新分離菌株對(duì)燃料油中有機(jī)硫的代謝途徑及脫硫特性研究.pdf

1、燃料油燃燒引起的SO2排放是形成酸雨的主要原因。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)高品質(zhì)清潔燃油的需求越來(lái)越大，而現(xiàn)狀則是高含硫原油的不斷增加，日益嚴(yán)格的環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)迫切需要開(kāi)發(fā)燃燒前深度脫硫技術(shù)。生物脫硫(Biodesulfurization，BDS)技術(shù)具有選擇性高、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備投資和操作費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是可能取代或補(bǔ)充傳統(tǒng)的加氫催化脫硫，實(shí)現(xiàn)燃料油深度脫硫最有效的技術(shù)之一。本論文圍繞新分離的專一性脫硫菌株分支桿菌(Mycobacter

2、iumsp.)ZD-19，研究了該菌的生長(zhǎng)脫硫特性，各種有機(jī)硫化合物的代謝途徑以及模擬燃料油中休止細(xì)胞的脫硫特性。 首先，分離、篩選得到高活性的專一性脫硫菌。根據(jù)脫硫微生物的生長(zhǎng)特性和代謝機(jī)理，從采集的不同污泥和土樣中分離得到7株以4S途徑代謝，專一切斷二苯并噻吩(Dibenzothiophene，DBT)中C-S鍵，生成2-羥基聯(lián)苯(2-Hydroxybiphenyl，2-HBP)的菌株。通過(guò)對(duì)菌株脫硫活性和特性比較，本實(shí)驗(yàn)選

3、擇19＃菌株進(jìn)一步研究。16SrDNA的鑒定表明，19＃菌株屬于分枝桿菌屬(Mycobacteriumsp.)，命名為ZD-19。 第二，考察新分離的分支桿菌ZD-19的脫硫能力。ZD-19具有較廣的底物脫硫范圍，除能以DBT為硫源生長(zhǎng)外，還能分別以噻吩(Thiophene，TH)、苯并噻吩(Benzothiophene，BTH)、4,6-二甲基二苯并噻吩(4，6-Dimethyldibenzothiophene，4,6-DMD

4、BT)和二苯硫醚(Diphenylsulfid，DPS)為硫源生長(zhǎng)，ZD-19休止細(xì)胞對(duì)各種有機(jī)硫化合物脫硫能力依次為TH＞BTH＞DPS＞DBT＞4,6-DMDBT，顯示了較好的燃料油生物脫硫工業(yè)應(yīng)用前景。同時(shí)，從DBT和4,6-DMDBT混合硫化物脫硫情況來(lái)看，ZD-19對(duì)兩種底物的脫硫是同時(shí)進(jìn)行的，總硫的脫硫活性只與含硫底物的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。 第三，研究ZD-19對(duì)不同有機(jī)硫化物的代謝途徑。通過(guò)GC-MS檢測(cè)分析，DBT代

5、謝產(chǎn)生的終產(chǎn)物為2-甲氧基聯(lián)苯(2-Methoxybiphenyl，2-MBP)，可能是從傳統(tǒng)4S代謝產(chǎn)物2-HBP苯環(huán)上連接的羥基甲基化生成，延伸了傳統(tǒng)的4S途徑。菌株代謝DBT烷烴取代物如4,6-DMDBT時(shí)，同樣能把單羥基二甲基DBT的羥基甲基化，進(jìn)一步證明了ZD-19具有延伸4S途徑的代謝特性。另外，ZD-19代謝二苯硫醚的產(chǎn)物分析研究發(fā)現(xiàn)，ZD-19將二苯硫醚氧化成水溶性的二苯硫醚亞砜和砜，但沒(méi)有檢測(cè)到進(jìn)一步的氧化使硫從二苯硫

6、醚分子中釋放出來(lái)。這條氧化途徑類似于DBT脫硫中的Kodama途徑。 傳統(tǒng)4S途徑的代謝終產(chǎn)物2-HBP具有生物毒性，對(duì)ZD-19細(xì)胞生長(zhǎng)和脫硫均存在抑制。當(dāng)初始2-HBP投加濃度0.1mmol/L時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)減少一半；隨著2-HBP濃度增加到0.5mmol/L，細(xì)胞基本停止生長(zhǎng)，休止細(xì)胞的脫硫活性也被抑制，只為初始活性的2/3；當(dāng)2-HBP濃度增加到2.0mmol/L，休止細(xì)胞喪失脫硫能力。根據(jù)GC-MS分析，在ZD-19休止

7、細(xì)胞降解DBT過(guò)程中，DBT的降解產(chǎn)物2-HBP會(huì)被完全轉(zhuǎn)化，生成新產(chǎn)物2-MBP。2-MBP相比于2-HBP，極性較小，可能對(duì)細(xì)胞的毒性也較小，分支桿菌ZD-19區(qū)別于傳統(tǒng)4S途徑的代謝特性，可能有助于部分消除產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和脫硫的抑制。 第四，以正十六烷為模擬油相，考察油水相比、細(xì)胞濃度、DBT濃度等對(duì)休止細(xì)胞脫硫活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，正十六烷的加入能促進(jìn)ZD-19休止細(xì)胞的脫硫反應(yīng)，但是油包水的狀態(tài)會(huì)使休止細(xì)胞受到毒害