微生物驱动甲酸生成与固定化PdNPs生物合成的卤代有机污染物脱氯创新策略

针对卤代有机污染物(HOPs)修复中氢供体添加和催化剂脱附的难题，研究人员开发了基于基因工程Shewanella oneidensis MR-1的两阶段反应器系统。通过工程菌自产甲酸作为氢供体，结合海藻酸珠固定化生物合成钯纳米颗粒(PdNPs)，实现了2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)10小时内完全脱氯，为实际水体修复提供了新技术路径。

　　

卤代有机污染物（HOPs）如同潜伏在环境中的"化学定时炸弹"，其碳-卤键（C-X）高达222-456 kJ/mol的离解能使其在自然界顽固累积。以2,4,6-三氯苯酚（2,4,6-TCP）为例，这种被列为优先控制污染物的物质在工业废水中浓度可达mg/L级，仅0.36 μg/L的长期暴露就会引发人体内分泌紊乱。传统微生物修复面临降解速率低、催化剂易流失等瓶颈，而化学合成的钯纳米颗粒（PdNPs）虽具优异氢化活性，却存在环境风险与回收难题。

安徽大学的研究团队在《International Biodeterioration》发表的研究中，巧妙融合合成生物学与纳米技术，构建了"微生物工厂+纳米催化剂"的两阶段修复系统。通过基因改造Shewanella oneidensis MR-1强化甲酸生产（第一阶段），再将其与生物合成的PdNPs共固定于海藻酸珠（第二阶段），形成自给式脱氯反应器。关键技术包括：工程菌的甲酸脱氢酶基因改造、PdNPs的生物矿化合成、双反应器串联设计，以及实际水样验证体系。

【Biosynthesis and characterization of PdNPs】
研究发现乳酸作为碳源时，Pd(II)还原速率适中（100 μM Pd(II)在4小时完全还原），更适合后续固定化操作。X射线光电子能谱证实生物合成的PdNPs以金属态Pd⁰为主，粒径分布20-50 nm，且海藻酸珠固定使催化剂保留率提升85%。

【Two-stage reactor performance】
第一阶段反应器中工程菌可稳定积累2.04 mM甲酸，相当于传统H₂供体系统的3.2倍效率。第二阶段对40 μM 2,4,6-TCP的脱氯效率达100%，产物分析显示遵循逐级脱氯路径：2,4,6-TCP→2,4-DCP→4-CP→苯酚。在pH 7.0、乳酸浓度5 mM条件下，反应器对实际水体中TCP去除率保持92%以上。

【Conclusions】
该研究开创性地将微生物代谢工程与纳米催化技术耦合，解决了传统HOPs修复中氢供体安全投加与催化剂回收两大痛点。工程菌自产甲酸避免了H₂的易燃风险，固定化PdNPs使催化剂流失率降低至0.8 mg/L以下。特别值得注意的是，该系统对双氯芬酸等其它HOPs同样展示出60-75%的去除效率，为复杂污染物协同治理提供了新思路。这种"生物生产-纳米催化"的模块化设计理念，有望推动水处理技术向绿色化、智能化方向发展。