脂肽生物表面活性剂对沉积物中铜的去除研究

论文摘要

随着世界工业的发展,越来越多的工业废弃物被排入环境中,重金属就是其中一大类,这些重金属可能通过各种途径被排放到环境中,给国家的经济和环境造成了巨大的损失和破坏。沉积物是多种海洋生物、底栖生物的产卵场、栖息地,沉积物污染可对海洋生物和底栖生物造成不良影响,或在其体内蓄积,通过食物链传递,对人体健康造成危害。现有的处理重金属污染的方法主要包括物理方法,化学方法,生物方法。物理方法需要的成本较高,化学方法一般会对环境造成二次污染,生物修复方法中的植物修复需要的周期较长不适于大规模应用,而微生物修复不适用于土壤和沉积物中重金属的修复。生物表面活性剂修复重金属污染是一种新兴的方法,具有成本低、无二次污染、周期短、适用范围广等优点。本文主要分为五部分,第一部分是文献综述,第二部分是高效产表面活性剂菌株的筛选和鉴定,第三部分是细菌的发酵条件探索及生物表面活性剂的初步结构和性质分析,第四部分是生物表面活性剂对沉积物中铜的去除作用,第五部分是结论。本文以胜利油田污水和实验室现有混合菌为试验对象,筛选出了14株菌,对这些菌进行了发酵研究,筛选出了一株产表面活性剂的菌株,确定了其最佳发酵条件,对该菌的发酵产物进行了结构分析,初步鉴定其为脂肽类的生物表面活性剂,重点研究了该生物表面活性剂对沉积物重金属污染的修复效果,得到了以下结论:（1）从胜利油田污水和实验室现有的混合菌种中经过3次富集和平板划线分离出了14株菌,其中有一株菌在发酵之后可以使发酵液的表面张力明显降低,这株菌被命名为L-Z-1。对该菌进行Biolog细菌自动鉴定和生理生化测试,确定其为枯草芽孢杆菌。把L-Z-1菌作为高效生物表面活性剂生产菌进行下一步的发酵研究。（2）对L-Z-1进行发酵研究,确定其最佳的碳源和氮源分别为橄榄油和硝酸钠,细菌最佳的发酵条件为:橄榄油,20 g;NaNO3,8 g;K2HPO4,3 g;KH2PO4,3 g;NaCl,5 g;微量元素液,4 mL;蒸馏水,1000 mL;pH=7,于37℃,160 r/min的转速振荡72 h。对发酵产物进行提取纯化,得到棕褐色糊状物,经过薄层色谱和红外光谱分析知其为脂肽类生物表面活性剂。生物表面活性剂的性质研究表明,其临界胶束浓度为150 mg/L。（3）人为污染沉积物的修复试验表明,随着生物表面活性剂浓度的增加,重金属铜的去除率也随之增加,在自然pH值（pH=8.2）下,当生物表面活性剂浓度为150 mg/L时,铜的去除率高达66.02 %,而生物表面活性剂的浓度再增加一倍,即为300 mg/L时,铜的去除率仅增加了0.65个百分比,即为66.67 %;而不同pH下的试验结果表明,当pH为10时,铜的去除率达到最大值（77.88 %）。（4）对天然沉积物进行了淋洗,外加金属离子的种类和离子强度会对铜的去除率有影响;表面活性剂溶液的pH同样会影响铜的去除效果,pH =11时,铜的去除率达35.57 %;不同形态的铜达到最大去除率的条件不同;铜的去除率会随着洗脱次数的增加而增加,经过5次淋洗之后,去除率达到63.98 %。用细菌的发酵上清液作为淋洗液冲洗铜污染的沉积物,效果很好。用相同浓度（163.6 mg/L）的化学合成表面活性剂十二烷基磺酸钠（SDS）溶液淋洗沉积物,金属铜的去除率相当低,几乎没有去除。（5）用该脂肽生物表面活性剂溶液淋洗重金属铅人为污染的沉积物,在表面活性剂溶液浓度为150 mg/L时可以去除51.43 %的铅,溶液pH=10时铅的去除率可达88.56 %,说明实验室生产的生物表面活性剂在重金属污染方面具有很好的应用前景。（6）采用扫描电子显微镜技术和超滤试验技术对生物表面活性剂去除沉积物中铜污染的机理进行了初步研究,结果表明,沉积物中的铜是通过与生物表面活性剂的胶束发生络合而被去除的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 我国各海区重金属污染现状
• 1.2 重金属存在形态
• 1.3 重金属污染的危害
• 1.4 重金属污染去除方法
• 1.4.1 物理方法
• 1.4.2 化学方法
• 1.4.3 生物方法
• 1.5 生物表面活性剂简介
• 1.5.1 生物表面活性剂的特点
• 1.5.2 生物表面活性剂的分类
• 1.5.3 生物表面活性剂的生产方法
• 1.5.4 生物表面活性剂的提取和鉴定方法
• 1.5.5 生物表面活性剂的应用
• 1.5.6 生物表面活性剂在重金属污染修复中的应用
• 1.6 课题研究的目的、内容和拟解决的问题
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 拟解决的问题
• 2 生物表面活性剂产生菌的筛选及其发酵条件优化
• 2.1 前言
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 碳源种类
• 2.1.3 氮源种类
• 2.1.4 碳源、氮源含量
• 2.1.5 氯化钠含量
• 2.1.6 温度
• 2.1.7 pH 值
• 2.1.8 通氧量（摇床转速）
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 实验仪器和试剂
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 菌种的富集和筛选
• 2.3.2 菌种的鉴定
• 2.3.3 Bacillus subtilis L-Z-1 的发酵
• 2.4 本章小结
• 3 生物表面活性剂的提取、表征及性能评价
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料和方法
• 3.2.1 实验仪器和试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 4 脂肽生物表面活性剂对沉积物中铜的去除作用
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料和方法
• 4.2.1 实验仪器和试剂
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 沉积物性质参数
• 4.3.2 脂肽生物表面活性剂的浓度对人为污染沉积物中铜的去除作用
• 4.3.3 脂肽生物表面活性剂溶液的pH 值对人为污染沉积物中铜的去除作用
• 4.3.4 外加离子种类及离子强度对天然污染沉积物中铜去除作用的影响
• 4.3.5 脂肽生物表面活性剂溶液的pH 值对天然污染沉积物中铜的去除作用
• 4.3.6 不同pH 值下脂肽生物表面活性剂溶液对不同形态的铜的去除作用
• 4.3.7 淋洗次数对沉积物中铜的去除效果的影响
• 4.3.8 淋洗时间对沉积物中铜去除率的影响
• 4.3.9 发酵上清液对沉积物中铜的去除效果
• 4.3.10 SDS 与脂肽生物表面活性剂对沉积物中铜的对比去除
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 5.1 结论
• 5.2 存在的问题和建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文