硫化修饰纳米零价铁协同调控微藻胞外聚合物选择性去除的机制与效能

针对微藻废水处理中代谢活性低、生长缓慢及胞外聚合物(EPS)过度积累的难题，本研究创新性地将硫化修饰纳米零价铁(SNZVI)引入微藻培养体系。结果表明，SNZVI通过硫物种调控(S2?/S22?摩尔比)使生物量提升70.3%，EPS含量降低55.2%，并揭示其通过电子转移机制(电子转移阻力与双电层电容关联UV254去除率k1,k2)促进芳香族污染物转化的规律，为金属纳米材料在微藻水处理中的理性设计提供理论依据。

　　

微藻生物修复技术作为传统废水处理的替代方案，长期受限于微藻在废水基质中的低代谢活性、缓慢生长速率以及处理过程中过量积累的胞外聚合物(EPS)。这些EPS不仅影响下游处理效率，还会产生消毒副产物和膜污染问题。尽管已有研究尝试通过菌种选育、营养补充等方式提升微藻产量，但如何同步解决EPS积累问题仍是技术瓶颈。与此同时，纳米零价铁(NZVI)虽在环境修复中展现出潜力，但其在含氧环境中易氧化失活、电子利用率低的缺陷限制了应用。

针对这一系列挑战，浙江大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，创新性地将硫化修饰纳米零价铁(SNZVI)整合到微藻培养系统。通过控制硫化度(S/Fe=0.028)，不仅显著提升微藻生物活性，还实现了EPS的高效转化。研究采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征材料形貌，结合三维荧光光谱(3D-EEM)解析EPS组分变化，并运用电化学测试阐明电子转移机制。

材料表征与EPS组分分析
SEM/TEM显示SNZVI具有核壳结构，硫化使粒径略微增大。3D-EEM检测到EPS含可溶性微生物产物(Region IV)和芳香蛋白(Region III)特征峰，为后续转化机制研究奠定基础。

生物效应与EPS去除效能
SNZVI使微藻生物量提升70.3%，同时降低EPS浓度55.2%。动力学分析表明，SNZVI对溶解性有机碳(DOC)的去除速率常数(k₂)达0.199 g(mg C)^-1h^-1，是NZVI的1.65倍，对芳香化合物的吸附容量(0.909 cm^-1·L·g^-1)实现翻倍。

硫物种作用机制
表面硫形态(S^2?/S₂^2?摩尔比)与芳香物降解速率呈强线性相关(R²>0.95)。电化学测试揭示UV₂₅₄去除率(k₁,k₂)与电子转移阻力、双电层电容密切相关，证实SNZVI通过电子介导促进EPS中多酚类物质82%的转化。

结论与意义
该研究首次阐明SNZVI在微藻体系中的双重作用：既作为生物刺激剂提升微藻活力，又作为电子穿梭体介导EPS转化。硫修饰通过抑制氢氧化物生成、维持活性位点，使材料在含氧环境中保持高反应活性。这些发现为复杂水体中金属纳米材料的精准调控提供了新思路，推动微藻废水处理技术向高效、低残留方向迈进。研究获得国家重点研发计划(2022YFC3203403)等项目的支持。