【摘要】：厭氧微生物體系利用有機質(zhì)為底物進行代謝反應(yīng),有機質(zhì)的氧化還原反應(yīng)是該體系中生化反應(yīng)的本質(zhì)。目前學(xué)者在厭氧條件下利用微生物產(chǎn)生的還原力進行了一系列的研究,包括利用還原力還原降解某些污染物,產(chǎn)生新能源等。同時,在降解水體有機質(zhì)方面也做了大量的研究,研究表明厭氧微生物體系具有強大的處理能力和經(jīng)濟價值,但對其作用機制缺乏深入的認識。因此,本課題通過系統(tǒng)的科學(xué)研究,探索其反應(yīng)機理,發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)規(guī)律,呈獻給研究人員一個整體結(jié)構(gòu)。主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下： 1.利用三氧化鎢電致變色的特性進行高通量篩選產(chǎn)電菌株,在24孔板中進行產(chǎn)電微生物的篩選,能將電子導(dǎo)出體外的產(chǎn)電微生物可以使三氧化鎢由白色變?yōu)樗{色。在環(huán)境樣品巢湖底泥中篩選出27株產(chǎn)電微生物,大部分屬于氣單胞菌屬和希瓦氏菌屬。其中有一株乙酸氧化產(chǎn)電菌是兼性厭氧菌,對其產(chǎn)電性能和甲基橙還原脫色的性能進行了考察,證實了其胞外電子傳遞能力。這種類型的菌株在自然環(huán)境體系尤其是好氧和厭氧體系的交界處有很重要的作用,本研究在電化學(xué)活性細菌分布和代謝功能方面提供了一個全新視角。 2.研究了Caldicellulosiruptor saccharolyticus體系中葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)氫的過程,研究表明C. saccharolyticus葡萄糖發(fā)酵的主要產(chǎn)物和生成的先后順序為氫氣和乙酸首先出現(xiàn),隨后是乙醇和乳酸,在不同的葡萄糖濃度1.0g/L、2.0g/L、3.5g/L和7.5g/L下,最大的光密度值(OD620)分別為0.35、0.48、0.53、0.55,發(fā)現(xiàn)在不同的葡萄糖濃度下氫氣／乙酸都大于2,介于2和4之間。為了探索造成這一現(xiàn)象的原因,通過外界添加同位素標記乙酸來追蹤乙酸去向確定原因。實驗表明60%的同位素標記乙酸轉(zhuǎn)移到胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為同位素標記乙醇,體系中沒有產(chǎn)生明顯的同位素標記二氧化碳,在對照組和放射性標記組同時檢測到大約相同量的13CO2(O.lmmol),說明C. saccharolyticus體系中沒有乙酸氧化現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)生物質(zhì)的增長值反算回乙酰輔酶A,與乙酸測定值相加得到理論乙酸產(chǎn)量,進行H2/acetate比值的修正之后,原本大于2的比值修正后都是接近2的,進一步證實了生物質(zhì)增長是造成H2/acetate比值偏高的原因。 3.首次研究報道了C. saccharolyticus在葡萄糖發(fā)酵過程中對甲基橙的降解,并提出了降解機理。C. saccharolyticus在自身所產(chǎn)的溶解氫的作用下,可將甲基橙降解為DPD和4-ABA, C. saccharolyticus細胞在這個過程中起至關(guān)重要的作用,因為甲基橙和氫氣的化學(xué)反應(yīng)是極其微弱有限的,但是在細胞表面酶Ni-Fe氫化酶的催化作用下兩者可以快速反應(yīng),從而完成甲基橙脫色。甲基橙降解速率和溶解氫的濃度呈正相關(guān)性,在高溶解氫條件下脫色速率可達6.65mg/L/h或7.08mg/L/h,相反,在剛剛進行氮氣吹掃后的低溶解氫條件下卻只有2.16mg/L/h或0.88mg/L/h。提出的脫色機理能很好的解釋添加甲基橙后還原產(chǎn)物乙醇產(chǎn)量的變化現(xiàn)象,這很可能是甲基橙對還原力的競爭造成的,使得葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)物中還原產(chǎn)物產(chǎn)量降低。 4.在強高溫產(chǎn)氫菌株C. saccharolyticus體系中,葡萄糖發(fā)酵過程中原位產(chǎn)生的氫氣可以將Pd(Ⅱ)還原為Pd(0),采用透射電子顯微鏡結(jié)合X射線探測器的檢測方法證實了這一科學(xué)猜測。零價鈀顆粒被用于甲基橙脫色和泛影酸鈉脫碘的催化反應(yīng)中,100mg/L的甲基橙在有鈀添加的實驗組中半小時內(nèi)即被降解完畢,而沒有鈀添加的實驗組中完全降解則需要6小時之久。20mg/L的泛影酸鈉在有鈀添加的實驗組中10分鐘即被降解完畢,沒有鈀添加的實驗組幾乎沒有降解,說明零價鈀強化了降解效果。甲基橙的脫色是在氫氣、氫化酶和零價鈀顆粒共同作用下完成的,而泛影酸鈉的降解過程中氫化酶并沒有起到明顯作用,零價鈀顆粒是脫碘過程中起本質(zhì)作用的催化劑。更重要的是C. saccharolyticus菌體起到分散劑的作用,使形成的零價鈀顆粒分散均勻,顆粒成納米級,是一種綠色的分散體系,而且在此體系中形成的納米鈀顆粒相較于沒有分散劑形成的零價鈀顆粒具有更好地催化效果�？偠灾�,鈀的參與是強化水體污染物的降解效果的很好的選擇。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X172;X52

【共引文獻】

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