张瑞洋等：表面活性剂吐温20对胶硫钼矿生物浸出的促进机理 ·795· 7=0-c 升高，抑制作用增强.当吐温20质量浓度为10~60 ×100% (1) Co mgL时，抑制作用主要表现为延长了细菌生长的 式中：n为Fe2+氧化率；c为初始Fe2+质量浓度， 停滞期，由于微生物具有一定调节自身代谢途径的 gL;c为培养液的Fe2+质量浓度，gL-1. 能力，因此经过一段适应期后，细菌的氧化活性仍可 取90mL9K培养基，加入1g灭菌处理后的胶 恢复至较高水平.当吐温20质量浓度升高至120 硫钼矿矿样，接种5mL生长至稳定期的A.ferrooxi- mgL-1时，8.5d后Fe2+的氧化率仅为46.29%，这 dans,分别添加不同用量的吐温20，并与不添加时进 表明高浓度的吐温20对细菌的代谢活性产生了持 行对比试验.定期取样检测浸出液pH值、氧化还原 久性的抑制 电位、细菌浓度、钼离子浓度、F2+及全铁浓度，用去 A.ferrooxidans除了可以氧化Fe2+外，还可通过 离子水补充蒸发损失水. 氧化低价态的硫获取生长所需能量.在含硫的无铁 细菌浓度采用血球计数板于显微镜下直接计 9K培养基中，A.ferrooxidans唯一可用的能源物质 数：溶液氧化还原电位采用ORP(氧化还原)电极 为$，最终氧化产物为硫酸，反应如式(2)所示，培 (雷磁)测定：全铁和钼离子浓度采用全谱直读等离 养基pH值的下降幅度反映了细菌对S的氧化程 子发射光谱仪测定，Fe3+浓度为浸出液中全铁浓度 度.因此，本文采用培养基pH值的变化情况来表征 与F2+浓度之差.浸出后的产物经过滤、稀硫酸淋 A.ferrooxidans的S°氧化速率，不同质量浓度的吐温 洗和自然干燥后，采用X射线衍射(PAN-alytical X' 20对A.ferrooxidans氧化S的影响如图2所示 Pert Pro)进行物相分析，采用场发射电子显微镜 2S°+30，+2H,0细菌 →2S02-+4H* (2) (UltraPlus)进行表面形貌观察. 22 2结果与讨论 2.0 2.1吐温20对细菌代谢活性的影响 日1.8 浸矿细菌的代谢活性是影响矿石生物浸出效率 吐温20质量浓度 的重要因素.当A.ferrooxidans在9K培养基中生长 1.6 -0-0 时，唯一可利用的能源物质是Fe2+,培养基中Fe2+ ◆10mgL-4 ▲-30mgL. 4 的氧化速率可直接反映细菌的生长特性.因此，本 -60mg·L-4 ★120mgLt 文采用Fe2+氧化速率来表征A.ferrooxidans的生长 0 5 6 0 12 15 18 21 情况，不同质量浓度的吐温20对A.ferrooxidans 培养时间d Fe2+氧化活性的影响如图1所示. 图2不同质量浓度吐温20对A.ferrooxidans氧化S速率的影响 100 Fig.2 Effect of Tween 20 with various concentrations on the S oxi- 吐温20质量浓度 dation of A.ferrooxidans -0-0 ◆l0mgL -30 mg'L- 从图2中可以看出，随着吐温20质量浓度的升 -60 mgL- 60 ★-120mg*L- 高，A.ferrooxidans的S°氧化活性呈先升高后下降的 ★ 趋势.当吐温20质量浓度为30mg·L-1时，细菌s 40 氧化活性最高，20d后培养基的pH值由初始值 20 2.14降低至1.32，不添加时的pH仅为1.50.当吐 温20质量浓度升高至120mg·L-1时，细菌s°氧化活 456 > 9 10 性受到明显的抑制作用，20d后培养基的pH值仅 培养时间/d 降低至1.93，这是由于高浓度的吐温20抑制了细 图1不同质量浓度吐温20对A.ferrooxidans Fe2+氧化活性的 菌的生长与繁殖所致.可见，添加适量吐温20可明 影响 显提高A.ferrooxidans对S°的氧化速率，这是因为 Fig.1 Effect of Tween 20 with various concentrations on the Fe2+ oxidation activity of A.ferrooxidans 吐温20的加入提高了S的亲水性，从而增加了亲 水性A.ferrooxidans与S的接触机会，与文献报道 从图1中可以看出，吐温20对A.ferrooxidans 的非离子表面活性剂聚乙二醇有相似的作用 F2+氧化活性产生了不利影响，且随着质量浓度的 机理)张瑞洋等: 表面活性剂吐温 20 对胶硫钼矿生物浸出的促进机理 浊 = c0 - c c0 伊 100% (1) 式中:浊 为 Fe 2 + 氧化率; c0 为初始 Fe 2 + 质量浓度, g·L - 1 ;c 为培养液的 Fe 2 + 质量浓度,g·L - 1 . 取 90 mL 9K 培养基,加入 1 g 灭菌处理后的胶 硫钼矿矿样,接种 5 mL 生长至稳定期的 A. ferrooxi鄄 dans,分别添加不同用量的吐温20,并与不添加时进 行对比试验. 定期取样检测浸出液 pH 值、氧化还原 电位、细菌浓度、钼离子浓度、Fe 2 + 及全铁浓度,用去 离子水补充蒸发损失水. 细菌浓度采用血球计数板于显微镜下直接计 数;溶液氧化还原电位采用 ORP(氧化还原) 电极 (雷磁)测定;全铁和钼离子浓度采用全谱直读等离 子发射光谱仪测定,Fe 3 + 浓度为浸出液中全铁浓度 与 Fe 2 + 浓度之差. 浸出后的产物经过滤、稀硫酸淋 洗和自然干燥后,采用 X 射线衍射(PAN鄄alytical X忆 Pert Pro) 进行物相分析,采用场发射电子显微镜 (UltraPlus)进行表面形貌观察. 2 结果与讨论 2郾 1 吐温 20 对细菌代谢活性的影响 浸矿细菌的代谢活性是影响矿石生物浸出效率 的重要因素. 当 A. ferrooxidans 在 9K 培养基中生长 时,唯一可利用的能源物质是 Fe 2 + ,培养基中 Fe 2 + 的氧化速率可直接反映细菌的生长特性. 因此,本 文采用 Fe 2 + 氧化速率来表征 A. ferrooxidans 的生长 情况,不同质量浓度的吐温 20 对 A. ferrooxidans Fe 2 + 氧化活性的影响如图 1 所示. 图 1 不同质量浓度吐温 20 对 A. ferrooxidans Fe 2 + 氧化活性的 影响 Fig. 1 Effect of Tween 20 with various concentrations on the Fe 2 + oxidation activity of A. ferrooxidans 从图 1 中可以看出,吐温 20 对 A. ferrooxidans Fe 2 + 氧化活性产生了不利影响,且随着质量浓度的 升高,抑制作用增强. 当吐温 20 质量浓度为 10 ~ 60 mg·L - 1时,抑制作用主要表现为延长了细菌生长的 停滞期,由于微生物具有一定调节自身代谢途径的 能力,因此经过一段适应期后,细菌的氧化活性仍可 恢复至较高水平. 当吐温 20 质量浓度升高至 120 mg·L - 1时,8郾 5 d 后 Fe 2 + 的氧化率仅为 46郾 29% ,这 表明高浓度的吐温 20 对细菌的代谢活性产生了持 久性的抑制. A. ferrooxidans 除了可以氧化 Fe 2 + 外,还可通过 氧化低价态的硫获取生长所需能量. 在含硫的无铁 9K 培养基中,A. ferrooxidans 唯一可用的能源物质 为 S 0 ,最终氧化产物为硫酸,反应如式(2)所示,培 养基 pH 值的下降幅度反映了细菌对 S 0 的氧化程 度. 因此,本文采用培养基 pH 值的变化情况来表征 A. ferrooxidans 的 S 0氧化速率,不同质量浓度的吐温 20 对 A. ferrooxidans 氧化 S 0的影响如图 2 所示. 2S 0 + 3O2 + 2H2O 寅 细菌 2SO 2 - 4 + 4H + (2) 图2 不同质量浓度吐温20 对 A. ferrooxidans 氧化 S 0速率的影响 Fig. 2 Effect of Tween 20 with various concentrations on the S 0 oxi鄄 dation of A. ferrooxidans 从图 2 中可以看出,随着吐温 20 质量浓度的升 高,A. ferrooxidans 的 S 0氧化活性呈先升高后下降的 趋势. 当吐温 20 质量浓度为 30 mg·L - 1时,细菌 S 0 氧化活性最高,20 d 后培养基的 pH 值由初始值 2郾 14 降低至 1郾 32,不添加时的 pH 仅为 1郾 50. 当吐 温 20 质量浓度升高至120 mg·L - 1时,细菌 S 0氧化活 性受到明显的抑制作用,20 d 后培养基的 pH 值仅 降低至 1郾 93,这是由于高浓度的吐温 20 抑制了细 菌的生长与繁殖所致. 可见,添加适量吐温 20 可明 显提高 A. ferrooxidans 对 S 0 的氧化速率,这是因为 吐温 20 的加入提高了 S 0 的亲水性,从而增加了亲 水性 A. ferrooxidans 与 S 0 的接触机会,与文献报道 的 非 离 子 表 面 活 性 剂 聚 乙 二 醇 有 相 似 的 作 用 机理[11] . ·795·