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Recent advances regarding the impacts of engineered nanomaterials on the anaerobic ammonium oxidation process: performances and mechanisms

来源 : 杭州师范大学生命与环境科学学院     作者 : 亿校云     时间 : 2019-12-01     点击 : 155

2019121日,杭州师范大学生命与环境科学学院金仁村教授团队在Environmental Science: NanoIF=7.704)在线发表题为“Recent advances regarding the impacts of engineered nanomaterials on the anaerobic ammonium oxidation process: performances and mechanisms”的综述。

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厌氧氨氧化(anammox)脱氮技术的研究和应用有望推动废水处理向更节能可持续的模式发展。然而,随着纳米技术的迅速发展,使用后的纳米材料不可避免地会进入废水处理系统,从而影响anammox细菌的活性。深入理解纳米材料和anammox细菌之间的相互作用机制是该项技术在应用于这类废水处理时的基础。为此,本文综述了工程纳米材料对anammox细菌脱氮性能和代谢特性的影响。同时,对纳米材料的致毒途径和anammox的解毒机制进行了分析和讨论。最后,提出了该领域未来的发展趋势和研究方向。

论文对比分析了当前广泛使用的三大类纳米材料(金属、金属氧化物以及碳基纳米材料)对anammox反应器性能的影响。结果表明,金属纳米材料对微生物的毒性普遍要高于金属氧化物。在这些金属纳米材料中,尤以纳米铜对anammox的毒性最大,而其它纳米材料如纳米零价铁、纳米二氧化锰、纳米氧化镍、石墨烯和还原氧化石墨烯等在适宜浓度范围内还具有刺激anammox细菌活性并提升反应器运行性能的作用。

金属及金属氧化物纳米材料对anammox的致毒途径主要通过有毒金属离子的溶解和释放。释放的金属离子不仅会破坏细胞膜的完整性,而且可能会进一步介导活性氧的产生,影响anammox的正常代谢。与之相比,碳基纳米材料主要通过其较强的电子传递能力和丰富的表面含氧官能团对anammox产生影响。为减轻纳米材料对自身的影响,anammox菌会通过增加胞外聚合物分泌、调节基因表达来进行自我保护。今后的研究重点在于开发高灵敏度的纳米材料监测和分析技术来跟踪其在anammox系统中的归趋以及利用分子生物学组合技术深入研究anammox细菌在纳米材料胁迫下的反应和代谢机制。

 

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本文阐述了厌氧氨氧化细菌在纳米材料胁迫下其脱氮性能、细胞代谢和反应机制等方面的最新研究进展,并讨论了今后的发展趋势和研究方向,为纳米材料与anammox细菌之间的相互作用提供有价值的信息,并可为材料-生物混合脱氮系统的设计和优化提供参考。

杭州师范大学生命与环境科学学院研究生李桂凤为第一作者,金仁村教授和黄宝成博士为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委和杭州市科委的资助。

文章链接:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/en/c9en01009b#!divAbstract


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