零价铁耦合乳酸菌在缺氧-好氧交替系统中增强对硝基苯酚降解的绿色可持续机制

针对零价铁(ZVI)在类芬顿反应中易钝化的问题，研究人员创新性地构建了乳酸菌(LAB)-ZVI耦合系统，通过LAB在缺氧/好氧条件下分别产生乳酸(LA)和H2O2的特性，实现了对硝基苯酚(p-NP)的长期稳定降解，揭示了LA-Fe(Ⅱ/Ⅲ)络合促进ROS生成与LAB抗氧化保护的协同机制，为绿色环境修复提供了新策略。

　　

在环境污染治理领域，硝基苯酚类化合物因其毒性和持久性成为棘手难题。传统零价铁(ZVI)技术虽成本低廉，但在类芬顿(Fenton-like)反应中易形成钝化层而失效，化学试剂的添加又可能造成二次污染。与此同时，自然界广泛分布的乳酸菌(LAB)展现出独特的代谢特性——缺氧时分泌乳酸(LA)，有氧时产生H₂O₂，这为开发绿色修复技术提供了灵感。

河海大学的研究团队在《Bioresource Technology》发表的研究中，创新性地将嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)与ZVI耦合，构建了LAB-ZVI生物化学协同系统。通过交替缺氧-好氧环境模拟实验，结合动力学分析、ROS检测和抗氧化酶活性测定，系统揭示了该体系降解p-NP的分子机制与微生物保护策略。

研究采用三个关键技术方法：1) 建立动态缺氧-好氧交替反应系统；2) 运用电子顺磁共振(EPR)鉴定ROS种类；3) 通过超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等活性分析评估LAB抗氧化能力。

降解动力学与途径
在缺氧阶段，LAB-ZVI系统对p-NP的降解速率(0.052 min^-1)显著高于单独ZVI(0.017 min^-1)，p-NP先被还原为对氨基苯酚(p-AP)，继而裂解为小分子。LA通过络合Fe(Ⅱ/Ⅲ)延缓ZVI钝化，同时产生的电位差(ψ)促进ROS生成。

ROS调控机制
好氧条件下，LAB分泌的H₂O₂诱发ZVI类芬顿反应产生·OH。值得注意的是，虽然ZVI促进胞外·OH生成，但通过增强胞外多糖(EPS)分泌和抗氧化酶活性，LAB能有效清除ROS，维持细胞活性。

微生物保护策略
Fe(Ⅱ/Ⅲ)的释放显著提升SOD、CAT等酶活性，EPS则通过调控抗氧化酶减缓氧化损伤。这种"攻守兼备"的设计使LAB在维持ZVI高活性的同时避免自身死亡，实现系统长期稳定运行。

该研究突破性地将微生物代谢特性与化学催化相结合，构建了自维持的污染物降解循环：缺氧阶段LA修复ZVI活性，好氧阶段H₂O₂驱动污染物氧化。相比传统方法，这种完全基于生物化学协同作用的系统无需添加化学试剂，成本降低80%以上。研究不仅为ZVI技术的工程化应用提供了新思路，其揭示的微生物-材料互作机制对开发其他"生物功能材料"具有重要启示意义。