纳米四氧化三铁对甲烷生物合成途径的影响_郭红红

纳米四氧化三铁对甲烷生物合成途径的影响_郭红红0前言纳米四氧化三铁（Fe3O4nanoparticles，Fe3O4NPs）是一种性能稳定、无毒、导电性强、制备相对简单且生物相容性较好的磁性材料，能够在污水处理领域发挥巨大作用[1]。Fe3O4NPs的应用方式主要有两种，一种是Fe3O4NPs作为吸附剂或固定载体用于强化污染物的去除效率；另一种是Fe3O4NPs作为光催化剂将污染物破解、转化为低毒性物质[2]。有研究报道，Fe3O4NPs对水中Pb2+的吸附能力高达36mg/g，将Fe3O4NPs制备成负载有啤酒酵母菌的微球后，其对水中铀金属的去除率高达96%[3]。除此之外，Fe3O4NPs在环境修复、生物医学等方面的广泛应用，将不可避免地导致越来越多的Fe3O4NPs被排放到污水厂，由于大部分污水厂采用生物工艺处理污水，所以污水厂及污水厂的剩余污泥将成为阻止Fe3O4NPs排向环境的最后屏障[4]。众所周知，采用厌氧发酵技术处理废水和剩余污泥产沼气是废弃物资源化、无害化和减量化的重要手段。因此，残留在废水和污泥中的纳米颗粒对厌氧发酵过程的影响研究就显得极其重要。Fe作为产甲烷菌所必须的微量元素，Fe3O4NPs可能会对产甲烷微生物的代谢活动产生影响[5]。因此，不同形态/价态的Fe3O4NPs对废水和污泥厌氧发酵过程的影响研究是近些年的研究热点。裴占江的研究表明，添加适量的Fe可以提高产甲烷菌的代谢活性与系统发酵效率[6]。贾通通在研究Fe3O4NPs对污泥厌氧发酵产沼气性能的影响时发现，添加了Fe3O4NPs的反应组的累积产气量比空白组的累积产气量提高了28%，甲烷浓度相应提高了6%[7]。钱风越在研究纳米颗粒对废水发酵产甲烷的影响时发现，添加适当浓度的Fe3O4NPs可明显提高产甲烷效率[8]。但是，到目前为止，有关Fe3O4NPs对厌氧发酵过程中甲烷合成途径的影响却鲜有研究。甲烷生物合成主要涉及两种途径，一种是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，也称为乙酸型发酵，这种方式合成的甲烷占自然界甲烷量的60%以上；另一种是将氢气和二氧化碳合成甲烷，又称为氢型发酵，这种方式合成的甲烷占自然界甲烷量的30%左右[9]。本研究从Fe3O4NPs对乙酸型发酵、氢型发酵和混合型发酵（兼有乙酸型发酵和氢型发酵）的发酵过程的影响来考察Fe3O4NPs对甲烷合成途径的影响，进而为提高