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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
许晓卉
学位类型工程硕士
2015-07
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业生物工程
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
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
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20356
专题研究所(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.
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