微生物诱导磷酸盐沉淀法合成生物羟基磷灰石对镉吸附的增效机制：无机矿物与胞外聚合物的协同作用

针对化学合成纳米羟基磷灰石(nHAP)在镉(Cd)污染修复中性能不足的问题，四川大学团队通过微生物诱导磷酸盐沉淀(MIPP)技术合成生物羟基磷灰石(BHAP)，发现其Cd吸附容量达142.86 mg/g，是nHAP的2.14倍。研究揭示了BHAP的增效机制源于粒径减小和比表面积(BET)增加，同时首次阐明胞外聚合物(EPS)通过C=C/C=O和O=C-O基团参与吸附，为生物矿物设计提供了新思路。

　　

镉(Cd)作为环境中难以降解的重金属污染物，通过食物链在人体器官累积，可导致肾毒性、骨损伤甚至癌症。当前化学合成的纳米羟基磷灰石(nHAP)虽广泛用于重金属修复，但其吸附性能(66.67 mg/g)难以满足实际需求。微生物诱导磷酸盐沉淀(MIPP)技术因其环境友好特性成为合成生物羟基磷灰石(BHAP)的新途径，但BHAP与nHAP的吸附差异机制尚不明确。四川大学研究团队通过MIPP工艺利用Burkholderia sp. QY14合成BHAP，系统比较其与nHAP的Cd吸附效能，并首次揭示无机矿物与胞外聚合物(EPS)的协同作用机制。

研究采用微生物培养结合材料表征技术，通过吸附动力学实验比较BHAP与nHAP性能差异，利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)解析吸附机制，并通过制备EPS富集型BHAP(BHAP-1)和EPS包被nHAP(EPS-nHAP)验证EPS功能。

Preparation of biogenic hydroxyapatite
通过MIPP工艺合成的BHAP展现出独特微观结构，其Cd吸附容量达142.86 mg/g，远超nHAP。微观分析表明，BHAP粒径减小和BET比表面积增加是性能提升的关键。

The adsorption of Cd by BHAP and nHAP
动力学实验显示BHAP在100-200 mg/L高浓度Cd条件下仍保持80%以上去除率，而nHAP仅40.19%。等温吸附模型证实BHAP最大吸附量是nHAP的2.14倍。

Conclusion
研究揭示BHAP通过三种机制协同吸附Cd：晶体结构中Ca²⁺与Cd²⁺的离子交换、溶解-再沉淀形成Cd₃(PO₄)₂、以及表面-OH基团络合。特别发现EPS中的C=C/C=O和O=C-O基团贡献额外吸附位点，但过量EPS会因空间位阻降低吸附效率。

该研究发表于《Environmental Research》，首次阐明MIPP法合成BHAP的结构-效能关系，提出EPS调控策略，为设计高性能生物矿物吸附剂提供理论依据。研究不仅推动重金属污染修复技术的发展，也为微生物矿化机制研究开辟新视角，具有重要的环境工程应用价值。