电芬顿协同白腐菌体系的研究及其对木质素的降解

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木质素由于其特异性结构,使得其在自然界中很难得到有效降解,因此木质素的存在对环境造成了严重污染。许多造纸行业的原料为植物纤维,而最终排放的造纸黑液中,含有大量木质素。同时,木质素也是废弃秸秆等农作物中的主要成分。因此降解木质素成为治理此类污染的关键。但是由于木质素独特的空间结构,单一采用白腐菌降解木质素耗时长、环境要求较高,而采用与电芬顿互相协同的体系则有着更显著的降解效果。本研究采用复合阴极电芬顿与白腐菌协同体系对木质素进行降解。首先对电芬顿与白腐菌协同体系中的复合阴极材料进行综合性能研究,从活性炭纤维、单向碳纤维和石墨毡中,以其对白腐菌的生长以及对电芬顿下的木质素降解率的影响为指标,筛选出最合适的复合阴极材料。其次对白腐菌进行筛选,研究外加电压对黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)、云芝(Coriolus versicolor)、香菇(Lentinus edodes)、杏鲍菇(Pleurotus eryngii)、平菇(Pleurotus ostreatus)、赤灵芝(Ganoderma lucidium)等6种白腐菌的生长状况、木质素降解酶的分泌情况以及木质素降解率的影响,并筛选出最适菌种。最后构建电芬顿与白腐菌协同体系,通过对白腐菌的生长以及木质素降解酶的研究,探究其协同降解机理。本研究结果如下:(1)相比以单向碳纤维、石墨毡为阴极材料的白腐菌培养体系,以活性炭纤维为阴极材料的培养体系下,白腐菌生长OD最高,其中云芝达到了0.618,并且活性炭纤维在白腐菌生长过程中对白腐菌的附着量显著低于其它两种材料。此外活性炭纤维对木质素降解率的促进作用明显优于其它两种,5 V时木质素降解率达到22%左右。(2)白腐菌筛选实验结果显示,黄孢原毛平革菌、云芝和香菇的生长状况明显优于其它三种。96 h,4 V下黄孢原毛平革菌、云芝和香菇的OD值为0.585、0.618与0.551,明显高于杏鲍菇、平菇和赤灵芝。而酶活测定也显示,黄孢原毛平革菌、云芝、香菇的三种酶活明显高于杏鲍菇、平菇与赤灵芝。在电芬顿与白腐菌协同体系对木质素的降解实验中,6种白腐菌对木质素的降解率差异显著,黄孢原毛平革菌、云芝和香菇的木质素降解率比其它白腐菌高10%以上,且0 V-4V范围内木质素降解率随电压增加而增加。(3)探究电芬顿协同白腐菌体系对木质素的降解机制,结果显示,4 V时,协同体系的木质素降解效率(82%~89%)高于接种后96 h时的对照体系。此外,体系中产生的H2O2和转化的酚木质素可以显著提高木质素分解酶的效率,通过电芬顿法与白腐真菌的协同作用,使酶活性显著提高。13C NMR谱分析表明,三种真菌均能有效降解芳香结构单元(103-162ppm)。研究表明,电芬顿法与白腐真菌处理相结合,显著提高了木质素的降解效率,为木质素的降解和配价奠定了良好的基础。研究表明,电芬顿法与白腐真菌处理相结合,显著提高了木质素的降解效率,为木质素的降解和配价奠定了良好的基础。
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