磁性固定化细菌微球高效去除水体中磷酸三丁酯（TBP）及其在重金属共污染条件下的强化机制研究

针对有机磷阻燃剂TBP与重金属共污染难题，深圳大学团队开发了Fe3O4-PVA-SA固定化细菌微球体系。研究表明，200 nm Fe3O4复合微球在pH 8.0、35℃条件下，4天内对5 mg/L TBP去除率达81.72%，较游离菌提升31%，且在Cd2+等重金属胁迫下仍保持80%去除率。该技术兼具磁回收特性和5次循环稳定性，为复杂污染水体修复提供新策略。

　　

随着有机磷阻燃剂（OPFRs）逐步取代溴系阻燃剂，磷酸三丁酯（TBP）作为典型代表在环境中广泛检出。这种物质不仅具有生物蓄积性和持久性，更会干扰内分泌系统、诱发基因突变，甚至与重金属形成复合污染，使得传统生物修复技术面临巨大挑战。现有研究表明，游离态降解菌在重金属胁迫下活性显著降低，而常规固定化材料又难以兼顾机械强度与功能持续性。如何开发兼具高效降解能力和环境抗逆性的生物修复材料，成为环境微生物学领域亟待突破的瓶颈问题。

针对这一科学难题，深圳大学的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表创新性研究成果。该研究巧妙融合材料科学与环境微生物学，设计出Fe₃O₄-PVA-SA三元复合固定化体系，以鞘氨醇单胞菌（Sphingobium xenophagum）为功能菌株，系统解析了该体系在TBP-重金属复合污染中的强化去除机制。研究采用扫描电镜表征微生物形貌，通过傅里叶红外光谱分析活性官能团，结合批次降解实验评估不同粒径Fe₃O₄（20/100/200 nm）的增效作用，并采用磁回收技术实现材料循环利用。

菌株特性与固定化材料设计
扫描电镜显示Sphingobium xenophagum呈短杆状，表面具有丰富疏水结构，这种形态特征有利于TBP的吸附降解。固定化材料选择兼具生物相容性的海藻酸钠（SA）和高机械强度的聚乙烯醇（PVA），通过引入不同粒径磁性Fe₃O₄构建三维网络结构。红外光谱证实复合微球含有大量-OH、-COOH等活性基团，为微生物提供理想附着位点。

环境参数优化
在35℃、pH 8.0的最适条件下，200 nm Fe₃O₄复合微球表现出最优性能。其比表面积较普通PVA-SA微球增加40%，4天内对5 mg/L TBP的去除率达81.72%，显著高于游离菌的62.23%。动力学分析显示固定化使降解半衰期缩短1.8倍。

重金属抗性机制
在Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺单一及复合污染体系中，200 nm Fe₃O₄微球表现出卓越稳定性。其中Cd²⁺对游离菌抑制率达45%，而固定化体系仍维持80%去除率。研究揭示微球基质能有效吸附重金属离子，减少其对菌体的直接毒性。

工程应用性能
经过5次循环使用和50天4℃储存后，200 nm Fe₃O₄微球仍保持90%初始活性。磁回收实验表明在外加磁场下10分钟内可实现100%材料回收，大幅降低运营成本。

该研究突破性地将纳米材料特性与微生物固定化技术相结合，不仅阐明Fe₃O₄通过增强电子传递促进降解的分子机制，更开创性地验证了该体系在复杂污染场景中的普适性。作者Si-Yi Ren等提出的"磁性保护-生物降解"协同模型，为发展智能化生物修复材料提供新范式。这项成果对实现《新污染物治理行动方案》中OPFRs的控制目标具有重要实践价值，其设计思路可延伸应用于其他难降解有机物的治理领域。