搅拌式反应器中生物催化降解含硫杂环化合物

发布时间：2020-06-18 06:14

【摘要】：矿物燃料燃烧后产生的SO_2是形成酸雾、酸雨等环境污染的重要原因。随着燃料油(汽油、柴油)用量的不断增加,由此造成的环境污染也日趋严重。目前从石油及其产品中脱除有机硫普遍采用的方法为加氢脱硫(Hydrodesulfurization, HDS)。对于杂环类含硫化合物,如二苯并噻吩(DBT)等,HDS的催化剂很难脱除这部分硫。国际上近年来迅速发展中的生物脱硫(biodesulfurization, BDS)技术,可以选择性地脱除这类化合物中的硫而不损失燃料的热值,并以其温和的反应条件,较低的操作成本而将成为21世纪降低石油产品硫含量的有效途径。以DBT作为模型脱硫化合物,从炼油厂污泥中分离出一株专一脱硫的棒杆菌Corynebacterium ZD-1,能降解DBT,终产物为2-HBP。DBT为硫源,甘油为碳源,摇瓶中30℃培养45小时后,棒杆菌ZD-1的质量浓度达到最大,并且指数生长后期收集的菌体具有最高的脱硫活性。对ZD-1生长条件如初始pH,温度等进行了优化。ZD-1适宜生长条件为:pH 6.0～7.5,30℃,10.0g/l的甘油,5.0g/l的氯化铵,0.20 mmol/l的DBT。同时首次在Tween-80存在下,研究了ZD-1对底物DBT的生长动力学,发现ZD-1对DBT的生长动力学符合Monod方程,其中μ_(max)为0.134 hr~(-1),k_m为0.016 mmol/l。 ZD-1通过“4S”途径降解DBT,反应终产物2-HBP和Na_2SO_4对DBT的降解均有抑制作用,而且2-HBP对菌体的生长也有抑制作用。该菌株休止细胞降解DBT的最佳浓度为9.2gdry cell/l,其脱硫活力随着菌体浓度的降低而增大,同时休止细胞的脱硫活性随放置时间的延长变化不大,稳定性好。考察了ZD-1在油-水双液相体系中降解DBT时油水比、水相介质、反应器中通气量以及搅拌速率等因素对该反应的影响。ZD-1脱硫时的最佳油水比为1:2,而水相介质以培养液为佳,通气量越高越好,但搅拌速度以1300 r/min比较适宜。在定时更换培养液的情况下,ZD-1生长细胞在间歇式搅拌反应器中能够持续高活性脱硫200小时以上。由于在水相和有机相中,后来分离到的菌株ZD-M2的脱硫活性都高于ZD-1,并且ZD-M2具有更广的底物范围,后续的实验也对ZD-M2作了进一步的研究。 ZD-M2休止细胞脱硫时,最佳油/水两相配比为1:1,在生长介质和非生长介质中具有几乎相同的脱硫活性,休止细胞脱硫时,茵体浓度在5.6g dry cell/l到14.0g dry cell/l范围时,ZD-M2在油-水双液相体系中降解DBT的脱硫活性基本相同,可以达到0.200 mmol(DBT)/kg dry cell/min,即2.2ling(DBT)/g/h。搅拌式反应中ZD-M2休止细胞降解正十六烷中的DBT内,在实验所选的条件下,通气量也是越高越好,而最佳的搅拌速率为1140r/min。正十六烷中DBT的浓度过高对ZD-M2脱硫有抑制作用,ZD-M2降解DBT的生化反应动力学符合底物抑制模型,其中最大降解速率r_(max)为0.806 mmol/kg dry cell/min,米氏常数K_M为4.395 mmol/l,底物抑制的解离常数K_s为1.984 mmol/l。为了促进微生物在油-水双液相体系中对DBT的降解,并探讨表面活性剂的作用机理。选择了Brij35、Tween-80、Triton-100X和β-环糊精等四种表面活性剂,考察了不同表面活性剂对水溶液中DBT的增溶效应,同时研究了不同表面活性剂对ZD-1和ZD-M2两种不同
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X701.3
【图文】：

生物脱硫,冰图,脱硫,途径

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【参考文献】