绿色工程化铁纳米复合材料强化微生物脱氮：高浓度无机氮废水处理的可持续策略

针对高浓度无机氮废水处理中微生物脱氮效率受限的问题，贵州大学团队创新性地采用茶多酚(TP)绿色还原法合成沸石(Ze)负载硫化纳米零价铁(TP-Ze-NZVI/S)复合材料。该材料显著提升Pseudomonas fragi EH-H1菌株的脱氮性能，对硝酸盐(NO3-)、亚硝酸盐(NO2-)和铵盐(NH4+)的去除率分别达99.49%、71.20%和95.68%，并通过增强氮代谢基因表达和电子传递系统活性揭示了作用机制，为工业废水处理提供了环境友好型纳米材料解决方案。

　　

随着工农业快速发展，含高浓度无机氮废水对水生态系统构成严峻威胁。传统生物脱氮技术面临微生物在100 mg/L以上氮负荷时效率骤降的瓶颈，而纳米零价铁(NZVI)虽具应用潜力，却存在易聚集、氧化失活等缺陷。贵州大学团队在《Environmental Research》发表的研究，通过绿色合成技术开发出新型TP-Ze-NZVI/S复合材料，为突破这一技术壁垒提供了创新方案。

研究采用真空还原法合成材料，通过温度/pH优化、X射线光电子能谱(XPS)表征确定最佳制备参数，结合酶活性检测、转录组分析和毒性评估等多维度验证。使用含NH₄⁺/NO₃^-的模拟废水体系，系统评价了材料对Pseudomonas fragi EH-H1菌株脱氮性能的强化作用。

【Synthesis and characterization of TP-Ze-NZVI/S】
通过80°C真空条件下TP还原Fe₂SO₄·7H₂O与Ze混合物，成功制备出粒径均匀的复合材料。XPS分析证实材料中Fe⁰占比达68.7%，且硫化物层有效延缓了NZVI氧化。

【Optimization of the TP-Ze-NZVI/S preparation conditions】
确定50°C、pH 8、Ze/Fe=1:2、S/Fe=1:2为最佳合成条件，此时铁负载量达8.73 mg/L。温度过高会导致TP降解，而pH影响铁物种的化学形态分布。

【Enhanced nitrogen removal performance】
TP-Ze-NZVI/S使EH-H1对NO₃^--N和NH₄⁺-N的同步去除率提升至93.74%和87.87%，较单独菌株提高63.35%和30.04%。气相色谱检测显示N₂O排放量降低42%，证实其促进完全反硝化。

【Mechanistic insights】
材料使硝酸盐还原酶(NAR)活性提升2.1倍，ATP含量增加178%。转录组分析显示napA(硝酸盐还原酶基因)和nirS(亚硝酸盐还原酶基因)表达量分别上调4.7倍和3.9倍，电子传递链复合体III活性显著增强。

该研究开创性地将绿色合成纳米材料与微生物修复相结合，不仅解决了NZVI应用中的稳定性难题，更通过多组学分析阐明了材料-微生物互作机制。TP-Ze-NZVI/S在提升脱氮效率的同时减少碳源需求，为食品加工、养殖业等高氮废水处理提供了经济高效的解决方案，对实现"双碳"目标下的水环境治理具有重要实践意义。