不同介質環(huán)境中生物表面活性劑強化降解生物質的作用.pdf

1、環(huán)境中大量存在的廢生物質是一類難降解的有機物質,同時也是一種寶貴的可再生資源。強化廢生物質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)境中廢生物質累積和污染的必要手段。自然界中生物質的降解大多依靠微生物作用來完成,表面活性劑的介入,可以促進微生物對有效降解酶的分泌,并改善降解體系的微環(huán)境,促進微生物的生長繁殖和代謝,從而使降解過程得到強化。生物表面活性劑作為表面活性劑的一種,與一般化學表面活性劑具有類似的結構,能夠降低空氣-

2、水、油-水和固體-水的表(界)面張力。同時,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”,具有良好的應用前景。
　　 本文對幾種不同介質環(huán)境中生物表面活性劑強化降解生物質的作用進行研究,以堆肥體系難降解的木質纖維素生物質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環(huán)境、逆膠束介質環(huán)境、固態(tài)微生物發(fā)酵環(huán)境和復

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

4、纖維素生物質的過程,通過在低酶負荷條件下,添加單鼠李糖脂、皂角苷和Tween80表面活性劑進行對比,考察在稻草纖維素酶解轉化過程中生物表面活性劑的優(yōu)越性,證實在相同酶解反應條件下,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,促進纖維素的轉化;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,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。
　　 第二部分進行液態(tài)非水介質環(huán)境中生物表面活性劑強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系統(tǒng),通過構建“鼠李糖脂/異辛烷/正己醇/水”逆膠束體系,并對其進行電導行為分析,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)進行測定,在最佳W0條件下對纖維素模式物質進行酶法降解,與不同類型表

6、面活性劑作用進行對比,研究結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濃度下對纖維素酶解促進作用最強,并且同等條件下在逆膠束體系中的酶解效率高于相應水介質體系中的酶解效率,生物表面活性劑鼠李糖脂所構建的逆膠束體系在各濃度條件下對酶解過程的促進作用均優(yōu)于CTAB、SDS和Tween80這3種化學表面活性劑所構建的逆膠束體系。

7、
　　 第三部分對固-液介質環(huán)境中生物表面活性劑強化降解生物質的作用進行研究。采用白腐菌典型代表菌種黃胞原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)對固態(tài)發(fā)酵介質環(huán)境中稻草木質素進行降解,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,同時,二鼠李糖脂對木素過氧化物酶(Lip)活性的保持以及水溶性有機碳(WSOC)的釋放起到促進作用,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％,木質素降解率提高54％,經方差分解分析(VPA)統(tǒng)計顯示,0.007％二鼠李糖脂對該生物除木質素過程的強化作用具有顯著性;通過在剩余污泥靜態(tài)強制通風好氧堆肥過程中添加鼠李糖脂,對該堆肥化過程的物理化學參數(shù)的變化、微生物菌群動態(tài)和毒理學指標進行監(jiān)測,考察了鼠李糖脂對污泥堆肥過程的強化作用,同時與外源復合微生物菌劑的促進作用進行比較,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降解酶的締合作用解析。通過穩(wěn)態(tài)熒光技術,采用非極性的熒光探針芘(Py),對水介質中表面活性劑膠束化過程與酶分子的締合作用進行解析,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,不同結構表面活性劑對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弱化,而漆酶與表