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在废水处理中，传统絮凝剂存在诸多弊端，为寻找更高效环保的替代品，研究人员开展了利用非致病性栖居库克菌（Kytococcus sedentarius）生物絮凝剂合成并优化铜纳米颗粒（CuNPs）的研究。结果显示 CuNPs 性能优异，有潜力用于废水处理。
在环保意识日益增强的当下，废水处理成为全球关注的焦点。传统絮凝剂在废水处理过程中扮演着重要角色，但无机和有机合成絮凝剂存在诸多问题。无机絮凝剂可能会引入重金属等污染物，对环境造成二次污染；有机合成絮凝剂不仅成本高，而且部分产品难以生物降解，会在环境中残留，危害生态平衡和人类健康 。相比之下，天然生物絮凝剂虽具有环境友好的优势，但其产量低、成本高，限制了大规模应用。为了攻克这些难题，寻找一种高效、环保且经济的絮凝剂迫在眉睫，在此背景下，纳米技术应运而生，研究人员尝试利用纳米材料独特的性能来优化废水处理过程，铜纳米颗粒（CuNPs）因其特殊性质成为研究热点 。
在这样的背景下，来自未知研究机构的研究人员开展了一项利用非致病性栖居库克菌（
Kytococcus sedentarius）生物絮凝剂合成并优化 CuNPs 的研究，相关成果发表在《Biotechnology Notes》上。这项研究意义重大，若 CuNPs 能成功应用于废水处理，将为解决全球废水处理难题提供新的方向，有望替代传统絮凝剂，推动环保产业的发展。
研究人员在此次研究中主要运用了以下关键技术方法：一是生物合成技术，通过培养栖居库克菌，提取生物絮凝剂，与硫酸铜反应合成 CuNPs；二是多种材料表征技术，利用 X 射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析仪（TGA）和紫外 - 可见分光光度计（UV - Vis）对 CuNPs 进行全面表征，以确定其结构、形貌、成分和性能；三是絮凝性能测试技术，评估不同条件下 CuNPs 和生物絮凝剂的絮凝效果；四是抗菌活性测试技术，采用 Kirby - Bauer 纸片扩散法测定其对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抗菌活性。
研究结果
- UV - Vis 分析：通过分析吸收峰，在 275nm 处出现的表面等离子体共振（SPR）峰，证实了 CuNPs 的形成。生物絮凝剂在 250 - 300nm 有弱峰，表明含有蛋白质。随着波长增加，CuNPs 的峰值降低，进一步确认了其成功合成 。
- FT - IR 分析：在 3255cm-1和 3312cm-1处的拉伸带，表明存在胺基和羟基的重叠。在 2923cm-1处的 CH 振动基团以及在 559cm-1处的 Cu - O 键振动带，都显示了 CuNPs 的特征，同时也表明样品为糖衍生物，其功能基团有助于结合和稳定 CuNPs 。
- XRD 分析：XRD 结果表明 CuNPs 具有晶体性质，呈单斜晶系，与标准铜的 JCPDS 卡（89 - 5899）匹配。通过 Debye - Sherrer 方程计算，其平均晶粒尺寸为 28.3nm 。
- SEM 分析：SEM 图像显示，CuNPs 和生物絮凝剂在结构上有明显差异，CuNPs 结构更无定形，这表明 CuNPs 成功合成，且其结构影响絮凝性能 。
- 元素分析：元素分析证实铜是 CuNPs 的主要元素之一，同时含有碳、氧等多种元素。铜元素的成功掺入以及各元素的分布，影响了 CuNPs 的结构和性能 。
- TEM 分析：TEM 图像显示 CuNPs 存在团聚现象，形状不规则，估计尺寸约为 26nm，与 XRD 计算结果相近 。
- TGA 分析：TGA 分析表明，在 900°C 时，CuNPs 比生物絮凝剂更具热稳定性，重量保留率达到 70%，而生物絮凝剂仅为 50% 。
- 絮凝特性分析
- 剂量大小的影响：CuNPs 的最佳絮凝剂量为 0.2mg/mL，此时絮凝效率可达 92%。剂量增加会降低絮凝效率，而生物絮凝剂在 0.8mg/mL 时絮凝活性最高，但低剂量时效果不佳 。
- 阳离子的影响：CuNPs 在不添加阳离子的情况下絮凝效果最佳，达到 92%，且避免了二次污染和成本增加，而生物絮凝剂则依赖阳离子，添加 K+时絮凝活性为 86% 。
- pH 的影响：CuNPs 在中性条件（pH7）下絮凝活性最高，为 98%，酸性或碱性条件下会降低；生物絮凝剂则在酸性 pH3 时絮凝活性较高，为 78% 。
- 温度的影响：未加热的 CuNPs 絮凝活性最高，在 121°C 时仍能保持 90% 以上的活性，比生物絮凝剂更具热稳定性 。
- 盐度浓度的影响：CuNPs 在高盐浓度下保持稳定，在 5g/L 时絮凝活性最佳，为 98%，即使在 35g/L 的高浓度下，絮凝活性仍大于 85%；生物絮凝剂在 5g/L 时絮凝活性为 78% 。
- 抗菌活性评估：CuNPs 对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）均有抗菌活性，对金黄色葡萄球菌的敏感性更高。随着 CuNPs 浓度增加，对金黄色葡萄球菌的抗菌效果反而下降；对大肠杆菌，在较高浓度下才表现出抗菌活性。生物絮凝剂的抗菌活性较弱 。
研究结论与讨论
研究人员成功利用非致病性栖居库克菌生物絮凝剂以环保的方式合成了 CuNPs。通过多种表征技术确认了 CuNPs 的结构、成分和性能，其具有良好的热稳定性，在多种条件下表现出优异的絮凝性能，且对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抗菌活性 。这些结果表明，CuNPs 在废水处理领域具有巨大的应用潜力，有望取代传统絮凝剂。然而，目前的研究仍存在一定局限性，如纸片扩散法存在约束，需要进一步采用不同技术进行验证。未来研究可在此基础上，深入探索 CuNPs 的作用机制，优化合成和应用条件，提高其在实际废水处理中的效率和稳定性，为环保事业提供更有效的技术支持。
