论文摘要
2,4,6-三硝基甲苯（trinitrotoluene,TNT）是一种军事与民用方面使用最广泛的含能材料,常用于制造炸药,也用于制造染料、医药、试剂等,其具有毒性大、生物降解性差等特点,对其废水的降解显得尤为重要。本论文旨在研究Escherichia coli对TNT的降解性能。实验表明,E.coli菌体细胞降解TNT的最适pH值为5.0,最适温度为35℃。通过比较不同初始浓度下TNT的比降解速率可知,当TNT浓度＜80.32 mg/E时,其比降解速率随初始浓度的增大而增大,当浓度为80.32 mg/L时比降解速率达到最大,为32.12mg/（g·h）;当TNT浓度＞80.32 mg/L时,其比降解速率呈减小趋势。这可能是因为TNT对微生物有一定的毒性,当浓度达到一定值时会对降解过程产生抑制。加入不同浓度的氧化还原介体之后,TNT的降解率随着氧化还原介体浓度的增大先增加后减小。菌株E.coli通过微生物共代谢机理实现对TNT的降解。苹果酸、蔗糖、葡萄糖、乳糖、半乳糖、柠檬酸、乙酸钠、淀粉均可以作为TNT降解的共代谢底物,葡萄糖是本研究的最佳底物,最佳底物浓度为0.5 g/L。外加氮源后,TNT降解率没有进一步提高,无外加氮源时E.coli仍可共代谢降解TNT,表明E.coIi可从分解TNT的过程中获取自身需求的氮源。选用Andrews抑制模型描述TNT厌氧降解动力学,对实验数据进行非线性拟合,拟合效果较好。当不存在生长基质时,求得模型参数qmax、Ks和Ki分别为13.72 mg/（g·h）、157.59 mg/L和1.52 mg/L,当存在生长基质时,提高了还原酶的代谢水平,对TNT的降解起到了积极的作用,qmax、Ks和Ki分别为217.47 mg/（g·h）、200.18 mg/L和22.41 mg/L。采用超声波破碎菌体的方法获得胞内粗酶,酶在pH=6～7范围内,对TNT具有较强的降解能力,pH=7时酶活性最大。在20～60℃范围内酶活性随温度的上升而提高,60℃时酶活性最大。酶促反应的动力学符合米氏方程,其中Km为0.0249 mmol/L,Vmax为0.2810 U/mg。不同金属离子对酶活性影响不同,微量Mn2+和Mg2+的存在可以提高酶活性,但随着离子浓度增大到一定程度,这种对酶活性的提高趋于有限;Zn2+和Cu2+的存在能抑制酶活性,随着离子浓度的增大,反应速率逐渐下降。通过LC/MS推测出E.coli降解TNT的途径,TNT首先被还原为羟氨基二硝基甲苯,氨基二硝基甲苯,最终转化为二氨基硝基甲苯。