件转向实际应用具有一定挑战.建议寻找更稳定的方法以阻止碳酸盐矿物中的重金属溶出,且有必要将开发高效的土著微生物复合菌剂作为未来MICP研究的方向之一. |
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其他语种文摘
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Biomineralization has attracted much attention from chemistry,physics,biology,material,medicine,life and environment sciences. Microbial induced carbonate precipitation (MICP) using urea as the substrate is one of the hot topics. Herein,we reviewed the enzymatic mechanism of MICP and the function of biomacromolecule in the progress of biomineralization. Previous studies showed that the concentration of soil carbonate increases due to the decomposition of urea which can be enhanced in the presence of urease produced by ureolytic bacteria. Meanwhile,the extracellular polymer substance (EPS) secreted by the bacteria,possessing varied functional groups and chemical bonding,can regulate the biomineralization. The results demonstrated that MICP can remediate heavy metals pollution,such as Cu,Pb,Zn,Cd,Cr and As both in soil and solution. Co-precipitation is the dominant mechanism for the heavy metals immobilization, via cation → Ca~(2+)/ anion → CO_3~(2-) substitution,resulting in carbonate-bound heavy metals. Therefore,MICP is useful to reduce the bioavailability of heavy metals. However,it does not change the soil quality according to the current standards which base on the total concentration of heavy metals. Furthermore,there are potential risks on several topics,such as long-term validity,biological safety and change of physical or chemical properties,which challenge the application of MICP to immobilize heavy metals in soil. The technique should be further developed to re-immobilize the released heavy metals due to the dissolution of carbonate minerals. Meanwhile,multiple native microbial communities should be developed to insure the effectiveness of MICP in varied environments. |
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来源
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环境科学研究
,2018,31(2):206-214 【核心库】
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DOI
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10.13198/j.issn.1001-6929.2017.03.55
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关键词
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微生物矿化
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重金属
;
碳酸盐沉淀
;
脲酶
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地址
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1.
中国科学院广州地球化学研究所, 中国科学院矿物学与成矿学重点实验室, 广东, 广州, 510640
2.
广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室, 广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室, 广东, 广州, 510640
3.
中国科学院大学, 北京, 100049
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语种
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中文 |
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文献类型
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综述型 |
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ISSN
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1001-6929 |
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学科
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环境污染及其防治 |
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基金
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国家自然科学基金
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广东省广州市科技计划项目
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文献收藏号
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CSCD:6176993
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参考文献 共
62
共4页
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1.
环境保护部.
全国土壤污染状况调查公报,2014:1
|
CSCD被引
14
次
|
|
|
|
|
2.
高峰. 耕地重金属污染修复之困.
中国土地,2014(2):14-15
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
3.
串丽敏. 土壤重金属污染修复技术研究进展.
环境科学与技术,2014(S2):213-222
|
CSCD被引
52
次
|
|
|
|
|
4.
殷飞. 不同钝化剂对重金属复合污染土壤的修复效应研究.
农业环境科学学报,2015,34(3):438-448
|
CSCD被引
81
次
|
|
|
|
|
5.
王冬柏. 环境材料原位固定修复土壤重金属污染研究进展.
中国农学通报,2014(8):181-185
|
CSCD被引
12
次
|
|
|
|
|
6.
黄益宗. 重金属污染土壤修复技术及其修复实践.
农业环境科学学报,2013,32(3):409-417
|
CSCD被引
232
次
|
|
|
|
|
7.
吴志能. 我国复合污染土壤修复研究进展.
农业环境科学学报,2016,35(12):2250-2259
|
CSCD被引
25
次
|
|
|
|
|
8.
Lowenstam H A.
On biomineralization,1989
|
CSCD被引
52
次
|
|
|
|
|
9.
Dejong J T. Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear.
Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2006,132(11):1381-1392
|
CSCD被引
136
次
|
|
|
|
|
10.
Muynck W D. Microbial carbonate precipitation in construction materials: a review.
Ecological Engineering,2010,36(2):118-136
|
CSCD被引
110
次
|
|
|
|
|
11.
江寿平. 酶和底物分子之间相互作用力对扩散控制反应速率的影响.
中国科学,1977(4):329-338
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
12.
吕婧. 洋刀豆脲酶与抑制剂相互作用的分子对接和分子动力学研究.
化学学报,2011,69(20):2427-2433
|
CSCD被引
3
次
|
|
|
|
|
13.
林海.
环境工程微生物学,2014:55-131
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
14.
钱春香.
微生物矿化的工程应用基础,2015
|
CSCD被引
9
次
|
|
|
|
|
15.
Stocks-Fischer S. Microbiological precipitation of CaCO_3.
Soil Biology & Biochemistry,1999,31(11):1563-1571
|
CSCD被引
91
次
|
|
|
|
|
16.
Dejong J T. Biomediated soil improvement.
Ecological Engineering,2010,36(2):197-210
|
CSCD被引
153
次
|
|
|
|
|
17.
贾蓉芬.
微生物矿化,2009
|
CSCD被引
5
次
|
|
|
|
|
18.
Bundy K J. Determination of mineral-organic bonding effectiveness in bone-theoretical considerations.
Annals of Biomedical Engineering,1985,13(2):119-135
|
CSCD被引
2
次
|
|
|
|
|
19.
Barthelat F. A Review on the structure and mechanical properties of mollusk shells-perspectives on synthetic biomimetic materials.
Applied scanning probe methods XIII,biomimetics and industrial applications,2009:17-44
|
CSCD被引
1
次
|
|
|
|
|
20.
崔福斋.
生物矿化. (2版),2012
|
CSCD被引
3
次
|
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