论文部分内容阅读
苯酚是一种重要的有机工业的原料,于各类化工和药物合成中被广泛的应用。严重的环境污染问题也随之而来。目前,世界上许多国家已将苯酚列入了保护环境优先控制的污染物。由于苯酚有着“致癌、致畸、致突变”的三致效应,对人类的正常生活和动植物的生长繁殖有着严重的危害,因此如何无害化处理含苯酚废水是亟待解决的问题。在众多解决苯酚污染的方法中,固定化微生物法降解苯酚因其独特的优势而越受到关注,方法在相对高浓度下较为彻底的去除苯酚的同时且不会对环境产生二次污染。因此,本研究主要设计了一种将假单胞菌固定在改性的秸秆表面的生物材料,使其同时具有降解和吸附能力,用来处理苯酚的水污染。具体内容如下:（1）测定了四株能够降解芳香族化合物菌株的苯酚降解能力,从中选出了两株能有效降解苯酚的细菌:恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida,CICC 21906）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa,PAO1）,将这两株菌进行了驯化并使其降解稳定,21906菌最大耐受降解浓度为1000 mg/L,降解时间为240 h,PAO1菌最大耐受降解浓度为1500 mg/L,降解时间为152 h;（2）采用化学胺化法对原秸秆进行了改性,制备了阳离子秸秆,并对材料进行了表征。结果显示:红外光谱分析数据表明,与原秸秆相比,1332 cm-1处新出现了C-N键的特征吸收峰,在1392 cm-1处出现的特征吸收峰与N-H键有关,除此之外,C-Cl键的特征吸收峰也出现在618 cm-1处,证明了胺化过程中胺化试剂与秸秆成功进行了反应,也证明了胺基官能团的成功引入;元素分析数据结果表明,N元素的含量从0.58%显著提高到8.79%,增加了约15倍,说明在阳离子秸秆制备过程中,胺化试剂取代了羟基、羧基等官能团,导致大量含氮基团接枝到秸秆上;Zeta电位分析数据表明,原秸秆在p H 2～12范围内均带负电荷,而阳离子秸秆的等电点p Hpzc为8.89,表明在p H低于8.89时,秸秆表面均带有正电荷,表明了改性成功接枝上了正电的胺基基团。以阳离子秸秆为载体,21906菌为苯酚降解菌,经过固定化后制备的固定化21906生物材料的最大去除苯酚浓度1200mg/L,去除时间216 h,相比于游离菌最大去除苯酚浓度提高了200 mg/L,在1000 mg/L苯酚浓度下的去除时间缩短了48 h;此外,在不同p H条件下,制备的生物材料对苯酚的降解效率远高于游离细菌。特别是在较低的p H值5下,生物材料的降解效率几乎是游离菌的两倍。（3）对原秸秆进行了碱预处理,之后对预处理的秸秆进行了胺化法的改性,制备了胺化秸秆,并对材料进行了表征。红外光谱分析数据表明,与原秸秆相比,在1363 cm-1处的强吸收峰为C-N键的特征吸收峰,在1463 cm-1处的强吸收峰为N-H键的特征吸收峰,在863 cm-1处的强吸收峰为C-Cl键的特征吸收峰,它们的存在代表着胺化试剂与秸秆成功进行了反应,也标志着胺基官能团的成功引入;元素分析数据表明,N元素的含量从0.58%增加到到3.69%,增加了约6.4倍,说明在胺化秸秆制备过程中,羟基、羧基等官能团被含氮基团取代而接枝到秸秆上;Zeta电位分析数据表明,原秸秆在p H 2～12范围内均带负电荷,而胺化秸秆的等电点p Hpzc为10.1,表明在p H低于10.1时,秸秆表面均带有正电荷,表明了改性成功接枝上了正电的胺基基团。以胺化秸秆为载体,PAO1菌为苯酚降解菌,经过固定化后制备的固定化PAO1生物材料的最大去除苯酚浓度1900 mg/L,去除时间200 h,相比游离菌最大去除苯酚浓度提高了400 mg/L,在1500 mg/L苯酚浓度下的去除时间缩短了44 h。游离PAO1菌和固定化PAO1生物材料适合去除苯酚的p H范围为7～9,其中最佳p H为8;在240 h时,p H 10和11的游离菌已经死亡,苯酚去除率和生物量不再增长,而固定化生物材料还能够去除苯酚。游离菌能够在0～3%的盐浓度下完全去除苯酚,而固定化生物材料能够将完全去除时的盐浓度提升到4%,在盐浓度为5%时的苯酚去除率高于游离菌14%。游离菌和固定化PAO1生物材料均可在含有5 mmol/L的Mn2+、Zn2+、Cu2+、Co2+的条件下生存去除苯酚,而固定化PAO1生物材料在相同时间内,在Zn2+、Cu2+、Co2+存在的条件下显著提高了苯酚的去除率;特别的,固定化PAO1生物材料能在240 h内Pb2+存在的条件下苯酚去除率能够达到99.1%,而游离菌则不能够生存。综上所述,固定化生物材料能够提高对苯酚的去除能力和对环境的抗逆能力。通过选择化学改性方法,实现秸秆材料的化学改性,使其负载大量的活性官能团,提高了其吸附污染物和固载微生物的能力;相比于游离菌株,固定化降解菌生物材料,能够有效的避免环境中的复杂的污染物组分对微生物的毒害作用,可提高微生物在污染环境中的耐受力和稳定性;相比于秸秆和改性的秸秆材料,降解功能菌的引入,弥补了秸秆材料只能吸附污染物的缺陷,实现吸附和降解协同进行,达到了高效处理环境中污染物的目的。本研究为生物降解法处理环境中的污染物和生物质的综合利用提供一种开放体系,微生物和秸秆的化学改性都具有巨大的选择空间,通过不同的化学修饰和选取不同的微生物或对其进行驯化,可实现各种各样的环境中污染物的吸附和降解,在保护环境的同时还能提高经济效益。