藻酸盐-聚乙烯醇固定化铜绿假单胞菌生物复合材料去除亚甲基蓝的动力学及降解机制研究

本研究针对工业废水中难降解染料亚甲基蓝(MB)的污染问题，创新性地采用藻酸盐-聚乙烯醇(Alg-PVA)固定化铜绿假单胞菌(PA)构建生物复合材料(Alg-PVA-PA)。结果表明，固定化体系对MB的去除效率(72.52%)显著高于游离细胞(55.52%)，吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型，LC-QTOF/MS鉴定出4种降解产物，经5次循环仍保持35%以上去除率，为染料废水处理提供了经济高效的解决方案。

　　

合成染料亚甲基蓝(MB)作为纺织、造纸等行业广泛使用的染色剂，其废水排放对生态环境和人类健康构成严重威胁。这种阳离子染料不仅具有致突变性和致癌性，还会抑制水生生物的光合作用，破坏水体生态平衡。传统处理方法如吸附、光催化等存在成本高、二次污染等问题，而游离微生物降解又面临细胞流失、环境敏感性等挑战。针对这一难题，研究人员开发出新型生物固定化技术，通过将高效降解菌封装于聚合物基质中，实现染料的可持续去除。

本研究采用藻酸盐(Alg)和聚乙烯醇(PVA)复合凝胶固定铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，构建Alg-PVA-PA生物复合材料。通过紫外分光光度法测定MB去除率，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱(SEM-EDX)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料特性，运用液相色谱-四极杆飞行时间质谱(LC-QTOF/MS)鉴定降解产物。动力学和等温吸附实验揭示去除机制，并通过5次循环实验评估材料稳定性。

研究结果显示，Alg-PVA-PA对MB的去除效率达72.52%，显著高于游离细胞(55.52%)和空白载体(43.12%)。XRD证实材料呈无定形结构，SEM显示其具有利于微生物固定的多孔形貌。吸附过程符合准二级动力学模型(R²=0.9474)，表明以化学吸附为主；Langmuir等温模型(R²=0.9258)显示最大吸附容量为28.9017 mg/g。优化实验确定最佳条件为pH 7、35℃、48小时。LC-QTOF/MS检测到azure A(m/z 256)、thionine(m/z 225)等4种中间产物，推导出以N-去甲基化为主的降解途径。材料经5次循环后仍保持35%活性，展现出良好应用潜力。

该研究创新性地将微生物固定化技术与材料科学相结合，解决了传统生物处理中细胞易流失的瓶颈问题。Alg-PVA-PA生物复合材料兼具吸附和生物降解双重功能，其可重复使用特性大幅降低处理成本。提出的降解途径为MB的生态风险评估提供理论依据，开发的技术路线可扩展至其他难降解污染物的治理。研究成果发表于《Biotechnology Reports》，为工业废水处理提供了绿色高效的解决方案，对推动环境污染治理技术进步具有重要意义。