不同介質(zhì)環(huán)境中生物表面活性劑強(qiáng)化降解生物質(zhì)的作用.pdf

1、環(huán)境中大量存在的廢生物質(zhì)是一類難降解的有機(jī)物質(zhì),同時(shí)也是一種寶貴的可再生資源。強(qiáng)化廢生物質(zhì)的降解是加速廢物資源化利用過程的重要環(huán)節(jié),也是有效減緩環(huán)境中廢生物質(zhì)累積和污染的必要手段。自然界中生物質(zhì)的降解大多依靠微生物作用來完成,表面活性劑的介入,可以促進(jìn)微生物對(duì)有效降解酶的分泌,并改善降解體系的微環(huán)境,促進(jìn)微生物的生長繁殖和代謝,從而使降解過程得到強(qiáng)化。生物表面活性劑作為表面活性劑的一種,與一般化學(xué)表面活性劑具有類似的結(jié)構(gòu),能夠降低空氣-

2、水、油-水和固體-水的表(界)面張力。同時(shí),由于生物表面活性劑具備低毒性、可降解性和生態(tài)相容性等諸多優(yōu)勢,被視為一種清潔而高效的“綠色試劑”,具有良好的應(yīng)用前景。
　　 本文對(duì)幾種不同介質(zhì)環(huán)境中生物表面活性劑強(qiáng)化降解生物質(zhì)的作用進(jìn)行研究,以堆肥體系難降解的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)及污水污泥的堆肥化處理過程為例,在酶法降解、微生物降解及堆肥化處置過程中,通過引入生物表面活性劑,考察在典型的水介質(zhì)環(huán)境、逆膠束介質(zhì)環(huán)境、固態(tài)微生物發(fā)酵環(huán)境和復(fù)

3、雜堆肥環(huán)境中,生物質(zhì)降解過程的不同特征,并探討生物表面活性劑對(duì)強(qiáng)化底物降解的作用。研究結(jié)果有助于深入了解生物表面活性劑在不同介質(zhì)環(huán)境中的行為及界面效應(yīng)原理,為生物表面活性劑在不同環(huán)境條件下的應(yīng)用可行性提供科學(xué)依據(jù),推動(dòng)污染物強(qiáng)化降解及外源促進(jìn)劑的技術(shù)發(fā)展。論文總體試驗(yàn)工作分為四個(gè)部分:
　　 第一部分研究液態(tài)水介質(zhì)環(huán)境中生物表面活性劑強(qiáng)化酶解纖維素生物質(zhì)的作用。采用銅綠假單胞菌發(fā)酵生產(chǎn)生物表面活性劑鼠李糖脂,并將其應(yīng)用于酶法降解

4、纖維素生物質(zhì)的過程,通過在低酶負(fù)荷條件下,添加單鼠李糖脂、皂角苷和Tween80表面活性劑進(jìn)行對(duì)比,考察在稻草纖維素酶解轉(zhuǎn)化過程中生物表面活性劑的優(yōu)越性,證實(shí)在相同酶解反應(yīng)條件下,生物表面活性劑單鼠李糖脂與Tween80和皂角苷相比具有更大的優(yōu)勢,能顯著地緩解纖維素酶的失活過程,促進(jìn)纖維素的轉(zhuǎn)化;將生物表面活性劑鼠李糖脂二糖脂用于磁性固定化纖維素酶的制備,并將該固定化酶用于降解纖維素生物質(zhì),含生物表面活性劑的磁性固定化酶穩(wěn)定性得到提高,

5、能更有效地發(fā)揮酶的催化能力。
　　 第二部分進(jìn)行液態(tài)非水介質(zhì)環(huán)境中生物表面活性劑強(qiáng)化酶解纖維素的可行性研究。首次將生物表面活性劑引入逆膠束酶反應(yīng)系統(tǒng),通過構(gòu)建“鼠李糖脂/異辛烷/正己醇/水”逆膠束體系,并對(duì)其進(jìn)行電導(dǎo)行為分析,獲得最佳含水率(W0)值條件,采用熒光探針羅丹明B(Rh-B)對(duì)表面活性劑在異辛烷/正己醇(1/1,v/v)溶劑中的臨界膠束濃度(CMC)進(jìn)行測定,在最佳W0條件下對(duì)纖維素模式物質(zhì)進(jìn)行酶法降解,與不同類型表

6、面活性劑作用進(jìn)行對(duì)比,研究結(jié)果表明陰離子表面活性劑SDS和鼠李糖脂的逆膠束體系最大增溶水量高于陽離子表面活性劑CTAB和非離子表面活性劑Tween80逆膠束體系,各表面活性劑在1倍CMC濃度下對(duì)纖維素酶解促進(jìn)作用最強(qiáng),并且同等條件下在逆膠束體系中的酶解效率高于相應(yīng)水介質(zhì)體系中的酶解效率,生物表面活性劑鼠李糖脂所構(gòu)建的逆膠束體系在各濃度條件下對(duì)酶解過程的促進(jìn)作用均優(yōu)于CTAB、SDS和Tween80這3種化學(xué)表面活性劑所構(gòu)建的逆膠束體系。

7、
　　 第三部分對(duì)固-液介質(zhì)環(huán)境中生物表面活性劑強(qiáng)化降解生物質(zhì)的作用進(jìn)行研究。采用白腐菌典型代表菌種黃胞原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)對(duì)固態(tài)發(fā)酵介質(zhì)環(huán)境中稻草木質(zhì)素進(jìn)行降解,在生物表面活性劑二鼠李糖脂的介入下,P.chrysosporium的生長得到促進(jìn),同時(shí),二鼠李糖脂對(duì)木素過氧化物酶(Lip)活性的保持以及水溶性有機(jī)碳(WSOC)的釋放起到促進(jìn)作用,在濃度為0.007％的二鼠李糖脂作用下

8、,LiP活性最大值提高86％,木質(zhì)素降解率提高54％,經(jīng)方差分解分析(VPA)統(tǒng)計(jì)顯示,0.007％二鼠李糖脂對(duì)該生物除木質(zhì)素過程的強(qiáng)化作用具有顯著性;通過在剩余污泥靜態(tài)強(qiáng)制通風(fēng)好氧堆肥過程中添加鼠李糖脂,對(duì)該堆肥化過程的物理化學(xué)參數(shù)的變化、微生物菌群動(dòng)態(tài)和毒理學(xué)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測,考察了鼠李糖脂對(duì)污泥堆肥過程的強(qiáng)化作用,同時(shí)與外源復(fù)合微生物菌劑的促進(jìn)作用進(jìn)行比較,分析生物表面活性劑作用與微生物作用的區(qū)別。
　　 第四部分為表面活性劑

9、膠束化過程與生物質(zhì)降解酶的締合作用解析。通過穩(wěn)態(tài)熒光技術(shù),采用非極性的熒光探針芘(Py),對(duì)水介質(zhì)中表面活性劑膠束化過程與酶分子的締合作用進(jìn)行解析,以纖維素酶和漆酶為例,探討生物表面活性劑鼠李糖脂與化學(xué)表面活性劑SDS、CTAB和Tween80膠束體系的不同特征,芘的熒光行為可以反映出其所處微環(huán)境極性的變化,不同結(jié)構(gòu)表面活性劑對(duì)芘的熒光作用各有不同,纖維素酶與表面活性劑的締合,使芘的熒光行為隨表面活性劑濃度的變化特征相對(duì)弱化,而漆酶與表