假单胞菌厌氧脱色偶氮染料的研究

发布时间：2017-07-19 22:11

  本文关键词：假单胞菌厌氧脱色偶氮染料的研究

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【摘要】：偶氮染料是一种含有一个或多个偶氮基的芳香类化合物,它们是商业应用中最多且最重要的一类合成染料。偶氮染料因其色度牢、稳定性强和难降解等特点难以被完全去除。目前,细菌脱色和降解偶氮染料被认为是最经济可行且对环境无害的方法。部分细菌具有生长快、耐受性高等优势,在生物处理偶氮染料废水中具有潜在应用价值,通过对这类细菌的脱色特性和脱色途径深入研究,可为偶氮染料废水的生物处理提供理论依据。本论文以苋菜红染料为目标污染物,研究了假单胞菌Pseudomonas sp对其脱色特性,并采用响应曲面法优化脱色条件；采用现代分析手段对苋菜红染料的脱色产物进行了探究,结合脱色酶系分析,初步推测出览菜红染料的脱色途径。引入氧化还原介体,强化了生物脱色苋菜红染料的处理效果。主要研究结果如下：不外加电子供体的条件下,菌株可利用苋菜红染料维持自身生命活动并缓慢脱色,135h脱色率为27.7%；外加葡萄糖、淀粉、丙酮酸钠等作为电子供体时,显著促进苋菜红染料脱色,且脱色过程符合一级反应动力学模型。菌株在静置厌氧,葡萄糖为电子供体,其浓度为1.5g/L,pH范围为7-9,染料浓度为50-200mg/L的条件下对苋菜红染料都具有较高的脱色降解性能,并且能脱色甲基红、橙黄G、-金橙Ⅱ、橙黄Ⅰ、酸性大红GR和酸性红18等六种其他结构的偶氮染料,具有脱色广谱性。在此基础上，通过Box-Benhnken实验模型,采用响应曲面分析法优化菌株对苋菜红脱色染料条件为染料浓度170mg/L,葡萄糖浓度1.6g/L,脱色培养液的初始pH为7.2,脱色时间75h时,苋菜红的脱色率达到了97.3%。菌株在苋菜红染料废水的替换分批脱色和连续补料脱色实验中分别实现9次和7次有效脱色,替换分批脱色系统具有较高的稳定性,效果较好,菌株的耐受性更强,具有连续脱色能力,表明该菌株具有较好的脱色应用潜力。引入葸醌-2-磺酸钠(AQS)、核黄素(VB2)、腐殖酸(HA)和颗粒活性炭(GAC)等氧化还原介体对苋菜红脱色速率都有促进作用,促进效果为AQSVB2HA GAC,20h的脱色率相对于无介体体系分别提高了7.2,3.0,1.5,1.5倍。在添加AQS介体体系中,外加电子供体能明显提高脱色效率,促进效果依次为葡萄糖丙酮酸钠蔗糖淀粉乙酸钠。当投加AQS量小于30mg/L时,染料的脱色速率随着介体浓度的增加而增加,但投加量大于30mg/L,脱色效率无明显变化。菌株脱色苋菜红染料是以生物吸附和生物降解形式相结合的,其中生物降解占比91%,处于主导地位。无介体体系中苋菜红的降解脱色与偶氮还原酶和NADH-DCIP还原酶密切相关,厌氧条件下苋菜红的偶氮键被还原裂解,共轭结构被破坏,同时在脱色过程中产生芳香胺类物质。脱色体系中加入介体AQS后,未检测到偶氮还原酶和NADH-DCIP还原酶,AQS充当电子传递体作用。
【关键词】：假单胞菌Pseudomonas sp. 苋菜红 脱色 氧化还原介体
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-17
• 第一章 绪论17-29
• 1.1 染料概述17-19
• 1.1.1 染料的分类及应用17-18
• 1.1.2 偶氮染料的结构及发色机理18
• 1.1.3 偶氮染料废水的危害18-19
• 1.1.4 偶氮染料废水的处理方法19
• 1.2 微生物脱色偶氮染料的研究进展19-21
• 1.2.1 真菌对偶氮染料的脱色和降解19-20
• 1.2.2 藻类对偶氮染料的脱色和降解20
• 1.2.3 细菌对偶氮染料的脱色和降解20-21
• 1.3 细菌脱色偶氮染料的机理21-25
• 1.3.1 生物吸附21-22
• 1.3.2 生物降解22-25
• 1.4 细菌厌氧脱色偶氮染料的影响因素25-26
• 1.4.1 温度的影响25
• 1.4.2 pH的影响25
• 1.4.3 染料结构的影响25
• 1.4.4 染料浓度的影响25-26
• 1.4.5 电子供体的影响26
• 1.4.6 氧化还原介体的影响26
• 1.5 课题研究目的、内容及技术路线26-29
• 1.5.1 本课题研究目的26-27
• 1.5.2 研究内容27-28
• 1.5.3 技术路线28-29
• 第二章 实验材料与研究方法29-38
• 2.1 实验材料29
• 2.1.1 菌种来源29
• 2.1.2 培养基29
• 2.2 实验试剂和仪器29-31
• 2.2.1 实验药品29-31
• 2.2.2 实验仪器31
• 2.3 实验方案设计31-34
• 2.3.1 假单胞菌对偶氮染料的脱色特性研究31-33
• 2.3.2 响应曲面法优化假单胞菌对苋菜红的脱色条件33
• 2.3.3 氧化还原介体对偶氮染料脱色的影响33-34
• 2.4 分析方法34-38
• 2.4.1 染料脱色率的测定34-35
• 2.4.2 苋菜红染料浓度标准曲线的测定35
• 2.4.3 菌体双附能力的测定35
• 2.4.4 蛋白质的测定35
• 2.4.5 葡萄糖的测定35-36
• 2.4.6 紫外-可见光谱分析36
• 2.4.7 傅里叶红外分析36
• 2.4.8 粗酶的提取36
• 2.4.9 漆酶酶活的测定36-37
• 2.4.10 偶氮还原酶酶活的测定37
• 2.4.11 NADH-DCIP还原酶酶活的测定37-38
• 第三章 假单胞菌对偶氮染料的脱色特性研究38-53
• 3.1 接种量对假单胞菌脱色苋菜红的影响38
• 3.2 电子供体对假单胞菌脱色苋菜红的影响38-40
• 3.2.1 电子供体对苋菜红脱色率的影响38-40
• 3.2.2 不同电子供体条件下的脱色动力学40
• 3.3 葡萄糖浓度对假单胞菌脱色苋菜红的影响40-41
• 3.4 体系pH对假单胞菌脱色苋菜红的影响41-42
• 3.5 染料初始浓度对假单胞菌脱色苋菜红的影响42-43
• 3.6 脱色连续性43-45
• 3.7 菌株脱色广谱性45-46
• 3.8 响应曲面法优化假单胞菌脱色苋菜红的结果46-51
• 3.8.1 IRSM实验设计及结果46-47
• 3.8.2 回归模型的建立47-48
• 3.8.3 回归模型的统计学分析48-51
• 3.8.4 验证实验51
• 3.9 小结51-53
• 第四章 介体种类对假单胞菌脱色苋菜红的影响53-58
• 4.1 介体种类对假单胞菌脱色苋菜红的影响53-54
• 4.2 电子供体对假单胞菌脱色苋菜红的影响54-55
• 4.3 接种量对假单胞菌脱色苋菜红的影响55-56
• 4.4 AQS浓度对假单胞菌脱色苋菜红的影响56
• 4.5 染料初始浓度对假单胞菌脱色苋菜红的影响56-57
• 4.6 小结57-58
• 第五章 假单胞菌厌氧脱色偶氮染料机理的初步研究58-63
• 5.1 假单胞菌的对染料的吸附脱色能力的确定58
• 5.2 脱色产物分析58-60
• 5.2.1 紫外可见光谱分析58-59
• 5.2.2 傅里叶红外分析59-60
• 5.3 脱色酶分析60-62
• 5.4 苋菜红厌氧脱色途径分析62
• 5.5 小结62-63
• 第六章 结论与建议63-65
• 6.1 结论63
• 6.2 建议63-65
• 参考文献65-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73

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本文编号：565060