羧甲基纤维素强化CFP312降解非水相液体中菲的机制研究

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多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是环境中常见的一类有机污染物。因其非极性结构,常紧密吸附在土壤间隙中,或与稠密的非水相液体(Non-aqueous phase liquid,NAPL)混溶,难以被生物提取。微生物降解作为去除PAHs的重要机制,受其生物利用低的限制。因此,改进修复方法来促进PAHs快速生物降解备受关注。然而,仍有许多PAHs降解微生物难以适应这些强化手段。本研究筛选出一株高效的PAHs降解菌并确定其特性和分类。通过分析水溶液体系(AS)、水-有机溶剂两相分配体系(AOTS)、胶束水溶液体系(MAS)、浊点体系(CPS)和泥浆-水体系(SAS)中降解菌的菲降解情况,判断其应用潜力。对该菌进行疏水化改性,确定合适的改性剂,并以其为代表,分析改性剂对菌株的影响以及对NAPL中菲降解是否有促进作用。最后从Zeta电位、表面张力、粘度、微观结构等方面探究改性剂与降解菌之间的相互作用。具体内容和结果如下:(1)筛选出一株以菲为唯一碳源和能源的中温菌CFP312(15–37℃,最适30℃)。通过菌落和细胞形态观察、生理生化试验和16S r DNA同源性分析,已鉴定为莫拉氏菌Moraxella sp.。研究发现,在菲浓度为400 mg/L时,48 h和60 h的菲去除率分别达到84%和90%,降解速率为1.21、1.29 mg/(L·h)。在菲的降解过程中,检测到3,4-二羟基菲为中间产物。因此推断降解菌通过在菲的第3,4位上进行双加氧来完成其生物降解过程的。在AOTS、MAS和CPS中,降解菌对各种降解的体系均显示出了优异的适应性。此外,降解菌也在SAS中显示出了高效处理菲污染土壤的能力,说明其在环境修复中具有巨大的应用潜力。(2)通过表面活性剂、十二醇、壳聚糖和羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose,CMC)对细菌CFP312进行疏水化改性,结果表明Trition X-100、鼠李糖脂、槐糖脂、Tween 80等表面活性剂和十二醇不能增强该菌株的疏水性,对十四烷的乳化和乳液稳定方面没有促进效果,但壳聚糖和CMC均能改善CFP312的表面疏水性。细菌经壳聚糖和CMC改性后,其接触角由30°多分别增加至78.83°和90.86°,并促使十四烷形成稳定的Pickering乳液。通过显微镜观察乳液的油水界面,由CMC参与形成的乳液,油水界面有明显的细菌粘附,而壳聚糖的没有细菌粘附。(3)CFP312在壳聚糖的MSM(Minimal salt medium,MSM)盐溶液中产生絮凝沉淀,但在CMC的MSM盐溶液中没有明显的絮凝沉淀。CFP312与壳聚糖、CMC絮凝反应后,不能使十四烷乳化。通过强化NAPL中菲降解实验,表明CMC对CFP312处理菲有非常好的促进作用,当CMC浓度为10 g/L时效果达到最佳,第2 d和第5 d时的菲降解率分别达到93.37%、99.06%。相比之下,壳聚糖抑制了CFP312对菲的降解。(4)探究壳聚糖和CMC与CFP312的相互作用。发现添加等量的CFP312后,细菌-壳聚糖和细菌-CMC溶液的Zeta电位和表面张力降低,但溶液粘度出现不同的变化。壳聚糖对细菌表面张力影响比CMC的大。随着CMC浓度的增加,细菌-CMC溶液的粘度迅速降低,由92.3±0.3 m Pa·s降至3.0±0 m Pa·s;细菌-壳聚糖溶液的粘度,随壳聚糖浓度的升高而略有增大。细菌CFP312、细菌-壳聚糖和细菌-CMC聚合物的SEM结构表明,CFP312呈棒状,独立分布;细菌-壳聚糖聚合物形成致密的网络结构;细菌-CMC聚合物呈现松散的网状结构,这可能是CMC促进CFP312降解菲的原因。本研究首次对Moraxella菌属CFP312进行疏水化改性,通过阐明壳聚糖和CMC与CFP312之间的相互作用,为强化NAPL中菲的生物处理提供理论支持。
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