蒽醌染料中间体强化偶氮染料生物脱色

论文摘要

偶氮染料被广泛应用于纺织品、皮革、纸张、塑料、化妆品和食品染色。在染料的生产和使用中,约有10%～15%的染料随废水排入环境水体,加之偶氮染料的前体及其降解产物的致癌、致畸、致突变的“三致”作用,对全球的生态环境造成了影响,严重威胁生物多样性。在众多处理方法中,生物处理技术中的厌氧-好氧法应用最广,效果最好,但其中厌氧阶段的反应速度缓慢,是偶氮染料完全生物降解的瓶颈,而氧化还原介体强化是提高厌氧脱色效率的有效途径。常用的介体是苯醌、蒽醌、萘醌等醌类化合物,但这些化合物更难降解,通常会随出水流出而造成二次污染。本论文的研究目的是寻找新型氧化还原介体或技术以减少介体使用所引起的二次污染。研究内容包括醌还原菌群以可好氧降解的蒽醌染料中间体溴氨酸（1-氨基-4-溴蒽醌-2-磺酸,BAA）为氧化还原介体强化染料脱色;将菌群以海藻酸钙法包埋,在不补加BAA的条件下考察循环利用的情况;并将菌群与非水溶性蒽醌共固定化,考察其强化染料脱色及循环利用的情况。游离态菌群以BAA作为氧化还原介体可强化多种偶氮染料的生物脱色,其中对酸性大红3R脱色的适宜条件为pH6～9之间;温度30℃;外加葡萄糖浓度400～600mg/L;BAA浓度19～34.2mg/L,染料起始浓度≤900mg/L。在此条件下,最大脱色率约为95%、达到最大脱色率的时间＜7h。同时发现,投加氧化还原介体BAA浓度为38～57mg/L,最佳菌球投加量为120g/L时,固定化菌群降解酸性大红3R（180mg/L）的最大脱色率在14 h内达到93%;在不补加BAA的情况下,固定化菌球经7次循环使用后,脱色率仍保持在85%以上。同时考察了非水溶性的蒽醌与醌还原菌群共固定化后对偶氮染料生物脱色的强化作用。结果表明,共固定化后,菌球与氧化还原介体结合更紧密,可强化多种偶氮染料的生物脱色,其中对酸性大红3R脱色的适宜pH仍为6～9,温度30℃,葡萄糖浓度500mg/L,最佳菌球投加量为120g/L;达到最大脱色率的时间＜12h。经循环使用10次,酸性大红3R的脱色率仍然保持88%以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 染料的分类与生色机理
• 1.1.1 染料的分类
• 1.1.2 染料的生色机理
• 1.2 染料废水处理研究进展
• 1.2.1 染料工业废水的特点
• 1.2.2 物理法
• 1.2.3 化学法
• 1.2.4 生物法
• 1.3 偶氮染料生物处理研究进展
• 1.3.1 偶氮染料废水的危害
• 1.3.2 偶氮染料结构与生物可降解性的关系
• 1.3.3 偶氮染料废水生物处理的研究进展
• 1.4 氧化还原介体对偶氮染料生物厌氧脱色的加速作用
• 1.4.1 生物体内的氧化还原反应
• 1.4.2 偶氮染料的厌氧生物脱色途径
• 1.4.3 常用的氧化还原介体及其作用机理
• 1.4.4 偶氮染料厌氧脱色过程中的自催化作用
• 1.5 微生物固定化技术
• 1.5.1 微生物固定化技术的概念及主要特征
• 1.5.2 固定化技术机理
• 1.5.3 微生物固定化技术的分类
• 1.5.4 固定化微生物技术在废水处理中的应用前景
• 1.6 本论文的研究目的及内容
• 1.6.1 课题的研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 实验菌种
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 实验中主要的研究对象
• 2.1.4 实验用其他染料
• 2.1.5 实验用其他蒽醌染料中间体
• 2.1.6 实验药品
• 2.1.7 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌体培养方法
• 2.2.2 菌体生长量的测定
• 2.2.3 染料废水脱色
• 2.2.4 染料脱色能力的测定
• 2.2.5 固定化菌球的制备方法
• 2.2.6 固定化菌球的保存
• 2.2.7 固定化菌球吸附曲线测定
• 2.2.8 海藻酸钙包埋菌球的形态观察
• 2.2.9 固定化菌球降解酸性大红3R
• 2.2 10 共固定化菌球的制备
• 2.2.11 共固定化菌球对偶氮染料的降解
• 2.2.12 葡萄糖含量的测定
• 2.2.13 COD的测定
• 2.2.14 循环伏安的测定
• 3 溴氨酸强化酸性大红3R的生物脱色
• 3.1 蒽醌染料中间体对偶氮染料生物脱色的强化作用
• 3.2 溴氨酸强化酸性大红3R脱色条件的优化
• 3.2.1 共底物浓度对酸性大红3R脱色的影响
• 3.2.2 pH值对酸性大红3R脱色的影响
• 3.2.3 温度对酸性大红3R脱色的影响
• 3.2.4 溴氨酸浓度对酸性大红3R脱色的影响
• 3.2.5 染料起始浓度对酸性大红3R脱色的影响
• 3.3 醌还原菌群对不同偶氮染料的脱色能力
• 3.4 醌还原菌群对酸性大红3R的脱色过程
• 3.5 本章小结
• 4 溴氨酸强化固定化菌球对酸性大红3R的生物脱色
• 4.1 醌还原菌群固定化方法的比较
• 4.2 醌还原菌群固定化细胞的形态观察
• 4.3 最佳菌球投加量的确定
• 4.4 溴氨酸浓度对酸性大红3R脱色的影响
• 4.5 固定化菌球的循环使用
• 4.6 本章小结
• 5 介体与菌体共固定化对酸性大红3R的生物脱色
• 5.1 不同碳源对酸性大红3R脱色的影响
• 5.2 共底物浓度对酸性大红3R脱色的影响
• 5.3 pH值对酸性大红3R脱色的影响
• 5.4 温度对酸性大红3R脱色的影响
• 5.5 最佳菌球投加量的确定
• 5.6 对照实验
• 5.7 共固定化菌球加速偶氮染料厌氧脱色的广谱性考察
• 5.8 共固定化菌球的循环使用
• 5.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢