神府煤生物转化高效菌株的优选研究

论文摘要

本论文以神府煤为研究对象,从神府洗煤废水中提取菌株,采用以神府风化煤和光氧化煤为惟一碳源的筛选方式进行菌株优选,以获得高效溶煤菌株;研究光氧化神府煤的生物转化特性及其生物转化产物的结构,为阐明煤的光氧化与生物转化之间的耦合关系提供实验依据。首先,对煤样进行紫外光催化氧化预处理,光氧化时间6h时,腐殖酸含量达到最大值,约为10.19%。元素分析及FTIR分析表明,光氧化预处理使煤中O/C原子比与H/C原子比增加,醚键、羧基和酚羟基官能团含量增加。用3种鉴别培养基(鉴别真菌、放线菌和细菌)从神府煤洗煤废水中分离、纯化出了47株菌株。以神府风化煤为惟一碳源,经无机盐固体平板培养初筛、再以光氧化煤为惟一碳源液体动态培养复筛后,优选出3种菌株,分别为b菌(真菌)、g菌(放线菌)和h菌(细菌)。考察了培养方式对微生物转化的影响,结果表明:无机盐培养的菌株溶煤效果优于有机培养基培养的菌株;动态方法与静置培养相比,前者菌株的溶煤效果较好。动态无机盐培养条件下,最佳溶煤周期为14天,煤生物转化过程中有弱酸性物质产生。光氧化预处理煤样有较高的生物转化率,其中g菌对光氧化预处理煤样的转化率可达22.3%。煤经b菌、g菌和h菌转化后的液体均呈浅黄色,除原煤经b菌转化产物外,所有液体转化产物加碱处理后,均有棕黄色沉淀产生,其中光氧化煤经g菌转化后的液体产物的加碱沉淀生成率可达17.5%。FTIR分析表明,沉淀产物含有羟基、醚键、芳香环等官能团。生物转化残煤的O/C比、H/C比明显增加。g菌转化残煤中醚键官能团含量减少,说明g菌易于转化含醚键物质。上述结果表明,光氧化处理可促进煤的生物转化。采用梯级溶剂抽提法在索氏抽提器中以丙酮和四氢呋喃(THF)为溶剂,研究了光氧化和生物转化对残煤组成结构的影响。结果表明,光氧化使煤的丙酮抽提率下降,但使其丙酮抽提残煤的THF抽提率提高2倍以上;经生物转化后,残煤的丙酮抽提率均有较大幅度增加,丙酮抽提残煤的THF抽提率增加幅度则与菌株种类有较大关系。原煤经g菌转化后,丙酮抽提率提高程度最大,可达14.96%,而光氧化煤经g菌转化后,丙酮抽提率增加幅度较原煤小;与原煤相比,光氧化煤经b菌和g菌转化后其丙酮抽提残煤的THF抽提率提高了近1倍,光氧化煤经b菌转化后丙酮抽提率增加幅度最大,而且其丙酮和THF的抽提率总和最高,达到21.47%,原煤粉的总抽提率仅有2.92%,此外,煤的光氧化处理对h菌的生物转化影响较小。因此,神府煤在b菌和g菌的生物过程中与光氧化预处理具有一定的耦合作用。FTIR分析表明,经生物转化后,残煤丙酮抽提物中羰基和醚键官能团相对减少。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 生物技术在煤炭加工利用中的应用
• 1.1.1 煤的微生物脱硫及脱氮
• 1.1.2 煤的生物转化
• 1.2 影响煤生物转化的因素
• 1.2.1 煤的结构
• 1.2.2 煤种
• 1.2.3 煤的预处理
• 1.2.4 微生物
• 1.3 煤的微生物转化机理
• 1.3.1 微生物生长过程中产生的碱性中间物的作用
• 1.3.2 微生物分泌的生物酶的作用
• 1.3.3 微生物分泌的螫合剂的作用
• 1.4 生物转化方式
• 1.4.1 固体表面溶煤
• 1.4.2 液体静置培养
• 1.4.3 液体动态培养
• 1.4.4 胞外液溶煤
• 1.4.5 细胞液溶煤
• 1.5 煤生物转化目前需解决的问题
• 1.5.1 煤的化学组成和结构
• 1.5.2 微生物的溶煤机理
• 1.5.3 溶煤菌株的选育
• 1.6 研究内容与技术路线
• 1.6.1 研究思路
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 2 神府煤的光催化氧化预处理研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要仪器、试剂与原料
• 2.1.2 煤样的制备
• 2.1.3 煤样的光催化氧化预处理
• 2.1.4 性能表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 光催化氧化对煤中腐殖酸含量的影响
• 2.2.2 光催化氧化对煤中官能团结构及氢键结构的影响
• 2.3 结论
• 3 神府煤溶煤菌株的优选
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要仪器、试剂与原料
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 菌源的采集
• 3.1.4 培养基的组成
• 3.1.5 培养基的配制
• 3.1.6 菌株的富集、分离和纯化
• 3.1.7 菌株的优选
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 菌株的分离和初筛
• 3.2.2 菌株的复筛
• 3.3 小结
• 4 优选菌株对神府煤的生物转化
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试验所用仪器与试剂
• 4.1.2 菌种
• 4.1.3 煤样
• 4.1.4 培养基
• 4.1.5 神府煤生物转化培养方式的比较
• 4.1.6 最佳转化时间的确定
• 4.1.7 煤的生物转化
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 最佳培养方式的确定
• 4.2.2 生物转化时间对转化率的影响
• 4.2.3 煤的微生物转化
• 4.2.4 腐殖酸含量的变化
• 4.3 小结
• 5 神府煤生物转化产物的组成结构
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 主要仪器、试剂与原料
• 5.1.2 神府煤的生物转化试验
• 5.1.3 煤的抽提
• 5.1.4 残煤的吸附性能测试
• 5.1.5 性能表征
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 生物转化残煤的结构
• 5.2.2 生物转化残液的结构
• 5.2.3 微生物转化对残煤溶剂抽提率的影响
• 5.2.4 溶剂可溶物的结构
• 5.2.5 光/生物转化残煤在含酚废水处理中的应用
• 5.3 结论
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录