石墨烯膜促进希瓦氏菌厌氧Cr(Ⅵ)还原的胞外电子传递过程研究的任务书.docx

石墨烯膜促进希瓦氏菌厌氧Cr(Ⅵ)还原的胞外电子传递过程研究的任务书
任务书
题目：石墨烯膜促进希瓦氏菌厌氧Cr(Ⅵ)还原的胞外电子传递过程研究
一、研究背景与意义
铬是一种广泛存在于自然界中的重金属元素，可来源于钢铁工业、皮革加工等行业的废水中，对环境及人体健康造成一定的危害。在六价铬形式下，具有高毒性、难降解等特点，对人体肝肾等器官造成损害。而且，这些废水大量排放进入自然界中会对自然环境造成不良的影响。因此，研究铬的污染防治问题，对于人类的生存和长远发展至关重要。
目前，有许多方法可以处理含铬废水，例如化学法、生物法、电化学法等。在这些方法中，生物还原技术因其高效、环保等优势而备受关注。其中，Cr(Ⅵ)的还原过程是通过微生物的代谢过程进行的。希瓦氏菌是一种具有抗重金属的好氧、厌氧的革兰氏阴性菌，广泛分布于环境中，并能够利用Cr(Ⅵ)为电子受体进行还原，将其转化为Cr(Ⅲ)。但是由于希瓦氏菌不能直接将电子从细胞内部传递给Cr(Ⅵ)，需要依赖一种叫做“胞外电子传递介体”的物质才能完成Cr(Ⅵ)的还原。
为了提高Cr(Ⅵ)还原的效率并实现污染控制，近年来，不少研究团队探索了多种胞外电子转移体系以及载体材料的应用。石墨烯因其高比表面积、导电性和化学稳定性等特点而备受关注，已经展示出在微生物降解污染物方面的广阔应用前景。因此，本项目将探讨石墨烯膜作为胞外电子传递介体能否提高希瓦氏菌厌氧Cr(Ⅵ)的还原效率，并探究其胞外电子传递机制，为解决含铬废水处理难题提供理论指导和实际应用价值。
二、研究内容和技术路线
1.实验材料的准备
(1)希瓦氏菌和Cr(Ⅵ)的预处理和挑选
(2)石墨烯膜的制备
2.希瓦氏菌厌氧Cr(Ⅵ)还原效率的比较
(1)对比石墨烯膜作为胞外电子传递介体和无载体时的希瓦氏菌Cr(Ⅵ)还原效率。
(2)在不同的石墨烯膜载荷下比较效率。
3.胞外电子传递机制的研究
(1)利用循环伏安法和LLS光谱分析探究石墨烯膜对电子传导的影响机制。
(2)利用TEM和SEM观察希瓦氏菌细胞与石墨烯膜的相互作用及还原Cr(Ⅵ)的机制。
4.文章撰写和发表
三、研究基础和条件
本研究选择已有的CR(VI)还原的微生物菌株，利用基本的微生物学技术和电化学实验技术，结合超微结构表征技术和数据分析方法，探究石墨烯膜作为胞外电子传递介质的传递机制,本实验室已经具备了相关条件和实践基础。因此，本项目具备实现的条件，能够顺利开展实验研究任务。
四、预期成果
1.比较石墨烯膜作为胞外电子传递介质和无载体时，对希瓦氏菌Cr(Ⅵ)还原效率的影响。
2.研究石墨烯膜在胞外电子传递中的作用机制，深入了解其加速Cr(Ⅵ)还原的作用方式。
3.发表相关领域的高水平学术论文，为解决含铬废水处理难题提供新思路和实际应用价值。
五、参考文献：
1.杨艳萍，刘亚菲，张萍，郑智博，赵素华.新型水处理材料石墨烯-奈米铁催化去除氯仿[J].环境污染与防治,2015,07:464-468.
2.王亚瑞,刘庆华,郑威,等.石墨烯及其衍生物在环境治理中的研究进展[J].林业工程学报,2018,03:1-10.
3.NatashiaBoland,BelindaFerrari,RatnaTantra,etal.GrapheneOxideInhibitstheBacterialGrowthandMetabolism[J].NanoLetters,2012,12(2):854-860.
4.ZhijianSu,WeiZhu,TzahiY.Cath,etal.Graphene-BasedNanoporousElectrodes:TheRelationshipbetweenPoreSizeandCapacitance[J].ACSNano,2013,7(9):8066-8073.