磁性纳米颗粒固定化多能硫碱弧菌从高盐高碱溶液中脱除H2S的研究
文献类型：学位论文
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| 作者 | 许晓卉 |
| 学位类别 | 工程硕士 |
| 答辩日期 | 2015-07 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 关键词 | 磁性纳米颗粒 硫氧化细菌 生物硫氧化 生物脱硫 细胞固定化 |
| 学位专业 | 生物工程 |
| 中文摘要 | 硫化氢（H2S）作为一种有毒气体，广泛存在于天然气、沼气、火山气和石油炼化气中。H2S的排放不仅污染环境，而且严重影响人体健康，因此脱除H2S显得非常必要。传统的脱硫方法主要有化学吸收法和物理吸附法，这些方法虽然处理效果好，但存在二次污染、资源浪费的问题。生物脱硫具有过程简单、经济成本低、脱硫效率高，没有二次污染等优点，已经受到广泛的关注。本论文从嗜盐嗜碱硫氧化菌株筛选、鉴定、细菌硫代谢相关基因、细菌硫氧化性能、以及细菌固定化等方面入手，对H2S生物氧化处理进行了系统研究。 从内蒙古盐碱湖中分离筛选到一株高效嗜盐嗜碱硫氧化菌，命名为Thioalkalivibrio versutus D301（CGMCC No. 8497）。该菌株是一种专性自养硫氧化菌，能够在高盐（盐度达4 mol/L）和高碱（pH>9）的环境中生长，以CO2为碳源，氧化还原态含硫化合物（硫化物、硫代硫酸盐、单质硫、亚硫酸盐和多硫化物）进行生长。利用PCR基因克隆的方法，在T. versutus D301菌株中已经找到了异化型硫化物氧化酶基因（hdr）和细胞色素c氧化酶基因（fcc）。研究生长菌株和静息菌株在不同pH和Na+浓度下的硫氧化性能，发现当体系pH值为8.8，Na+浓度为1.0 mol/L时，生长菌株和静息菌株硫氧化活性最高。为了进一步了解T. versutus D301菌株硫氧化性能，分别以硫代硫酸盐和硫化物作为电子供体研究其氧化动力学。结果表明以硫代硫酸盐为底物时，氧化反应的米氏常数KM为4.24 mmol/L，最大反应速率（Vmax）为16.97 mmol/g·h。以硫化物作为电子供体时，氧化反应米氏常数KM为1.34 mmol/L，最大反应速率（Vmax）为0.68 mmol/g·h。 为了解决细胞难以从体系中分离的问题，采用磁性纳米颗粒对T. versutus D301细胞实施了固定化。本研究采用共沉淀法合成出了粒径为10～15 nm的Fe3O4纳米颗粒。研究Fe3O4纳米颗粒和固定化细胞的磁学性能发现，Fe3O4纳米颗粒和固定化细胞都具有超顺磁性，且Fe3O4纳米颗粒和固定化细胞饱和磁化强度分别为74.0 emu/g和55.1 emu/g。比较固定化细胞与游离细胞的硫氧化性能，发现固定化细胞与游离细胞硫氧化速率几乎相同，且固定化细胞可被重复利用至少六次。 为了提高Fe3O4纳米颗粒在碱性环境下固定化细胞的效率，对裸露的Fe3O4纳米颗粒进行了油酸修饰。本实验室采用油酸修饰的Fe3O4纳米颗粒在盐碱环境下成功地实现了T. versutus D301细胞固定化。考察Na+浓度、pH值、温度和时间对固定化率的影响，发现最佳固定化条件是Na+浓度为0.6 mol/L、pH值为9.5、固定化温度20℃和吸附时间10 min。透射电镜观察发现油酸修饰的Fe3O4纳米颗粒粒径在10～20 nm之间，颗粒具有超顺磁性。磁学性能研究结果表明，油酸修饰的Fe3O4纳米颗粒和油酸修饰Fe3O4纳米颗粒固定化细胞的比饱和磁化强度分别为32.6 emu/g和27.0 emu/g。经过活化之后，固定化细胞硫氧化速率是游离细胞的81%，且可以重复使用至少六次。 本论文为多能硫碱弧菌细胞的工业化应用提供了一定的理论指导，为其大规模应用奠定了科学基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-05-03 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20356]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 许晓卉. 磁性纳米颗粒固定化多能硫碱弧菌从高盐高碱溶液中脱除H2S的研究, Research on Removing of H2S from Haloalkaline Wastewater by Magnetic Nanoparticles Immobilized Thioalkalivibrio versutus[D]. 中国科学院研究生院. 2015. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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