無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑的廣泛使用,潛在地威脅著人類身體健康。生物絮凝劑作為一種高效、安全、無二次污染的凈水劑,已越來越受到人們的關(guān)注和重視。目前,生物絮凝劑研究過程中較為重要的問題是如何降低生物絮凝劑的合成成本,從而推動(dòng)生物絮凝劑的工業(yè)化應(yīng)用。這個(gè)問題可以通過廉價(jià)基質(zhì),選育高效產(chǎn)絮菌株解決。本研究以玉米秸稈水解液為基質(zhì)選育高效產(chǎn)絮菌株,優(yōu)化了秸稈水解條件,明確了水解液中戊糖、己糖含量,以及適合菌株高效產(chǎn)絮的秸稈水解液產(chǎn)絮培養(yǎng)基成分。在優(yōu)化的條件下,考察了磷酸鹽對(duì)菌株產(chǎn)絮特性的影響,減少了磷酸鹽的用量,進(jìn)一步降低了生物絮凝劑合成成本。通過分析生物絮凝劑的活性成分、Zeta,探討了絮凝機(jī)制。本研究利用響應(yīng)曲面及高效液相色譜(HPLC)的方法,明確玉米秸稈水解條件及水解液中還原糖的含量,配置成產(chǎn)絮培養(yǎng)基,選育高效絮凝劑產(chǎn)生菌,并利用傅里葉紅外光譜(FTIR)分析絮凝劑成分。結(jié)果顯示,在酸濃度為2%(v:v),120°C下汽爆2h,秸稈水解液中含有18.9g/L木糖、6.63g/L葡萄糖、5.22g/L阿拉伯糖。選育到兩株能同步利用戊糖、己糖的高效產(chǎn)絮菌株,通過形態(tài)觀察、生理生化、脂肪酸鑒定、16Sr DNA基因的分子生物學(xué)等多相分類鑒定等析,表明W2隸屬于蒼白桿菌Ochrobactrum sp.、W4隸屬于Bacillus subtilis。兩株菌的絮凝率分別為95±2%,94±2.2%,絮凝活性成分主要為多糖和蛋白。基于菌株W2利用木糖的能力(2.02 g L~(-1)h~(-1))大于菌株W4利用木糖的能力(0.14 g L~(-1)h~(-1)),因此將菌株W2作為主要的研究對(duì)象。利用響應(yīng)曲面法確定了W2利用玉米秸稈水解液合成生物絮凝劑的條件。采用離子色譜(ICP)、主成分分析、高效液相色譜(HPLC)的方法,分析了生物絮凝劑合成的影響因素,研究了糠醛對(duì)產(chǎn)絮特性的影響,用動(dòng)力學(xué)模型解析了合成過程。研究結(jié)果表明W2在p H7.0、發(fā)酵溫度30°C、搖床轉(zhuǎn)速為140rpm/min、培養(yǎng)時(shí)間為18h的優(yōu)化條件下,利用玉米秸稈水解液合成生物絮凝劑的產(chǎn)量為3.8g/L,絮凝率達(dá)到92%。影響W2生物絮凝劑合成的主要因素是p H(54.6%)和TOC(47.4%),玉米秸稈水解液副產(chǎn)物糠醛能夠促進(jìn)W2菌體生長(zhǎng)。利用離子色譜,分析了玉米秸稈水解過程中釋放的P元素,明確磷酸鹽對(duì)產(chǎn)絮特性的影響。明確了磷酸鹽的添加量對(duì)生物絮凝劑的合成的影響,影響W2生物絮凝劑產(chǎn)量的磷酸鹽濃度順序?yàn)?0g/L2g/L1g/L0.5g/L,并且PO_4~(3-)能強(qiáng)化W2生物絮凝劑的絮凝活性。無PO_4~(3-)存在時(shí),Ca~(2+)同樣能強(qiáng)化W2生物絮凝劑的絮凝活性,探討了Ca~(2+)強(qiáng)化W2生物絮凝劑活性的機(jī)制。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X703.5
【部分圖文】：

1.4 生物絮凝劑的研究現(xiàn)狀生物絮凝劑的開發(fā)與研究，正日益受到科學(xué)界及社會(huì)的廣泛關(guān)注。尤其最近十年，科學(xué)界對(duì)生物絮凝劑的關(guān)注度正逐年提高。由圖1-1可知，直至搜索時(shí)間為止，近十年關(guān)于生物絮凝劑研究的SCI文章出版數(shù)量增長(zhǎng)了近10倍，文章數(shù)量增長(zhǎng)了740%，可見科學(xué)界對(duì)生物絮凝劑的研究持續(xù)升溫。圖1-2表明了生物絮凝劑研究課題組的國(guó)家分布狀況。由圖可知，我國(guó)處于生物絮凝劑研究的領(lǐng)先地位。隨著對(duì)生物絮凝劑課題的深入研究，結(jié)果表明生物絮凝劑是一項(xiàng)具備實(shí)際應(yīng)用潛力、具有光明的市場(chǎng)應(yīng)用前途，是一項(xiàng)有重要科學(xué)?

科學(xué)界對(duì)生物絮凝劑的關(guān)注度正逐年提高。由圖1-1可知，直至搜索時(shí)間為止，近十年關(guān)于生物絮凝劑研究的SCI文章出版數(shù)量增長(zhǎng)了近10倍，文章數(shù)量增長(zhǎng)了740%，可見科學(xué)界對(duì)生物絮凝劑的研究持續(xù)升溫。圖1-2表明了生物絮凝劑研究課題組的國(guó)家分布狀況。由圖可知，我國(guó)處于生物絮凝劑研究的領(lǐng)先地位。隨著對(duì)生物絮凝劑課題的深入研究，結(jié)果表明生物絮凝劑是一項(xiàng)具備實(shí)際應(yīng)用潛力、具有光明的市場(chǎng)應(yīng)用前途，是一項(xiàng)有重要科學(xué)研究意義的技術(shù)。圖 1-1 生物絮凝劑的 SCI 文章數(shù)量Fig.1-1 SCI articles numbers of biflocculant on SCI index

數(shù)微生物能高效的利用單糖[51]，進(jìn)而能夠提高微生物對(duì)木質(zhì)纖維素的轉(zhuǎn)化。稀酸結(jié)合汽爆處理木質(zhì)纖維素具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、操作過程簡(jiǎn)便等，使其應(yīng)用程度備受關(guān)注。但是，酸水解、汽爆的過程中，木質(zhì)纖維素受溫高壓在水解為單糖的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的水解副產(chǎn)物，例如呋喃類、弱酸類物質(zhì)、酚類物質(zhì)等[52]，如圖 1-3。
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本文編號(hào)：2892640