浸鈾異養(yǎng)微生物的篩選及黑曲霉浸鈾機理研究

浸鈾異養(yǎng)微生物的篩選及黑曲霉浸鈾機理研究異養(yǎng)微生物是一類以有機物為能源的微生物，它們在生長代謝過程中能產(chǎn)生檸檬酸、草酸、乙酸、蘋果酸、乳酸、琥珀酸、葡萄糖酸等多種有機酸，這些有機酸能被用來浸出氧化礦、硫化礦和高耗酸的礦石。由于異養(yǎng)微生物能利用工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物作為能量來源，并且浸出的pH值較高，產(chǎn)生的有機酸可以被自然界中的微生物分解，對環(huán)境的影響小，更適應(yīng)目前資源短缺、企業(yè)環(huán)保壓力不斷增大的現(xiàn)狀，因此，對浸礦異養(yǎng)菌的研究日益受到重視。但是，目前可供研究的菌種較少，且對其浸出機理的認識還不深入，尤其是對異養(yǎng)微生物浸出鈾礦石還少有研究，這妨礙了異養(yǎng)微生物浸鈾技術(shù)的發(fā)展。本論文首先運用多種培養(yǎng)基進行了浸礦異養(yǎng)微生物的分離和純化，獲得了43株具有產(chǎn)酸和產(chǎn)堿性能的異養(yǎng)微生物，并對其浸鈾性能開展了研究，篩選出浸鈾效果較好的真菌、產(chǎn)酸細菌和具有浸鈾性能的產(chǎn)堿細菌共5株。運用生理生化鑒定技術(shù)和核糖體DNA鑒定技術(shù)對這5株微生物進行了鑒定，對其生長特性進行了研究。運用分析純有機酸開展了鈾礦石的浸出研究，了解了有機酸的配比和濃度與鈾浸出率之間的關(guān)系，為優(yōu)化真菌的培養(yǎng)條件、提高鈾浸出率提供了參考。開展了黑曲霉浸鈾機理研究，運用微觀和宏觀分析技術(shù)研究了黑曲霉菌絲體及其產(chǎn)生的有機酸浸出鈾礦石的機理。運用離子交換技術(shù)對有機酸-鈾絡(luò)合物的回收進行了初步研究。論文的具體研究內(nèi)容和結(jié)果可概括為以下幾個方面：一、異養(yǎng)微生物的分離和純化和浸鈾性能研究運用PSA等多種培養(yǎng)基，采用富集、平板分離、單克隆培養(yǎng)的方法分離、純化得到了43株具有產(chǎn)酸或產(chǎn)堿能力的異養(yǎng)微生物，其中，產(chǎn)酸霉菌23株，產(chǎn)酸酵母樣菌16株，產(chǎn)酸細菌2株，產(chǎn)堿細菌2株。運用分離得到的43株異養(yǎng)微生物開展了鈾礦石浸出研究，這些菌株均有一定的浸鈾能力。培養(yǎng)基種類的不同會影響其浸鈾效果，PSA培養(yǎng)基對浸出最有利。H1和Q5這兩株真菌的鈾浸出率均最高，在PSA培養(yǎng)基中，二者的浸出率分別為66.75%和54.41%。產(chǎn)酸細菌SJ9和SJ10在PSA培養(yǎng)基中的鈾浸出率分別為46.35%和33.27%。酵母菌J5在PSA培養(yǎng)基中的鈾浸出率為49.05%。產(chǎn)堿菌JLI和JR11在營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中的鈾浸出率要高于其在LB培養(yǎng)基中的鈾浸出率，JL1在營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中獲得最高浸出率為27.68%。二、浸鈾異養(yǎng)微生物的鑒定及生長特性研究運用生理、生化技術(shù)和核糖體DNA測序技術(shù)對選取的5株浸鈾異養(yǎng)微生物進行了鑒定。菌種JR11號為Staphylococcussciuri（松鼠葡萄球菌）；菌種SJ9號為Sphingobacteriummμltivorum（多食鞘氨醇桿菌）；菌種JL1號為Brevundimonasdimimuta（缺陷短波單胞菌）；菌種H1號為Aspergillusniger（黑曲霉）；菌種Q5為Penicilliumfunicμlosum（繩狀青霉）。研究了培養(yǎng)基的種類、初始pH值、培養(yǎng)溫度、接種量對上述5株浸鈾異養(yǎng)微生物的生長及產(chǎn)生有機酸的影響。PSA培養(yǎng)基、PCS培養(yǎng)基、DOX培養(yǎng)基（pH=6.5）、DOX+玉米漿培養(yǎng)基（自然pH值）、DOX+玉米漿培養(yǎng)基（pH=6.5）適合用于黑曲霉和繩狀青霉的產(chǎn)有機酸培養(yǎng)；發(fā)酵新培養(yǎng)基、DOX培養(yǎng)基（自然pH值）、DOX培養(yǎng)基（pH=6.5）、DOX+玉米漿培養(yǎng)基（自然pH值）、DOX+玉米漿培養(yǎng)基（pH=6.5）和葡萄糖培養(yǎng)基均適合用于多食鞘氨醇桿菌的產(chǎn)有機酸培養(yǎng)；培養(yǎng)溫度的變化會對黑曲霉、繩狀青霉和多食鞘氨醇桿菌產(chǎn)有機酸的能力造成一定的影響，25℃的培養(yǎng)溫度最有利于有機酸的產(chǎn)生。影響有機酸產(chǎn)生的最主要的因素是培養(yǎng)基的種類。黑曲霉的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為7.0，培養(yǎng)溫度為37℃，接種量為0.1%（孢子懸液OD600值為1.0）；繩狀青霉的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為3.0，培養(yǎng)溫度為28℃，接種量為0.1%（孢子懸液OD600值為1.0）；多食鞘氨醇桿菌的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為7.0，培養(yǎng)溫度為28℃，接種量為1.5%（母液OD600值為1.0）；松鼠葡萄球菌的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為8.0或9.0，培養(yǎng)溫度為30℃，接種量為1.5%（母液OD600值為1.0）；缺陷短波單胞菌的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為7.0，培養(yǎng)溫度為30℃，接種量為2.5%（母液OD600值為1.0）。5株浸鈾異養(yǎng)微生物的最佳生長溫度均與其浸鈾的最佳溫度不一致。三、有機酸的配比和鈾浸出率關(guān)系研究混合有機酸由于組成和含量的不同會對鈾浸出率造成較大的影響，有機酸濃度大、種類多有利于鈾浸出率的提高，合理搭配有機酸有助于降低酸耗和提高鈾浸出率。草酸和檸檬酸是浸出過程中起主要作用的有機酸。四、黑曲霉浸鈾機理研究采用黑曲霉代謝產(chǎn)物浸出更為有利，而獲得最佳浸鈾效果的黑曲霉代謝產(chǎn)物的培養(yǎng)溫度為25℃，培養(yǎng)物的pH值為2.3，在此條件下獲得的黑曲霉代謝產(chǎn)物的鈾浸出率達83.09%。浸出率的差異主要由有機酸的配比不同造成的，而影響黑曲霉產(chǎn)生的有機酸的配比的主要因素是培養(yǎng)基的種類、培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)物的pH值。黑曲霉的最佳浸出溫度并不是其最適生長溫度。鈾礦石的存在會抑制黑曲霉產(chǎn)生有機酸，從而導(dǎo)致浸出率降低。黑曲霉浸出鈾礦石的主要機制有以下三方面：1、菌絲對礦石的機械作用力造成礦石的晶體層面結(jié)構(gòu)破壞和礦石的結(jié)晶度降低；2、菌絲胞外產(chǎn)物的絡(luò)合作用；3、有機酸的絡(luò)合作用。五、鈾礦石柱浸實驗及浸出液中鈾的回收研究黑曲霉代謝產(chǎn)物和硫酸為浸出劑的鈾浸出率分別為81.76%和83.90%，浸出時間分別為14d和15d，總液固比分別為1.4:1和1.5:1。浸出過程中，黑