酵母提取物在微生物诱导碳酸盐沉淀修复铜污染中的双刃剑效应：营养-配体困境的解析

《Process Safety and Environmental Protection》：Yeast Extract as a Double-Edged Sword in Microbial Induced Carbonate Precipitation for Copper Remediation: Unraveling the Nutrient - Ligand Dilemma

　　本文系统探讨酵母提取物（YE）在微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）技术修复铜（Cu2+）污染中的双重作用。研究发现YE既可作为营养物质促进菌株Lysinibacillus xylanilyticus SX1生长，其强络合特性（K'CuYE达1010量级）又会竞争性结合Cu2+，导致碳酸盐矿化率从62.8%（1.0 g/L YE）骤降至6.8%（3.0 g/L YE）。该研究揭示了有机营养调控在MICP技术中的关键平衡机制。

　　

研究亮点

酵母提取物（YE）在微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）过程中展现出双重特性：低浓度（0-2.0 g/L）作为营养源促进菌株Lysinibacillus xylanilyticus SX1生长并增强其铜耐受性，而高浓度（3.0 g/L）则因营养失衡抑制生长。矛盾的是，Cu²⁺去除效率与YE浓度呈负相关，矿物学分析（X射线衍射XRD、傅里叶变换红外光谱FT-IR、X射线光电子能谱XPS）表明1.0-2.0 g/L YE时主要形成Cu₂(OH)₂CO₃沉淀，3.0 g/L YE时则以吸附为主导。竞争配体交换-吸附阴极溶出伏安法（CLE-ACSV）和紫外-可见光谱（UV-vis）证实了强烈的Cu²⁺-YE配位作用（K'_CuYE = 1.2651×10¹⁰ - 1.78238×10¹⁰），这显著阻碍了碳酸盐矿化过程。

菌株SX1的分离与鉴定

通过含酚红（pH指示剂）的平板培养基从铜尾矿中分离出目标菌株SX1，其尿素水解产氨使培养基由橙色变为红色（图1a-b）。显微观察显示SX1为杆状（图1c）。16S rDNA序列比对表明SX1与Lysinibacillus xylanilyticus具有高度同源性。

结论

本研究揭示了酵母提取物（YE）在微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）去除Cu²⁺过程中的关键作用。从铜尾矿中分离鉴定的Lysinibacillus xylanilyticus SX1菌株表现出高铜耐受性和强尿素水解活性。结果表明，YE对SX1的生长和Cu²⁺耐受性至关重要。在0-2.0 g/L浓度范围内，SX1生物量随YE浓度增加而增加，而3.0 g/L则因营养失衡抑制生长。