双载体固定化脱硫菌及脱硫性能的研究

论文摘要

生物脱硫法（Biodesulfurization,以下简称BDS）,是一种在常温常压下利用需氧或厌氧菌去除杂环化合物中有机硫的新方法。该方法能选择性地断裂C-S键而非C-C键,因而基本不影响油品的热值。生物脱硫法与加氢脱硫法（HDS）相比,操作条件温和、成本较低、灵活性好、节省能源、能有效脱除HDS难以处理的含硫杂环化合物。因此,生物脱硫法是一种很有前途的脱硫方法。论文采用的双载体固定化方法综合了单一固定化方法（吸附法和包埋法）的优点。利用此方法固定化脱硫菌具有操作简便、菌体与载体结合力强、菌丝不易脱落、传质性能好、重复使用效果好等特点。因此双载体固定化脱硫菌技术具有很大的优势。该方法的关键在于选择合适的吸附载体和包埋载体,这是制成脱硫效率高、机械强度和传质性能好的固定化小球的前提。本课题对双载体固定化脱硫菌H-412（一株从被石油污染的土壤中分离得到的以DBT为硫源生长的菌株）的双载体固定化及其脱硫性能进行了研究。实验中选择的吸附载体为玉米芯颗粒、包埋载体为聚乙烯醇,并以海藻酸钠为包埋助剂、五硼酸铵为交联剂。结果表明,在聚乙烯醇浓度为11%、海藻酸钠浓度为0.9%、五硼酸铵浓度为5%、CaCl2浓度为3%的条件下进行固定化,固定化菌对DBT的脱硫率最大,固定化小球的机械强度和传质性能都较好。研究了影响双载体固定化脱硫菌脱硫效率的因素,确定了合适的脱硫反应条件:油水比为2:3,水相选用增值培养基,实验温度为30℃,pH值为8,摇床转速为200r/min,传质助剂Tween80的添加量为4%,辅因子浓度为300mg/L,反应时间为20h。在此条件下,双载体法固定化脱硫菌的最大脱硫率为51.5%,重复使用10次后的脱硫率为45.8%,较包埋法和游离菌脱硫效果要好。考察了两种代谢产物对菌体生长和菌体脱硫性能的影响,结果表明,硫酸根离子的存在不影响菌体的生长,但影响菌体的脱硫性能;二羟基联苯（2-HBP）对菌体的生长和菌体的脱硫性能都有较强的影响。通过对代谢产物抑制调控的研究发现,β-环糊精由于其特殊的结构,能够包络2-HBP,从而降低了2-HBP的抑制效应;羟丙基-β-环糊精的亲水性强,能够提高DBT在水相中的溶解度,且对2-HBP的包络能力更强,因此羟丙基-β-环糊精能进一步降低2-HBP的抑制效应。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 石油中硫的存在形式及其危害
• 1.3 石油生物脱硫技术简介
• 1.3.1 非生物脱硫技术
• 1.3.2 生物脱硫法
• 1.4 生物脱硫法的研究进展
• 1.4.1 生物脱硫法的发展历史
• 1.4.2 脱硫微生物的筛选
• 1.4.3 生物脱硫法的机理
• 1.4.4 生物脱硫法的工艺流程及实施方案
• 1.4.5 生物脱硫法的反应器研究
• 1.4.6 生物脱硫过程的动力学研究
• 1.5 固定化微生物脱硫技术的研究
• 1.5.1 固定化微生物技术简介
• 1.5.2 微生物的固定化方法
• 1.5.3 固定化载体的选择
• 1.5.4 固定化微生物技术在生物脱硫中的研究进展
• 1.5.5 固定化微生物反应器
• 1.5.6 固定化微生物的传质和动力学研究
• 1.6 生物脱硫过程中产物抑制效应的研究
• 1.6.1 生物脱硫过程中产物抑制效应的发现
• 1.6.2 生物脱硫产物抑制效应的分子生物学研究
• 1.6.3 生物脱硫抑制效应调控的研究
• 1.7 本课题的研究内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验药品与仪器
• 2.2 实验用培养基
• 2.2.1 基础培养基（BSM）
• 2.2.2 选择性培养基（BSM+ DBT）
• 2.2.3 固体培养基
• 2.2.4 增值培养基
• 2.3 DBT 的检测方法
• 2.3.1 DBT 的分光光度计检测方法
• 2.3.2 DBT 的高效液相色谱检测方法
• 2.4 2-HBP 的分光光度计检测方法
• 2.4.1 溶液配制
• 2.4.2 实验原理
• 2.4.3 操作步骤
• 2.5 菌体浓度的检测方法
• 2.5.1 实验原理
• 2.5.2 操作步骤
• 2.6 双载体固定化方法
• 2.6.1 双载体固定化脱硫菌的流程
• 2.6.2 双载体固定化小球性能的检测方法
• 2.7 脱硫性能的测定
• 2.7.1 游离菌的脱硫实验
• 2.7.2 固定化菌的脱硫实验
• 2.8 本章小结
• 第三章 实验用菌体及其双载体固定化条件的确定
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验药品和仪器
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 DBT 的检测方法
• 3.1.4 2-HBP 的检测方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 实验用细菌及脱硫性能
• 3.2.2 吸附载体和包埋载体的选择
• 3.2.3 双载体法固定化条件的确定
• 3.2.4 最佳固定化条件下的小球性能
• 3.3 本章小结
• 第四章 影响双载体固定化脱硫菌脱硫性能因素的研究
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 实验药品与菌株
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 DBT 的检测方法
• 4.1.4 2-HBP 的检测方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 水相组成对双载体固定化脱硫菌脱硫性能的影响
• 4.2.2 辅因子对双载体固定化脱硫菌脱硫性能的影响
• 4.2.3 温度对双载体固定化脱硫菌脱硫性能的影响
• 4.2.4 油水比对双载体固定化脱硫菌脱硫性能的影响
• 4.2.5 传质助剂对双载体固定化脱硫菌脱硫性能的影响
• 4.2.6 pH 值对双载体固定化脱硫菌脱硫性能的影响
• 4.2.7 摇床转速对双载体固定化脱硫菌脱硫性能的影响
• 4.2.8 脱硫时间对双载体固定化脱硫菌脱硫性能的影响
• 4.2.9 双载体固定化脱硫菌重复使用次数的研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 生物脱硫产物抑制效应的研究
• 5.1 实验材料与方法
• 5.1.1 实验药品与菌株
• 5.1.2 实验方法
• 5.1.3 DBT 的检测方法
• 5.1.4 2-HBP 的检测方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 代谢产物的抑制
• 5.2.2 代谢产物抑制的调控
• 5.2.3 加入HP-β-CD 后双载体固定化菌的脱硫效率
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢