（环境工程专业论文）鼠李糖脂对疏水性有机污染物降解的影响研究.pdf

博士学位论文 程和l a n g m u i r 方程更适合描述本实验中苯酚的吸附过程。吸附剂吸附苯酚能力的 提高可能是由于菌体表面疏水性和z e t a 电势的改变所至。 然后经过研究发现鼠李糖脂单糖脂在浓度为11 4 ，1 9 和3 8m g l 时促进了热 带假丝酵母对十六烷的降解，其中1 9m g l 是促进热带假丝酵母降解十六烷的最 佳浓度。这种促进作用一方面来自于鼠李糖脂对十六烷的增溶作用，另一方面可 能与其改变的菌体表面疏水性和电荷性质有关。但是1 1 4m g l 的鼠李糖脂脂抑制 了十六烷的降解，这可能是因为十六烷进入了生物表面活性剂的胶束核心而降低 了其生物可利用性。研究结果表明鼠李糖脂单糖脂对热带假丝酵母不产生毒性， 并且被作为碳源降解。但是等质量浓度的十六烷比鼠李糖脂单糖脂更能促进热带 假丝酵母的生长，说明在该发酵体系中鼠李糖脂并非优先碳源。本研究表明鼠李 糖脂在石油烃修复中潜在的应用价值。 接下来研究了鼠李糖脂单糖脂对热带假丝酵母降解溶液中苯酚的影响，并与 化学表面活性剂t w e e n8 0 的影响进行对比。结果表明苯酚对热带假丝酵母存在毒 性，但是能够被该微生物降解。在发酵过程中鼠李糖脂单糖脂被热带假丝酵母降 解了，而t w e e n8 0 的浓度没有发生变化。表面活性剂的加入降低了苯酚对细胞的 毒性，并促进了细胞的生长和苯酚的降解。表面活性剂的浓度越高，这种影响就 越明显。结果表明这2 种表面活性剂在酚类污染物生物修复中潜在应用价值。研 究中还对比分析了鼠李糖脂对苯酚和十六烷降解的影响机制，发现由于十六烷和 苯酚性质的差异，鼠李糖脂对它们降解的影响机制有所不同，但是对菌体表面性 质的改变是促进它们降解的共同原因。 最后通过研究鼠李糖脂二糖脂对漆酶催化去除水体中苯酚的影响，发现该生 物表面活性剂能有效促进多种浓度苯酚的去除。特别在最初的2 4h ，当苯酚的浓 度为4 0 0m g l 时，3 0c m c ( 临界胶束浓度) 鼠李糖脂二糖脂将苯酚的去除率提 高至空白样的4 3 6 4 倍。去除率的提高减少了含酚废水处理过程中的漆酶消耗 量和反应时间。另外，鼠李糖脂二糖脂导致了苯酚在初始浓度为5 0 4 0 0m g l 时 的完全去除( 9 8 ) 。在一定的p h 和温度范围内，鼠李糖n - 糖脂也促进了苯 酚的去除。这些结果表明鼠李糖脂在漆酶催化去除酚类物质中潜在的应用价值。 关键词：生物表面活性剂；鼠李糖脂；疏水性有机物；苯酚；十六烷；菌体表面 性质；漆酶；降解 i i i a b s t r a c t h y d r o p h o b i co r g a n i cc o m p o u n d sa r ew i d e l yp r e s e n t i nt h ee n v i r o n m e n ta n d e n d a n g e r i n gt h ee c o s y s t e ma n dh u m a n h e a l t h p h e n o l i cc o m p o u n d sa r eas p e c i a lc l a s s o fh y d r o p h o b i co r g a n i cc o m p o u n d s o no n eh a n d ，t h e yh a v el a r g e o c t a n o l w a t e r p a r t i t i o nc o e f f i c i e n t ，o nt h eo t h e rh a n dh a v ear e l a t i v e l yl a r g es o l u b i l i t y i na q u e o u s s o l u t i o n p h e n o l i cp o l l u t a n t sa r ew i d e l yf o u n di nn a t u r ea n dd i f f i c u l tt ob ed e g r a d e d b e c a u s eo ft h e i rt o x i c i t yt om i c r o o r g a n i s m s b i o s u r f a c t a n t sp l a yi m p o r t a n tr o l e si nt h e e n h a n c i n gt h eb i o d e g r a d a t i o no fh y d r o p h o b i co r g a n i cp o l l u t a n t s b e c a u s e o ft h e i r a m p h i p h i l i cs t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c s h o w e v e r ，i tl a c k so fi n v e s t i g a t i o no n t h ee f f e c t s o fb i o s u r f a c t a n t so nt h ed e g r a d a t i o no fp h e n o l i cc o m p o u n d s i nt h i sp a p e r ，t h e i n f l u e n c e so fb i o s u r f a c t a n t so nc e l ls u r f a c ep r o p e r t i e sa n de n z y m ec h a r a c t e r i s t i c sa n d t h ea s s o c i a t i o nw i t ht h ed e g r a d a t i o no fp h e n o lw e r es t u d i e d ，a n dr h a m n o l i p i d sw e r e u s e da st h et y p i c a lr e p r e s e n t a t i v eo fb i o s u r f a c t a n t s t h ed e g r a d a t i o no fh e x a d e c a n e w a sa l s oa n a l y z e di nc o m p a r i s o n t h ei n f l u e n c e so fr h a m n o l i p i d ( r l ) a n d t r i t o nx 一10 0o nc e l ls u r f a c e h y d r o p h o b i c i t ya n dc h a r g ep r o p e r t i e so fp e n i c i l l i u ms i m p l i c i s s i m u m w e r es t u d i e d f i r s t l v i tw a sf o u n dt h a tb o t hs u r f a c t a n t ss i g n i f i c a n t l y e n h a n c e dc e l ls u r f a c e h y d r o p h o b i c i t yo fps i m p l i c i s s i m u m t h er o l eo fs u r f a c t a n t sw a sr e l a t e dc l o s e l yt oi t s o w nc o n c e n t r a t i o n s c e l ls u r f a c eh y d r o p h o b i c i t i e so fps i m p l i c i s s i m u mw h i c hw a s p r e t r e a t e db y0 0 0 5 r l ，0 0 5 r l ，0 0 5 t r i t o nx 一1 0 0a n d0 2 t r i t o nx - 10 0 w e r e1 7 2 0 ，3 0a n d2 4 f o l d so ft h o s e o fi n t a c tb i o m a s s ，r e s p e c t i v e l y t h e p r e t r e a t m e n t so fb o t hs u r f a c t a n t s e n h a n c e dt h ec e l ls u r f a c ez e t ap o t e n t i a lo fp s i m p l i c i s s i m u m i t w a sa l s of o u n dt h a tb o t h s u r f a c t a n t sc h a n g e dt h ee l e m e n t c o m p o n e n to nt h ec e l ls u r f a c e ，w h i c hm a yb eo n ei m p o r t a n tr e a s o nf o rt h ec h a n g e d c e l ls u r f a c eh y d r o p h o b i c i t ya n dc h a r g ep r o p e r t i e s i tw a sa l s of o u n dt h a tm o n o r h a m n o l i p i d s c a nc h a n g et h ec e l ls u r f a c e h y d r o p h o b i c i t yo fc a n d i d at r o p i c a l i s c e l ls u r f a c eh y d r o p h o b i c i t yi n c r e a s e dw i t h t h e i v 博士学位论文 c o n c e n t r a t i o no fr h a m n o l i p i d sf r o m0t o19 m g l h o w e v e r ，t h ei n c r e a s eo ft h e c o n c e n t r a t i o nd i dn o tc a u s es i g n i f i c a n tc h a n g e si nc e l ls u r f a c eh y d r o p h o b i c i t ya st h e r h a m n o l i p i d sc o n c e n t r a t i o nw a sh i g h e rt h a n19m g l r h a m n o l i p i d sa l s oh a v ea n i m p a c to nt h ec e l ls u r f a c ec h a r g e t h i se f f e c tw a sn o to b v i o u sw h e nt h er h a m n o l i p i d s c o n c e n t r a t i o nw a sl o w e rt h a n38m g l h o w e v e r ，t h ez e t ap o t e n t i a lw a si n c r e a s e d o b v i o u s l yw i t ht h er h a m n o l i p i dc o n c e n t r a t i o nh i g h e rt h a n38m g l i tw a sa l s of o u n d t h a tr h a m n o ! i p i d sc o u l dc h a n g et h ef t i rs p e c t r ao fc e l l s u r f a c e ，s u g g e s t i n gt h a tt h e b i o s u r f a c t a n t sc a u s e dt h ec h e m i c a ls t r u c t u r e c h a n g e so nt h ec e l l s u r f a c eo fc t r o p i c a l i s ，w h i c hm a yb ea n o t h e ri m p o r t a n tr e a s o nf o rt h eb i o s u r f a c t a n t st oc h a n g et h e c e l ls u r f a c eh y d r o p h o b i c i t ya n dc h a r g ep r o p e r t i e s t h ep r e t r e a t m e n t so f r h a m n o l i p i d sa n dt r i t o nx 10 0i n c r e a s e dt h ea d s o r p t i o no f p h e n o lb yps i m p l i c i s s i m u m t h ep s e u d o s e c o n d o r d e rm o d e la n df r e u n d l i c h e q u a t i o nw e r em o r es u i t a b l et od e s c r i b et h ea d s o r p t i o np r o c e s so fp h e n o lt h a nt h e p s e u d o _ f i r s t 。o r d e rm o d e la n dl a n g m u i re q u a t i o ni nt h i se x p e r i m e n t ，r e s p e c t i v e l y t h e i n c r e a s e d a d s o r p t i o nc a p a b i l i t i e sm a yb e d u et ot h e c h a n g e d c e l ls u r f a c e h y d r o p h o b i c i t ya n dz e t ap o t e n t i a l i tw a sf o u n dt h a tm o n o r h a m n o l i p i d sa tc o n c e n t r a t i o n so f11 4 ，19a n d3 8 m g l i n c r e a s e dt h e d e g r a d a t i o no fh e x a d e c a n eb yc t r o p i c a l i s ，a n d19m g lw a st h e o p t i m a lc o n c e n t r a t i o n t h ee n h a n c e m q n tm a yb e d u et ot h ep r e s o l u b i l i z a t i o no f h e x a d e c a n eb yr h a m n o l i p i d sa n dt h ec h a n g e dc e l ls u r f a c eh y d r o p h o b i c i t ya n dc h a r g e p r o p e r t i e s h o w e v e r ， 114m g l m o n o r h a m n o l i p i d si n h i b i t e dt h ed e g r a d a t i o no f h e x a d e c a n e ，w h i c hm a yb ed u et ot h er e d u c e db i o a v a i l a b i l i t yo fh e x a d e c a n ea si t m o v e di n t ot h eb i o s u r f a c t a n tm i c e l l ec o r e s m o n o r h a m n 0 1 i p i d sw a sn o tt o x i ct oc t r o p i c a l i sa n dd e g r a d e da sc a r b o ns o u r c e s h o w e v e r ，h e x a d e c a n ep r o m o t e dt h eg r o w t h o fct r o p i c a l i sb e t t e rt h a ne q u a lm a s sc o n c e n t r a t i o no f m o n o r h a m n o l i p i d s ，s u g g e s t i n g t h a tr h a m n o l i p i d sw a sn o tt h ep r i o rc a r b o ns o u r c ei nt h ef e r m e n t a t i o ns y s t e m t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h er h a m n o l i p i d sh a sp o t e n t i a la p p l i c a t i o n si nt h eb i o r e m e d i a t i o n o f p e t r o l e u mh y d r o c a r b o np o l l u t i o n s t h ei n f l u e n c eo fm o n o r h a m n o l i p i d so nt h ed e g r a d a t i o no f a q u e o u sp h e n o lb yc v 鼠李糖脂对疏水性有机污染物降解的影响研究 t r o p i c a l i sw a ss t u d i e d ，w h i c hw a sc o m p a r e dt ot h a to ft w e e n8 0 p h e n o lw a st o x i ct o c t r o p i c a l i s ，b u ti tw a ss t i l ld e g r a d e db yt h i ss t r a i n m o n o r h a m n o l i p i d sw a sd e g r a d e d b yct r o p i c a l i si nt h ef e r m e n t a t i o np r o c e s s ，w h i l et h ec o n c e n t r a t i o n so ft w e e n8 0d i d n o tc h a n g e t h ea d d i t i o no fs u r f a c t a n tr e d u c e dt h et o x i c i t yo fp h e n o lt oc e l l sa n d e n h a n c e dc e l l g r o w t ha n dp h e n o ld e g r a d a t i o n t h eh i g h e rt h ec o n c e n t r a t i o no f s u r f a c t a n t s ，t h em o r eo b v i o u st h i se f f e c t s t h er e s u l t s s u g g e s t e dt h ep o t e n t i a l a p p l i c a t i o no ft h e s et w ok i n d so fs u r f a c t a n t si n t h eb i o r e m e d i a t i o no fp h e n o l s p o l l u t i o n s t h ei n f l u e n c e so fr h a m n o l i p i d so nt h ed e g r a t i o no fh e x a d e c a n ea n dp h e n o l w e r ec o m p a r e di nt h i ss t u d y d u et ot h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so fh e x a d e c a n ea n d p h e n o l ，t h ee f f e c t so fr h a m n o l i p i d so nt h e i rd e g r a d a t i o nw e r ed i f f e r e n t b u tt h e c h a n g e dc e l ls u r f a c ep r o p e r t i e sw e r et h ec o m m o nr e a s o n sf o rt h ee n h a n c e m e n to n t h e i rd e g r a d a t i o n f i n a l l y , t h ee f f e c to fd i r h a m n o l i p i d so nt h er e m o v a lo fa q u e o u sp h e n o lb yl a c c a s e w a ss t u d i e d i tw a sf o u n dt h a tt h eb i o s u r f a c t a n tw a se f f e c t i v ei np r o m o t i n gt h e r e m o v a lo fv a r i o u sc o n c e n t r a t i o n so fp h e n 0 1 e s p e c i a l l yd u r i n gt h ef i r s t2 4h ，t h e r e m o v a lo fp h e n o le n h a n c e db y3 0c m c d i r h a m n o l i p i d sw a s4 3 6 4f o l d so ft h a ti n t h ec o n t r o lw h e nt h ep h e n o lc o n c e n t r a t i o nw a s4 0 0m g l t h ei n c r e a s e dr e m o v a lr a t e r e d u c e dt h el a c c a s ec o n s u m p t i o na n dr e a c t i o nt i m ei nt h et r e a t m e n to fp h e n o l i c w a s t e w a t e r i na d d i t i o n ，d i r h a m n o l i p i d sl e dt ot h ec o m p l e t er e m o v a l ( 9 8 ) o f p h e n o la tt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o n so f5 0 - 4 0 0m g l t h er e m o v a lo fp h e n o lw a sa l s o e n h a n c e db yd i r h a m n o l i p i d sw i t h i nac e r t a i np ha n dt e m p e r a t u r er a n g e s t h e s er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o no fr h a m n o l i p i d si nt h er e m o v a lo fp h e n o l s c a t a l y z e db yl a c c a s e k e y w o r d s ：b i o s u r f a c t a n t s ；r h a m n o l i p i d s ；h y d r o p h o b i co r g a n i cc o m p o u n d s ；p h e n o l ； h e x a d e c a n e ；c e l ls u r f a c ep r o p e r t i e s ；l a c c a s e ；d e g r a d a t i o n v i 鼠李糖脂对疏水性有机物降解的影响研究 插图索引 图1 1 微生物降解苯酚的可能途径一8 图1 2 在产甲烷条件下苯酚的两种可能的降解途径9 图1 3 部分生物表面活性剂的典型结构1 8 图1 4 鼠李糖脂作用下微生物对疏水性有机物摄取的示意图2 4 图2 1 简青霉的菌体表面疏水性的影响3 3 图2 2 简青霉生物质在各p h 条件下的z e t a 电势3 5 图2 3 热带假丝酵母的细胞表面疏水性随鼠李糖脂单糖脂浓度的变化情况4 1 图2 4 细胞的z e t a 电势随鼠李糖脂浓度变化的情况4 2 图2 5 细胞的f t i r 光谱随鼠李糖脂单糖脂浓度变化的情况4 3 图3 1 五种生物质对苯酚的吸附随p h 的变化情况一4 9 图3 2 时间对苯酚吸附的影响5 0 图3 3 苯酚吸附前后生物质的f t i r 光谱图一5 3 图3 4c d 吸附前后的f t i r 光谱5 4 图3 5 经过不同方式处理后的尸s i m p l i c i s s i m u m 的e s e m 图像一5 6 图3 6 简青霉的e s e m 图像一5 7 图4 1 鼠李糖脂单糖脂对热带假丝酵母细胞生长( a ) 和十六烷降解的影响6 2 图4 2 发酵中以十六烷或鼠李糖脂单糖脂为碳源的细胞的生长6 3 图4 3 含有十六烷的发酵液中鼠李糖脂单糖脂被热带假丝酵母降解的情况一6 4 图5 1 热带假丝酵母的细胞浓度( ) 和剩余苯酚( ) 随时间的变化情况7 1 图5 2 鼠李糖脂单糖脂存在下热带假丝酵母降解苯酚的情况7 2 图5 3t w e e n8 0 存在下热带假丝酵母降解苯酚的情况7 4 图5 43 0h 在含有m o n o r l ( a ) 和t w e e n8 0 ( b ) 的发酵液中苯酚的比降解速率 7 6 图6 1 三种表面活性剂对去除苯酚的影响8 2 图6 2 鼠李糖脂二糖脂的浓度变化对苯酚去除和漆酶活性的影响一8 3 图6 3 鼠李糖脂二糖脂对多种浓度苯酚去除的影响8 5 图6 4 鼠李糖脂二糖脂对苯酚去除的影响随p h 值变化的情况8 6 图6 5 鼠李糖脂二糖脂对苯酚去除的影响随温度变化的情况8 7 x 博士学位论文 附表索引 表1 1 一些酚类物质的性质2 表1 2 生物表面活性剂类型及合成菌种1 2 表1 3 生物表面活性剂在工业上的应用2 0 表1 4 生物表面活性剂对土壤中憎水性有机污染物降解过程的影响一2 2 表2 1 经过或未经过表面活性剂处理的简青霉生物质的元素浓度分析一3 6 表2 2 碳源对c a n d i d as p 的菌体表面疏水性的影响3 9 表3 1 部分微生物质吸附剂吸附酚类物质的最佳p h 4 9 表3 2 准一级动力学模型和准二级动力学模型的参数5 1 表3 3l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 模型的参数5 2 x i 博士学位论文 1 1 疏水性有机污染物 第1 章绪论 疏水性有机物是一类分子结构上含有疏水性官能团的有机物，这些物质普遍具有较 大的辛醇水分配系数( k o w ) 和极低的水溶性。疏水性有机物的来源广泛，种类多样， 主要包括酚类物质、有机农药、氰化物、多环芳烃、石油类物质和有机洗涤剂等。这些 污染物进入水体和土壤环境后，会对环境造成严重的危害。例如，疏水性有机物进入水 体后，会直接导致水质的c o d ( 化学需氧量) 升高，而且对这些有机污染物的降解会 消耗水体中大量的溶解氧。此外，水表层的油膜会阻止空气中氧向水体扩散，造成局部 水域的厌氧状态，这就会导致水生动物的缺氧死亡，水生植物和藻类的光合作用也会遭 到破坏，从而危害整个生态系统【l j 。当疏水性有机物进入土壤后，会引起一系列的变化， 从而污染土壤环境，破坏土壤生态结构，如堵塞土壤孔隙，降低土壤的透水性和透气性； 引起土壤有机质的改变，改变土壤的碳氮比和碳磷比；引起土壤微生物群落的变化，改 变土壤的微生态环境；吸附在植物的根部，阻碍其呼吸作用和对水分、养分的吸收，甚 至导致植物的死亡。因此，对疏水性污染的环境治理已成为目前的研究热点。 1 1 1 酚类有机污染物概述 酚类污染物是疏水性污染物中的一类，这些物质具有较大的k o w 值。但是值得注 意的是，与烷烃和多环芳烃等疏水性有机物相比，酚类物质一般具有相对较大的溶解度 ( 表1 1 ) 。在许多的工业废水中都可以发现酚类物质的存在，如石油化工，化工业，制 药业，造纸业，印刷业，皮革业，炼煤业等【2 1 。酚类污染物还可能来自农药的施用或者 芳香族有机物污染物( 如聚环芳烃，聚氯苯酚和表面活性剂等) 的不完全降解【3 】。这些 物质一旦排入到环境中，将聚集在地表水、地下水和土壤中，从而污染当地的环境。 酚类有机污染物是一种高毒性、难降解的疏水性有机物质。例如，苯酚和儿茶酚对 鱼类有毒甚至致死的浓度为5 2 5m g l t 5 1 。这类物质具有一定的亲油性并能在食物链中进 行生物累积。酚类污染物对人体可引起头昏、出疹、瘙痒、贫血和各种神经系统疾病， 而过量的酚类物质可能会导致急性中毒症状，如腹泻和口疮等。苯酚、大部分氯代酚、 鼠李糖脂对疏水性有机污染物降解的影响研究 酚类物质中的甲基衍生物和硝基酚类物质等有机物还可能对微生物甚至人体等有致癌 和致突变等危害【6 ，7 1 。 表1 1 一些酚类物质的性质4 1 t a b l e1 1c h a r a c t e r i s t i co fs o m ep h e n o l s 【4 】 博士学位论文 续表： 随着人们对环境保护越来越重视，世界各国对于酚类有机污染物的排放都有严格的 标准。中国环保部规定废水排放时酚类物质的浓度应低于0 5m g l 【8 】；美国国家环保局 规定酚类物质在地表水中的浓度应低于1 0p g l 【9 1 。在印度标准中酚类物质在饮用水中 的含量不超过0 0 0 2m g l 1 0 】。因此，酚类污染物的处理和修复技术的发展引起了各方的 重视。 1 1 2 酚类有机污染物的生物处理方法 目前发展的酚类污染物的处理方法较多，包括化学方法，物理方法和生物方法等， 这些方法各有特点。这里所指的酚类物质的生物处理方法主要包括利用生物材料对酚类 物质的吸附，微生物对酚类物质的降解以及生物酶对酚类物质的降解等方法。 1 1 2 1 生物质吸附法 生物质吸附法是通过吸附作用将废水中的有机物进行有效去除。目前常用的生物吸 附剂有活性炭、壳聚糖、角素和微生物生物质等【l 们。 活性炭是应用最早，用途较广的一种优良吸附剂，商业化的活性碳通常来自于木材、 木屑、水果核、椰子壳和煤等碳化制成。这些材料多来自工业废料，生产成本较低。事 实上，任何含碳材料都有可能制成活性炭。这里所指的活性碳主要是指由生物有机质制 成的。活性炭具有比表面积大，微孔结构多，官能团多样，吸附速度快，交换容量大等 特点，可用于高浓度酚的吸附。近年来，活性炭吸附剂在环境保护方面也得到广泛应用。 鼠李糖脂对疏水性有机污染物降解的影响研冤 大量的研究表明活性炭可用于苯酚、氯酚等酚类物质的吸洲1 0 ，1 1 , 1 2 】。d u r s u n 和k a l a y c i 等研究发现壳聚糖对苯酚的吸附可达21 5m g g 【1 0 】。有些研究通过对活性碳表面结构的 修饰来提高其吸附酚类物质的能力，如通过氨水修饰的油棕榈空壳活性碳在3 0 。c 对2 ， 4 - - - 氯酚的吸附可达2 8 5 7m g g 1 3 o 有研究表明酚类物质在活性炭上的吸附主要受3 种因素的影响，即电子赠体一受体 复合物，7 c 兀分散接触以及溶液的影响【1 4 1 5 】。电子增体受体复合物机制是指苯酚上的苯 环作为电子受体而吸附剂上的碱基作为电子增体【1 6 】。兀兀分散接触源于苯酚芳环上的兀 键和吸附剂上的7 c 键的接触，并导致电子迁移、散射力和极性电子力等 1 7 】。取代基的引 入可能改变苯酚与活性炭之间兀7 c 接触。有研究表明吸电子基团能够通过降低7 c 电荷的 电子密度促进兀- 兀接触，降低芳香环之间的静电斥力【l 引。硝基和氯代基是吸电子基团， 因此这些功能团的增加能够促进冗7 c 接触。因为硝基的吸电子的能力比氯代基的要强， 因此硝基酚的7 c 7 c 接触比氯酚的要强。溶剂对酚类物质的吸附同样存在影响。水分子能 够通过氢键吸附在表面官能团上【l9 | ，这对酚类物质的吸附是不利的，因为一定程度上形 成了对活性位点的竞争性吸附。溶剂的影响与温度有很大的关系，因为温度不仅影响了 水的吸附也影响了酚类分子的水合作用程度【2 川。同时疏水性接触在酚类物质的吸附中同 样具有重要作用【l4 1 。在水溶液中，高疏水性的基质更容易被活性炭的表面和微孔吸附。 同时，分子大小对酚类物质的吸附同样具有重要影响。当分子量适中的时候，基质更容 易被吸附，因为它们能有更多的与活性炭的接触位点。但是，当分子量太大时它可能造 成空间影响。这可以用来解释2 ，4 二硝基酚看似异常的吸附行为。虽然2 ，4 二硝基酚 的疏水性更强并且它和活性碳纤维有更强的7 c 7 c 接触，但是2 ，4 二硝基酚的吸附能力 仅仅比4 硝基酚稍高并和2 ，4 二氯酚相差无几【1 7 】，p a n 等【1 9 】也报道了类似的关于2 ， 4 - 二硝基酚吸附降低发现。空间影响可能是由于以下原因引起的：一些低型号微孔可能 使2 ，4 - - - 硝基酚分子不能达到的；由于吸附分子的阻塞导致吸附质分子不能到达孔的 内表面部分；由于硝基功能团的存在致使2 ，4 二硝基酚在孔中的排列相对松散。电荷 力的影响同样对酚类物质的吸附具有重要作用，这种作用受溶液p h 的影响较大。因为 p h 同时影响吸附质和吸附剂的电荷性质。对吸附质来说，当p h p k a 时处于去质子化状态。对于吸附剂来说，当p h p k p z c 带正电荷。 近年来，利用( 死的或活的) 微生物生物质对含酚废水进行处理逐渐得到研究。研 4 博士学位论文 究发现一些微生物细胞能够对酚类物质进行吸附。将微生物细胞应用到酚类物质的吸附 处理上具有其自身的优势，如微生物种类的多样性和较低的成本。微生物在的发酵过程 中会产生一些副产物，如抗菌素、胞外酶等。这些物质和微生物细胞结合在一起，具有 较强的吸附性能。 d e n z i l i 等研究了真菌p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m 对苯酚、邻氯酚、对氯酚和2 ，4 ， 6 三氯酚的吸附情况【2 1 。研究发现该微生物对这些酚类物质均具有较快的吸附和解吸能 力。该微生物对苯酚、邻氯酚、对氯酚和2 ，4 ，6 三氯酚的吸附能力分别为1 2 3m m o l g ， 1 4 9m m o l g ，1 7 8m m o l g 和2 1 4m m o l g 。对酚类物质的亲和性顺序为2 ，4 ，6 - 三氯酚 对氯酚 邻氯酚 苯酚。通过甲醇溶液( 3 8 ，v ，v ) 能够实现对苯酚和氯酚的解 吸。pc h r y s o s p o r i u m 在循环使用1 0 次后几乎不影响其吸附性能。b a y r a m o g l u 等研究了 活的和经过热处理的真菌f u n a l i at r o g i i 对苯酚和2 一氯酚的吸附，同时考察了一些影响因 素如接触时间、固液比、p h 和温度等对生物质吸附能力的影响【2 2 】。该生物质对酚类物 质吸附的最佳p h 为8 0 。整个吸附过程的焓变在7 6 2 k j m o l 至1 0 6 4k j m o l 之间，表明 e t r o g i i 对苯酚和2 氯酚的吸附主要是物理吸附。w u 等研究了pc h r y s o s p o r i u m 对苯酚， 2 氯酚，4 氯酚和2 ，4 二氯酚的吸附，发现该真菌对这些酚类物质的吸附能力的顺序为 苯酚 2 氯酚 4 氯酚 9 0 。j i 等发现t r i t o nx - 1 0 0 的加入能够促进漆酶对双酚a 的去除h 7 1 。t o n e g a w a 等也发现生物 表面活性剂鼠李糖脂，p e g ，t w e e n2 0 和t r i t o nx 1 0 0 等能够促进m i n c e dh o r s e r a d i s h 对 2 ，4 二氯酚的去除率4 8 1 。活性物质t r i t o nx 1 0 0 ，t r i t o nx 4 0 5 ，t w e e n2 0 和p e g ( 3 0 0 ) 等对c o p i r n u sc i n e r e u s 过氧化物酶去除苯酚也有促进作用，且t r i t o nx 1 0 0 的促进作用 比s p a n ，s d s 和d t a b 更为明显【4 9 】。 1 2 生物表面活性剂 1 2 1 概念 生物表面活性剂( b i o s u r f a c t a n t ) 是一类由植物、动物和微生物产生的天然的具有 亲水、亲脂两亲性特征的物质。大多数的生物表面活性剂，如脂肽、糖脂、中性脂及其 衍生物等，是微生物的次级代谢产物。生物表面活性剂一般能有效降低表面张力和界面 张力。其中也有部分对降低表面张力和界面张力的作用不明显，但对油水界面表现出 良好的亲和力，能形成稳定的乳浊液，又称为生物乳化剂。 博士学位论文 1 2 2 来源 迄今为止，微生物产生的生物表面活性剂主要来源于细菌和酵母菌，真菌产生的相 对较少。有的生物表面活性剂可来源于植物和动物。微生物产生生物表面活性剂所利用 的营养基质多种多样，可分为非水溶性营养基质和水溶性营养基质。非水溶性的基质有 石油烃、凡士林、煤油、聚苯乙烯、甲苯、二甲苯等；而水溶性的营养基质有葡萄糖、 甘油、蔗糖、淀粉等。也有一些微生物适应碳源的能力较强，可以同时利用水溶性和非 水溶性的营养物质进行生长并产生生物表面活性剂。如铜绿假单胞菌( p s e u d o m o n a s a e r u g i n o s a ) 可利用疏水性有机物如烷烃、甘油、橄榄油和水溶性有机物如葡萄糖、果 糖、琥珀酸盐、丙酮酸酯盐、柠檬酸盐以及甘露醇为碳源生产生物表面活性剂鼠李糖脂。 迄今为止，生物表面活性剂的生产成本高仍然是阻碍其广泛应用的重要因素。因此， 人们对降低生物表面活性剂的生产成本展开了防范的研究，并取得了一定的成果。目前， 降低生物表面活性剂的方法主要有以下几种。一方面可以改变微生物的性状，提高微生 物产生生物表面活性剂的性能。这些方法主要包括将目标功能基因植物目标微生物细胞 内，或者通过物理或化学方法导致微生物变异，从而获得产生物表面活性剂性能更优良 的目标微生物。另一方面，可以筛选新的性能优良的生物表面活性剂产生菌，这些微生 物主要来自于自然界或工业区域中受疏水性物质污染比较严重的地区。第三，可以通过 发酵条件的优化来提高生物表面活性剂的产量。m u t a l i k 等通过响应面法优化了 r h o d o c o c c u ss p p m t c c2 5 7 4 产生生物表面活性剂的条件，发现最佳条件为甘露醇 ( 1 6 9 l ) ，酵母膏( 6 9 2g l ) ，肉蛋白胨( 1 9 6 5g l ) ，正十六烷( 6 3 8g l ) ，此时生物 表面活性剂的产量达到1 0 9g l ，是未经优化的产量的3 4 倍【5 0 】。此外，开发廉价的原 料作为微生物的营养物质来产生生物表面活性剂也是降低生产成本的有效方法。一些来 自于工业废料的原料，如各种废植物油类洲、蔬菜或水果加工废料同、动物油脂酗、 棕榈油泥【5 4 】、酿酒厂废乳液5 5 1 、富含木质纤维的农业废物【5 6 1 、皂角【5 7 】、糖浆或奶酪的 乳浆5 8 1 、树薯粉废水