近日，由我院曹迪副教授指导的2024级微生物方向硕士研究生何恬田在2025年7月发表一篇中科院二区期刊《Applied Surface Science》（IF:6.9）的研究论文，题目为“Characterization of two types of magnetically cured microspheres for the adsorption and degradation of petroleum contaminants”，该研究系统的解析了磁性稻壳微球和磁性碳纳米管微球对石油吸附和降解的机制及其影响因素。
研究背景聚焦于日益严重的石油污染问题。传统的石油污染修复技术包括物理、化学方法，但这些方法存在成本高、效率低等问题。近年来，生物修复技术因其环保和经济性受到关注，但微生物在污染环境中存活和繁殖受到限制。因此，开发一种高效、稳定的微生物固定化技术成为解决石油污染的关键。
研究亮点在于（1）石油降解细菌 LD23 成功嵌入磁性微球。（2）MCNT-MS 具有优异的孔径、比表面积和磁性能。（3）MCNT-MS 的石油降解率可达 60.61 ± 0.89 %。（4）MCNT-MS 在 168 小时后表现出良好的吸附能力和酶活性。（5）MCNT 具有高效的电子传输和窄带隙特性。
全文主要内容（1）使用磁性稻壳炭（MRHC）和磁性碳纳米管（MCNT）作为吸附载体，并选择了石油降解细菌LD23来制备磁性固化微球。（2）通过多种分析技术，研究了这两种磁性固化微球的物理化学性质、细菌活性、吸附性能及其稳定性。（3）利用密度泛函理论（DFT），揭示了MCNT和MRHC对石油污染物的吸附机制。MCNT的优异吸附性能主要归因于其高化学活性和电子跃迁效应，而MRHC则表现出显著的静电吸附特性。（4）通过测定降解动力学，验证了磁性固化微球对石油的降解效果。（5）研究结果表明，MCNT-MS具有更优的比表面积、孔径、孔体积和磁响应。MCNT-MS的最大吸附容量是其他材料的1.61倍。
研究结论确证了MCNT-MS在石油污染修复方面的应用潜力：（1）MCNT-MS的孔隙率、比表面积、孔体积、磁强度和表面功能基团均优于MRHC-MS。（2）MCNT-MS的功能基团上细菌分布更加均匀。（3）MCNT-MS的吸附过程符合伪二级动力学模型和 Freundlich模型，其吸附效果优于MRHC-MS。（4）MCNT通过界面轨道杂化实现了高效的电子传输和活性位点优化，具有窄能隙特性，显著提升了复合材料的磁性、催化效率和吸附效果。（5）MCNT-MS在石油降解方面符合二级降解动力学。
Graphical abstract
Fig. 1. Characterization of magnetic beads and fluorescence staining of LD23 bacteria in: (a, b) MRHC, (c–e) MRHC-MS, (f, g) MCNT, (h–j) MCNT-MS, (k,m) MRHCMS and (l,n) MCNT-MS.
Fig. 2. The N2 adsorption − desorption isotherms and pore size distribution of the two types of microspheres: (a) MRHC-MS without bacterial embedding, (b) MRHCMS with bacterial embedding, (c) MCNT-MS without bacterial embedding, and (d) MCNT-MS with bacterial embedding
Fig. 3. The XPS results of the two types of magnetic microspheres: (a-b) total spectra and (c-d) C1s spectra, (e-f) N1s spectra, (g-h) O1s spectra, (i-j) Fe2p spectra, (k)surface oxygen functional group content and (l) Contact angle test results.
Fig. 4. Electrostatic potential, LUMO-HOMO and adsorption configuration: (a-b) electrostatic potential analysis, (c-f) frontier molecular orbital LUMO-HOMO and (g-h) adsorption configuration and adsorption energy.
研究得到了黑龙江省寒区环境微生物与农业废弃物资源化利用重点实验室科研平台支持，并获得黑龙江省教育厅( UNPYSCT-2018084 )以及黑龙江八一农垦大学研究生创新研究项目( YJSCX2024-Y32 )的共同资助。
