發(fā)布時間：2020-05-01 11:30

【摘要】：擁有長鏈烴的鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)在工業(yè)領(lǐng)域常用作耐塑性最強的增塑劑之一而被廣泛應(yīng)用。作為被列為優(yōu)先控制污染物的DEHP,屬于內(nèi)分泌干擾物(EDCs)類別,具有“三致”效應(yīng),對環(huán)境的危害不可小覷。生物吸附是近些年來才開始研究的新的吸附方式,具有原料廉價易得、成本低,設(shè)備簡單易操作、投資小,吸附量大效率高等特點。胞外聚合物是由微生物分泌的復(fù)雜的高分子有機聚合物,是良好的生物吸附劑。本文是以DEHP為唯一碳源的Arthrobacter sp.JQ-1菌進行胞外聚合物的提取,以此作為吸附劑,考察不同濃度DEHP處理下,胞外聚合物(EPS)對其吸附過程。Mn~(2+)在細胞生命活動中起重要作用,是許多酶的輔助因子和激活劑,本文考察了Mn~(2+)存在時對EPS吸附DEHP是否起到了催化作用,探討了可催化的機理,為修復(fù)DEHP污染提供理論基礎(chǔ),主要研究內(nèi)容概括如下:通過加熱法提取的Arthrobacter sp.JQ-1胞外聚合物進行組分分析,蛋白質(zhì)、多糖、腐殖酸為主要成分,含量分別為381.1±1.02、199.1±3.26和159.42±1.96 mg·g~(-1),共占EPS總量的40%、20%、16%,這些組分在生物吸附DEHP時會起到主要的作用。對EPS吸附DEHP的影響因素中,溫度和pH的影響都很大,最佳的吸附條件為25℃,pH=7。在此條件下進行動力學(xué)吸附試驗,100 mg·L~(-1) DEHP最大吸附量可達到170.14 mg·g~(-1),48 h平衡。整個吸附過程更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型(R~20.98)。吸附等溫線符合Freundlich等溫模型(R~20.99),為多分子層吸附,其中K值較大,說明EPS對DEHP具有很強的親和力。Mn~(2+)對EPS吸附DEHP的影響中,先確定EPS對1 mg·L~(-1) Mn~(2+)吸附影響因素進而確定EPS吸附DEHP的條件。發(fā)現(xiàn)溫度對EPS吸附Mn~(2+)過程無顯著的影響,pH卻不同,在pH=6的條件下去除率才是最大的,高達92%,為了后續(xù)試驗的進行,選擇相差不大的pH=7的吸附條件,溫度定為25℃。在含有1 mg·L~(-1) Mn~(2+)條件下對EPS吸附100 mg·L~(-1) DEHP進行動力學(xué)試驗,最大吸附量達到194.84 mg·g~(-1),與不含Mn~(2+)處理相比,吸附量明顯增加,且達到吸附平衡的時間也加快了,大約在24 h。說明少量Mn~(2+)的添加是有助于EPS吸附DEHP的,平衡時間的提前則是對吸附起到一定的催化作用。EPS對DEHP的吸附在添加Mn~(2+)后依舊更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型(R~20.99)。并且符合Freundlich等溫模型擬合(R~20.98),與不添加Mn~(2+)相比K值有所增大,說明Mn~(2+)的添加使得EPS對DEHP的親和力更強。為了探討對Arthrobacter sp.JQ-1胞外聚合物可催化吸附DEHP的機理,進行EPS吸附DEHP的疏水性,掃描電鏡(SEM),傅里葉紅外光譜(FITR),三維熒光光譜(3D-EEM)測定。EPS疏水性隨著吸附時間而增加,主要是由于EPS上的疏水性物質(zhì)(蛋白質(zhì)上的脂肪族化合物、腐殖酸以及芳烴)起到一定作用。添加1 mg·L~(-1) Mn~(2+)后,吸附DEHP后的EPS,其疏水性都是隨著吸附時間而變化;DEHP濃度增加,疏水性同樣會增加,對非極性有機污染物DEHP來說吸附量也會增大。與未添加Mn~(2+)相比,EPS的疏水性整體變大,進一步說明Mn~(2+)添加對于EPS吸附DEHP是有促進作用的,Mn~(2+)與EPS表面上的多糖成分中各種親水性官能團相結(jié)合,增強了EPS與DEHP的結(jié)合強度。當(dāng)存在Mn~(2+)時,SEM觀察吸附DEHP的EPS表面結(jié)構(gòu)變得粗糙不平,形成孔洞絲狀體。EPS吸附DEHP的紅外光譜圖,不同波長下峰的振動說明EPS吸附DEHP起主要作用的基團是羥基、羧基和羰基等基團,吸附過程與蛋白質(zhì)、多糖密不可分。添加Mn~(2+)后,-OH、-CH_2-、C=O、-NH、-CN、C-O-C、C-O振動的峰值都發(fā)生漂移,說明Mn~(2+)和DEHP都與EPS基團發(fā)生了反應(yīng),與不同組分相互作用。EPS吸附DEHP的三維熒光光譜圖,可知EPS主要有蛋白類物質(zhì)、芳香蛋白類物質(zhì)和腐殖酸類物質(zhì),峰值的改變說明這些物質(zhì)與DEHP發(fā)生了反應(yīng)。在添加Mn~(2+)后EPS各物質(zhì)的峰值又發(fā)生了改變,說明Mn~(2+)與EPS吸附DEHP有很大關(guān)系。再結(jié)合整個動力學(xué)吸附過程Mn~(2+)在EPS吸附DEHP上是具有催化作用的。
【圖文】：

圖 1-1 DEHP 的分子結(jié)構(gòu)式Fig. 1-1 Structure of di-(2-ethylhexyl) phthalate表 1-1 有關(guān)酯類增塑劑的毒性數(shù)據(jù)[17]Tab. 1-1 The toxicity data of esters plasticizer增塑劑 致畸（T） 致突變（M） 急性毒性（AT） 慢性毒性（CT） 生態(tài)毒性（E）鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯Y Y Y Y Y鄰苯二甲酸二甲酯 Y Y Y Y Y鄰苯二甲酸二乙酯 Y N Y Y Y鄰苯二甲酸二丁酯 Y Y Y Y Y鄰苯二甲酸丁芐酯 Y Y Y Y Y苯二甲酸二環(huán)己酯 Y N Y N N注：Y-有；N-無Note: Y-Yes; N-None土壤中的 DEHP 主要來自塑料農(nóng)膜，，廢棄塑料制品，工業(yè)煙塵的沉降以及污水灌溉，其[18]

圖 1-2 胞外聚合物結(jié)構(gòu)Fig. 1-2 Structure of extracellular polymeric substancesEPS 主要性質(zhì)：EPS 的絮凝性。絮凝包含了通過范德華力使微粒聚集的凝聚和高分子化合物促使微粒變大沉降而絮凝兩個過程。EPS 屬于生物大分子，構(gòu)成成分與菌體相似，含有大量極性團，與懸浮粒通過離子鍵、氫鍵相結(jié)合，大量沉積表現(xiàn)出絮凝力[63]。EPS 的吸附性。EPS 的成分主要為大分子物質(zhì)具有大量的吸附位點，包括蛋白質(zhì)、多糖維素等，同時還有不同的官能團，如羧基、羥基、酚基等，這些使得 EPS 具有吸附力可附有機物和金屬。EPS 的親疏水性。EPS 表面的荷電官能團（羧基、磷酸基、巰基和羥基）和非極性官（蛋白質(zhì)中芳香族化合物、脂肪族化合物和多糖中的疏水區(qū)域）。EPS 中親疏水基團的證明了 EPS 是兩性的，其中糖類是親水性主要成分，蛋白質(zhì)和腐殖酸是疏水性的成分[64-6EPS 的生物可降解性。EPS 除了是細胞分泌的天然高分子物質(zhì)，在外界條件無法滿足物生長自身需求時本身也可作為生存的物質(zhì)和能量來源。其中多糖的利用會優(yōu)先于蛋白質(zhì)PS 除了可以被自身降解，其他微生物也可以對它進行利用[66]。EPS 的產(chǎn)生和可降解使得物面對不同環(huán)境下可以趨利避害提升自身生存能力。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X592

【參考文獻】

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5 魏e

本文編號：2646600