硫酸盐还原菌介导的厌氧碳酸盐沉淀及其在地质CO2封存中的增效机制研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Sulfate reducing bacteria–induced carbonate precipitation under anaerobic conditions: Influencing factors and implications for geological CO 2 sequestration

本研究系统探讨了硫酸盐还原菌（SRB）在厌氧条件下诱导碳酸盐沉淀的关键影响因素及其对地质CO2封存（GCS）的强化作用。通过调控碳源、Ca2+浓度和pH等参数，揭示了SRB代谢驱动的碱度累积机制如何促进CaCO3沉淀（矿物捕集），为优化碳封存效率提供了新策略。

　　

章节亮点

菌株与培养基制备

模式硫酸盐还原菌（SRB）——普通脱硫弧菌（Desulfovibrio vulgaris, CGMCC 1.5190）来自中国普通微生物保藏中心。该菌以其高硫酸盐还原速率（每日3.5至624 mM SO₄^2?）成为生物矿化研究的经典模型。

碳源驱动的生物地球化学响应

碳源类型显著影响SRB生长与矿物沉淀动力学（图2）。乳酸凭借其高生物利用度成为最优碳源，推动菌体密度（OD₆₀₀≈1.5）与碱度同步攀升，而甲酸盐则呈现缓慢但持续的生长趋势。不同碳源背景下pH与碱度的分化，直接关联碳酸钙（CaCO₃）与硫化铁（FeS）的共沉淀效率。

碱度驱动的调控机制

碱度被证实是串联SRB代谢与矿物沉淀的核心枢纽（图8）。菌体生长（OD₆₀₀）与碱度积累呈强正相关，其来源包括硫酸盐还原过程的质子消耗（SO₄^2?+ 8e? + 10H? → H₂S + 4H₂O）以及CO₂向碳酸盐的转化。高碱度环境不仅加速矿物成核，更通过微观结构分析显示其对晶体形貌的定向调控作用。

结论

本研究通过多参数协同分析，构建了以碱度为核心的SRB诱导碳酸盐沉淀机制框架，为地质CO₂封存的生物强化策略提供了理论依据与工程化路径。