淡水微生物铁载体在类Fenton体系中降解水中普萘洛尔的研究

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普萘洛尔被大量应用于治疗心血管疾病,近些年在各种环境介质如:土壤、地表水、河水底泥中均频繁检测出普萘洛尔的存在,它的存在已经影响到水产食品的安全,进而威胁到人类的健康和生命安全。铁(Ⅲ)-铁载体配合物应用到Fenton体系的改性研究中,可以克服传统Fenton体系pH限制的缺陷,提高铁(Ⅲ)的利用效率,可能对中性条件下普萘洛尔降解具有良好的效果,因此研究中性条件下铁(Ⅲ)-铁载体体系中普萘洛尔的降解对于节约资源、防止二次污染具有重要意义。本研究从武汉市东湖中筛选培养产铁载体菌并分离纯化淡水铁载体,研究 Fe(Ⅲ)-铁载体配合物的基本性质并应用于中性pH下类 Fenton/光-Fenton体系降解普萘洛尔,阐述Fe(Ⅲ)-siderophore配合物对淡水体系中有机污染物的转化规律,以期能够得到类Fenton反应/光-Fenton反应的强化效应与机制,并且为天然水体中普萘洛尔的自净处理提供一种科学解释,并且为污水中难降解有机物的处理寻找一种新的方法。具体研究的主要内容和结果如下:  1)淡水产铁载体菌的筛选及铁载体的纯化和鉴定  (1)从淡水水体中筛选和培养高产铁载体细菌,进行菌种的初步鉴定;采用正交试验研究碳源、氮源、氨基酸、pH等对铁载体产量的影响,优化产铁载体培养条件。研究发现:筛选出的产铁载体细菌以假单胞菌为主;Fe3+浓度升高有助于培养基中产铁载体菌的生长,但会抑制产铁载体菌分泌铁载体的含量;优化得出三种菌体最佳培养基成分。  (2)以产铁载体菌发酵液为实验对象,通过薄层层析、硅胶柱层析、大孔树脂柱层析、凝胶柱层析、固相萃取、高效液相色谱等方式对铁载体进行分离纯化;采用Arnow法、Csaky法对铁载体进行类型测定;采用LC-MS检测产铁载体的基本结构。研究发现:最佳分离提纯方式为真空抽滤——大孔树脂柱层析——固相萃取——高效液相色谱分离;产生的铁载体绝大多数为氧肟酸类铁载体,其中能够产生ferrichrome型铁载体。  2)氧肟酸类铁载体的光化学性质研究及在中性类Fenton体系中降解普萘洛尔  (1)研究Fe(Ⅲ)和氧肟酸类铁载体配比、pH值对Fe2+与·OH产量的影响,讨论Fe(Ⅲ)-siderophore配合物光解新型有机污染物普萘洛尔的降解效果和机理,同时对Fe(Ⅲ)-siderophore配合物与其他典型的Fe(Ⅲ)配合物进行比较。结果表明:Fe(Ⅲ)-氧肟酸类铁载体配合物不具有光活性,氧肟酸类铁载体对体系光氧化还原反应具有抑制作用。铁载体对体系光反应的抑制作用随着pH升高和铁载体浓度增加而逐渐增强。普萘洛尔的降解率随异丙醇浓度增大而下降,三种配体对普萘洛尔的降解效果依次为:Fe(Ⅲ)-柠檬酸配合物>Fe(Ⅲ)-草酸配合物>Fe(Ⅲ)-siderophore配合物。  (2)研究Fe(Ⅲ)-铁载体配合物、H2O2浓度、铁载体浓度、pH、O2、异丙醇等因素对Fe(Ⅲ)-铁载体配合物改良中性类Fenton反应的影响。结果表明:Fe(Ⅲ)-铁载体配合物可以扩大类Fenton体系的可用pH范围,提高Fe(Ⅲ)在近中性条件下的稳定性和溶解性。·OH是类Fenton体系中普萘洛尔降解的主要活性氧类物质·O2、H2O2和铁载体均可以提高普萘洛尔的去除效果。普萘洛尔在不同pH下的降解效果pH=3.0时最佳,依次为:pH=3.0、5.0、6.0、7.0、8.0;通过Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的循环实验,可有效提高铁离子的利用效率。  3)儿茶酚类铁载体改良中性类光-Fenton体系降解普萘洛尔  研究Fe(Ⅲ)配合物、pH、儿茶素浓度等因素对中性类光-Fenton体系的影响,推测底物可能的降解途径,全面阐述儿茶酚类铁载体改良类光-Fenton体系的机理。研究发现:儿茶素可以提高Fe(Ⅲ)在近中性条件下的稳定性和溶解性。·OH是类光-Fenton体系中普萘洛尔降解的主要活性氧类物质。增加儿茶素浓度均可以提高普萘洛尔的去除效果,普萘洛尔在不同pH下的降解效果pH=6.0时最佳,依次为:pH=6.0、7.0、5.0、3.0。普萘洛尔的光降解发生在侧链和苯环,主要为羟基化产物。
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