核设施退役场址中铀的微生物固定机制研究

As the most simple and widely spread organisms in nature, microorganisms are usually imbued with many impressive characteristics, such as high specific surface area, the ability to quickly breed and to inhabit hostile environments. Microbial activities, especially bio-immobilization by microorganisms, play a considerable role on chemical speciation and migration behavior of radionuclides in natural environment. However, the available knowledge on the microscopic behavior and mechanisms of uranium bio-immobilization process is still limited until now. On the basis of our previous research results, this project tries to explore the microscopic behavior and involved mechanisms of uranium bio-immobilization, as well as the stability of immobilized uranium. The main research contents will include: (1) the systematic investigation on uranium bio-immobilization by the representative microorganisms isolated from nuclear facilities decommissioning site in Southwest China; (2) the structure analysis and characterization of the uranium bio-immobilization products; (3) the study of the involved biochemistry mechanisms and processes in uranium bio-immobilization by microorganisms; (4) the stability of immobilized uranium. These results can contribute to better comprehending of the chemical speciation, immobilization and mobilization of uranium in environment, and be beneficial in the development of a potential bioremediation method for radionuclides contaminated soils.

微生物是自然界中分布广泛、结构简单的低等生物，具有比表面积大、繁殖速度快、对环境适应能力强等特点。其中，一些微生物对铀具有很强的选择性吸附并固定的能力，为铀污染土壤的生物修复提供了新的思路，然而微生物固铀的作用过程与机理仍不清楚。本项目拟针对我国西南某特定核设施退役场址中代表性微生物对铀的固定行为以及机理研究，阐明铀的微生物固化机理。研究内容包括：（1）分离和培养特定退役场址中优势微生物，利用基因测序技术鉴定其菌种；（2）采用批实验方法研究不同影响条件下微生物固铀的行为；（3）采用同步辐射、TRLFS以及XPS等分析技术确定微生物固铀后产物的结构，从分子水平上揭示微生物固铀的机理；（4）探讨影响微生物固铀后产物稳定性的因素。研究结果不仅有助于更深入地预测铀在环境中的化学形态、迁移特征，也为放射性核素污染土壤的原位生物修复提供科学依据。

放射性核素在环境中的迁移扩散行为研究不仅对评估核设施退役场址中放射性核素的环境危害有重要意义，也对放射性废物处置库的建设与安全性评价提供理论依据。微生物在环境中普遍存在，其与放射性核素的相互作用决定核素在环境中的迁移行为。针对西南某特定核设施退役场址，筛选分离一株具有代表性的微生物，采用静态吸附实验和微观表征相结合，研究微生物对典型长寿命放射性核素铀的固定行为，以及主要的环境因素影响；结合微观表征结果，研究微生物与铀相互作用后的化学形态、微观结构以及固铀机理。研究结果表明，利用DNA分子鉴定法对分离的微生物进行鉴定，分离得到的微生物为兼性厌氧型细菌芽孢杆菌；该细菌对铀的最大吸附容量为6.02mg/g（湿重），且吸附模型更好地符合Langmuir模型；利用SEM、TEM、FT-IR和XPS等分析方法探讨了微生物对U的吸附机理，微生物固铀机理主要有静电吸附、络合作用以及胞内沉积等多种机理相结合，铀与微生物细胞内外中的羧基、羟基、以及磷酸等官能团相互作用，生成絮状及颗粒状的沉淀物沉积在微生物细胞内外。通过项目开展，总结了微生物与U的相互作用行为及影响，也为铀污染土壤的原位生物修复提供了一种的思路。