（环境工程专业论文）非水溶介体催化强化偶氮染料降解机理及构效关系研究.pdf

河北科技大学硕十学伊论文 化还原活性的关系。氯取代基对葸环具吸电子和共轭两种相对效应，其数量和位置 的不同共同决定对蒽环的主导效应，从而对醌介体的氧化还原活性产生影响：计算 蒽环上环靶点处电荷密度( p ) ，发现p 越大，浓集于0 原子上的负电荷就越少，体系 越不容易失去电予，体系还原活性也就越差。 非水溶性氧化还原介体催化强化偶氮染料脱色作用、机理和构效特性研究结果 为偶氮染料生物厌氧降解氧化还原介体技术的应用价值奠定了一定理论和技术基 础。 关键词氧化还原介体：脱色：构效关系；循环伏安；氧化还原电位 a b s t r a c t - _ _ - l _ - l - - _ _ _ _ _ _ _ _ - i _ l _ _ _ i l l 一 i t l a b s t r ac t a z od y ew a s t e w a t e ri sd i f f i c u l tt ob et r e a t e db y t r a d i t i o n a lb i o t r e a t m e n tt e c h n o l o g x b e c a u s eo fi t sr e f r a c t o r 3 ra n dl o w e re f f i c i e n t ) o ft r a d i t i o n a lb i o t r e a t m e n t s ot h eh i g h e f f e c t i v e t e c h n o l 0 9 3 7 o ft h i sw a s t e w a t e ri sb e c o m i n gh o td o m a i n sa n df o c u si n e n v i r o n m e n t a lf i e l d s t h er e d u c t i o nr a t eo fp o l l u t a n t sc o u l db ee n h a n c e do n et os e v e r a l o r d e r so fm a g n i t u d ea n di n d i r e c t l 3 p r o m o t et h ed e g r a d a t i o no fd y ew i t ha d d i t i o no fr e d o x m e d i a t o r s b u tc o n t i n u o u sd o s i n go fr e d o xm e d i a t o r si m p l i e sc o n t i n u o u se x p e n s e sr e l a t e d t op r o c u r e m e n to ft h ec h e m i c a l a sw e l la sc o n t i n u o u sd i s c h a r g eo ft h i sb i o l o g i c a l l ) + r e c a l c i t r a n tc o m p o u n d a n dt h e r ea r en oc a t a l y t i cm e c h a n i s ma n dq u a l i t a t i v e q u a n t i t a t i v e s t r u c t u r e a c t i v i t yt h e o r ya b o u tn o n d i s s o l v e dr e d o xm e d i a t o r s ，a n dt h er e s e a r c hs h o u l db e t h o r o u g h t h e r e f o r e ，t h ee x p e r i m e n t sa r ec a r r i e d o u tt os t u d yc a t a l y t i cm e c h a n i s ma n d s t r u c t u r e - a c t i v i t 3 ，c h a r a c t e r i s t i c so fn o n d i s s o l v e dr e d o xm e d i a t o r sd u r i n gt h ea z od y e s d e c o l o r i z a t i o np r o c e s s e s i nt h i s s t u d ) , ， f o u rs i m i l a rc h e m i c a ls t r u c t u r er e d o x m e d i a t o r s ( 1 ，4 ，5 ，8 一t e t r a c h l o r o a n t h r a q u i n o n e ，a n t h r a q u i n o n e ， 1 , 5 - d i c h l o r o a n t h r a q u i n o n e ， 1 , 8 - d i c h l o r o a n t h r a q u i n o n e ) w e r es e e l e c t e dt oe x p o l r et h er a l a t i o n s h i po ft h ea c c e l e r a t i n g e f f e c t sa n dt h o s ec h a r a c t e r i s t i c so fc y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) ，c h e m i c a ls t r u c t u r ea n do r p d u r i n gt h ed e c o l o r i z a t i o na n da c i dr e dbw a sa sm o d e lc o m p o u n d s t h er e s u l t ss h o w e d f o u rr e d o xm e d i a t o r sc o u l da c c e l e r a t ed e c o l o r i z a t i o no fa c i dr e dba n dt h eo r d e ro fi t s a c c e l e r a t i o n w a s 1 , 5 d i c h l o r o a n t h r a q u i n o n e 1 8 - d i c h l o r o a n t h r a q u i n o n e a n t h r a q u i n o n e 1 , 4 ，5 ，8 一t e t r a c h l o r o a n t h r a q u i n o n eu n d e rt h es a m er e a c t i o nc o n d i t i o n s t h e e f f e c tf a c t o r so f1 ，5 - d i c h l o r o a n t h r a q u i n o n eo nt h ea c i dr e dbd e c o l o r i z a t i o nw a ss t u d i e d a n dt h eo p t i m u mf a c t o r sw a s3 5 * ca n dp ho f7 5 ；t h ed y ec o n c e n t r a t i o nw a sn o tt h e l i m i t i n gf a c t o ro fd e c o l o r i z a t i o nr e a c t i o nw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fa c i dr e dbw a sl o w e r t h a n5 0 0 m g l 。1 ；a n d1 , 5 d i c h l o r o a n t h r a q u i n o n ea l s oa c c e l e r a t e dt h ed e c o l o r i z a t i o no f o t h e re i g h t8 2 ；0d y e s a tt h es a m et i m e ，t h ea c c e l e r a t i n gm e c h a n i s mo ft h er e d o xm e d i t o r sw a sa l s oc o n d u c t e d f r o mt h r e ea s p e c t so fe l e c t r o c h e m i s t r y ( c y c l i cv o l t a m m e t r y ) ，b i o c h e m i s t r y ( o x i d a t i o n r e d u c t i o np o t e n t i a l ( o r p ) ，e l e c t r o nt r a n s p o r ti n h i b i t o r s ) a n ds t r u c t u r a lc h e m i s t r y ( e f f e c t o fs u b s t i t u e n t s ，d e n s i t yf u n c t i o n a lb 3 l y pm e t h o d ) t h er e s u l t ss h o w e dt h ef o l l o w i n g c o n c l u s i o n s ：t h ec h a n g eo fo r ph a ds i m i l a rd e s c e n d i n gt r e n di nt h ea c i d r e db 河北科技大学硕士学士论文 _ _ i i | 目 ：e ；# ；= ；日；= 目j ；= = = ；= ；= = - - _ _ l _ _ - 自目； e = ；j j i d e c o l o r i z a t i o nf o rt h ea d d e dq u i n o n em e d i a t o rs y s t e ma n dn o n - a d d e dq u i n o n em e d i a t o r s 、，s t e m b u tt h eo r pd e c r e s e dr a t eq u i c k l ) a n ds t a b l ep o t e n t i a ll o w e rs l i g h t l ) f o rt h e a d d e d q u i n o n e m e d i a t o r s y s t e m t h e s t a b i l i z e d o r pv a l u e so f 1 4 5 8 - t e t r a c h l o r o a n t h r a q u i n o n e a n t h r a q u i n o n e 17 8 - d i c h l o r o a n t h r a q u i n o n e a n d 1 , 5 - d i e h l o r o a n t h r a q u i n o n e w e r ea b o u t 3 5 0 m v 一3 7 0 m v 一3 8 5 m v a h d 一3 9 0 m v r e s p e c t i v e l ) ，a n dt h e r ea r ep o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w w e nt h er e d u c e d s t a b i l i z e do r pa n d c a t a l y s i so fq u i n o n em e d i a t o r ：f o u re l e c t r o nt r a n s p o r t i n h i b i t o r so fc u c l 2 n a n 3 d i c o u m a r o la n dr o t e n o n ew a ss e l e c t e dt os t u d yt h er o l eo fr e d o xm e d i a t o rd u r i n gt h e d e c o l o r i z a t i o np r o c e s s e s t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h ea d d e dq u i n o n e m e d i a t o rc o u l do f f s e to rr e d u c et h ei n h i b i t o r ye f f e c to fr o t e n o n ea n di n d i c a t e dt h a tq u i n o n e m e d i a t o rm a yp l a yn a d ( p ) hr o l ei nt h ee l e c t r o nt r a n s p o r tc h a i n a n di nt h ea b s e n c eo f i n h i b i t o r - q u i n o n em e d i a t o rm a yc o l l a b o r a t ew i t hn a d ( p ) ht ot r a n s f e r e l e c t r o nf o r a z o r e d u c t a s e ；t h e e l e c t r o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fq u i n o n em e d i a t o r si n t h e c y c l i c v o l t a m m o g r a m si n d i c a t e dt h a t s e l e c t e dr e d o xm e d i a t o rm i g h tc o n d u c ts e m i r e v e r s i b l e r e a c t i o na n dt h a tt h er e d o xp o t e n t i a l ( e 0 ) r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee 0 o fq u i n o n e o fq u i n o n em e d i a t o rr e l a t e dt oc a t a l y s i s a n dt h e m e d i a t o ra n dt h ed e c o l o r i z a t i o nr a t ec o n s t a n tk w a sk = 0 4 3l1e o + 12 4 7 7 ；t h er a t i oo fa n o d ep e a kc u r r e n ta n dc a t h o d ep e a kc u r r e n tw a s a b o u t1w h i c hr e f l e c t e dt h ed e g r e eo fr e v e r s i b i l i t y a n dt h ed e g r e eo fr e v e r s i b i l i t yh a da p o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t ht h ec a t a l y s i so fq u i n o n em e d i a t o r ；1 1 1 er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h ee f f e c to fc h l o r i n es u b s t i t u e n t si nt h eq u i n o n em e d i a t o ra n dt h er e d o xa c t i v i t yw a s q u a l i t a t i v ea n a l i z e db yt h ee f f e c to fs u b s t i t u e n t sa n dq u a n t u mc h e m i c a lc a l c u l a t i o n s - d f t b 3 l y pm e t h o d , a n da s s e s s e dh o w t h em o l e c u l a rs t r u c t u r ea n ds t a b i l i t yo fr e d o xm e d i a t o rw o u l d i m p a c tt h ea b i l i t yo faq u i n o n em o l e c u l et oc a t a l y z eab i o g e o c h e m i c a lp r o c e s s ( e g ，d e c o i o r i z a t i o no f a z od y e s ) t h e r ea r et w or e l a t i v ee f f e c t se l e c t r o nw i t h d r a w i n ge f f e c ta n dc o n j u g a t i v ee f f e c t o fc h l o r i n es u b s t i t u e n t sb yc a l c u l a t e dr i n gt a r g e tc h a r g ed e n s i t y ( p ) o nt h ea n t h r a c y c l i n e i t s n u m b e ra n dl o c a t i o nj o i n td e c i d e dt h ed i f f e r e n td o m i n a n te f f e c to nt h ea n t h r a c e n er i n g ， a n dc o n s e q u e n t l yi m p a c to nr e d o xa c t i v i t yo fq u i n o n em e d i a t o r ；i tw a ss h o w e dt h a tt h ep m o r e ，t h ef e a s i b i l i t yo fs y s t e ml o s et h ee l e c t r o nl o w e ra n dt h es y s t e mr e d o xa c t i v i t yw o r s e f o rt h e a e e e l e t r a t i n gt e c h n o l o g yo fr e d o xm e d i a t o r , t h e a c c e l e r a t e de f f e c t , m e c h n i s m a n d s t r u c t u r e - a c i t i v i t yw a ss t u d i e di nd e t a i la n dt h er e s u l t sc o n s t r u t e dt h eb a s i co fp r a c t i c a la p p l i c a t i o na n d k n o w l e d g ev a l u e s k e yw o r d s r e d o xm e d i a t o r ；d e e o l o r i z a t i o n ；s t r u c t u r e a c t i v i t y ；c y c l i cv o l t a m m e t e y ：o r p i v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1引言 一 随着经济的快速发展，国内外对染料的需求不断增大，其中，偶氮染料以其色 泽鲜艳、固色率高、染色牢度好等优点，在实际使用较为普遍，数量比例在7 0 以 上。但随着其生产过程中所产生的大量未处理的或处理未达标废水的直接排放，会 对环境生态和人体健康造成了严重危害，人们日益意识到染料废水处理的必要性和 紧迫性。 染料废水大多具有色度高、成分复杂、可生化性差和所含有机物大多为“三致 性”( 即致癌、致畸、致突变) 物质，对环境危害大，成为公认的难处理工业废水之一 【2 ，3 1 。目前，处理含染料废水常用的方法有物理法、化学法和生物法等，但每种方法 都有其技术和经济上的缺点或限制因素。如物理法和化学法主要问题在于成本太高， 处理过程会产生二次污染等缺点【4 5 】。而国内外染料废水处理方法首推生物法厌氧 好氧串联组合工艺，首先在厌氧段进行脱色，还原断开偶氮双键，有机大分子转化 为小分子，之后在好氧段进一步降解处理，直至达标排放。但偶氮染料整个矿化过 程的限速步骤还是还原断开偶氮键反应，这主要是因为染料分子本身氧化还原电位 较低，结构复杂和空间阻碍等原因造成的【6 _ 引。国内外研究表明：氧化还原介体引入 到生物厌氧降解过程中，能降低电子供体与电子受体间的电子传递难度和加速电子 传递速率，可使污染物还原氧化速率提高一到几个数量级，间接促进染料的降解 阻1 l 】。随着氧化还原介体受到众多研究者的关注和深入研究，偶氦染料生物厌氧降解 氧化还原介体技术巨大的潜在应用价值越来越显著起来。 1 2 偶氮染料概念、废水特征及危害 1 2 1 偶氮染料概念 分子结构中含有偶氮双键( - n = n ) 的染料统称为偶氮染料，这些染料可以含有2 个或3 个偶氮双键，其中偶氮双键常与一个或多个芳香环系统相连构成一个共扼体 系。偶氮染料具有很广的色谱范围，包括红、橙、黄、兰、紫、黑等，色种齐全， 色光良好，并有一定的牢度，广泛用于纺织品、皮革制品等染色及印花工艺【1 2 】。1 8 7 6 年w i f f 提出染料发色团说，认为染料发色是由双键共扼体系引起的 1 3 。1 5 】，发色团即 为这些含双键的基团。现代理论认为，染料的颜色与其结构直接相关，当光线射入 后偶氮染料结构包括：共轭双键的长度、共轭体系两端所带的极性基团、分子的离 子化、分子平面性和染料内络合物等都会对染料颜色产生影响，发生选择性吸收而 河北科技大学硕士学位论文 导致产生出视觉所感受到的各种颜刨1 6 1 。 1 2 2 偶氮染料废水特点 偶氮染料广泛应用于印染、纺织行业，在染料的生产和使用中约有1 0 1 5 的 染料随废水排入环境。染料废水以其色度大、有机物浓度高、组分复杂、难生物降 解物质多等，成为公认难处理的工业废水之一。 纺织、印染废水具有以下特性： ( 1 ) 水量大 纺织印染行业中，生产各类产品总用水量的7 8 8 5 会转变为废水。据不完全 统计，我国印染废水每天排放量为3 1 0 6 4 1 0 6 m 3 【1 3 1 。 ( 2 ) 色度高 染料废水染色鲜艳，即使在低浓度( l ，8 二氯葸醌 蒽醌 1 ，4 ，5 ，8 四氯葸醌。在本实 2 4 o o o o o 加 b m 5 第2 章非水溶性醌介体催化强化酸性红b 脱色特性研究 验条件下第6 h 时，无介体体系、葸醌体系、1 ，5 二氯葸醌体系、1 ，8 二氯葸醌体系和 1 4 5 8 四氯葸醌体系的脱色率分别为1 7 、5 4 5 、8 2 3 、7 9 8 0 , 4 军n3 8 8 。 2 4 本章小结 本实验筛选了4 种结构相似的非水溶性醌介体，以酸性红b 为模型偶氮化合物 考察醌介体的催化效果，并得到以下结论： ( 1 ) 通过比较多种固定化方法，选择海藻酸钙包埋法来固定非水溶性醌介体： 并通过电镜扫描进一步确定醌介体己包埋或半包埋在海藻酸钙里。 ( 2 ) 4 种醌介体皆对酸性红b 脱色持有加速作用，但在相同反应条件下，加速 快慢顺序为：1 ，5 二氯蒽醌 1 ，8 二氯蒽醌 葸醌 1 ，4 ，5 ，8 四氯蒽醌。 ( 3 ) 醌介体的投加浓度与酸性红b 脱色速率成线性关系蒽醌、l ，5 二氯蒽醌、 1 ，8 二氯葸醌及1 ，4 5 8 四氯葸醌动力学方程分别为：y = o 5 2 1 3 x + 4 1 9 7 9 、 y = 3 2 5 9 4 x + 2 2 4 4 7 、y = 2 6 7 6 9 x + 3 3 8 8 2 和y = o 8 6 3 l x + 2 5 9 4 6 。 2 5 河北科技大学硕士学位论文 第3 章非水溶性醌介体催化强化酸性红b 厌氧脱色条 件优化 在第2 章已经确定了4 种结构相似的醌介体( 葸醌、1 5 二氯蒽醌、1 ，8 二氯葸醌、 1 ，4 5 8 一四氯蒽醌) 催化强化酸性红b 厌氧脱色效果最佳的为l ，5 二氯葸醌。本章以筛 选出的效果最佳的1 ，5 二氯葸醌为模型醌介体，对醌介体催化强化偶氮染料酸性红b 脱色条件进行优化。 3 1 材料与仪器 3 1 1 实验仪器及设备 实验所用主要仪器及设备见第二章表2 1 。 3 1 2 菌种来源 菌种为本实验室分离驯化好的耐盐菌株s t a p h y l o c o c c u ss p g y z ( 1 6 sr d n a 在 g e n b a n k 登录序列号：e f l8 8 2 8 2 ) 。 3 1 3 实验用水 考察模型醌介体催化强化偶氮染料酸性红b 条件优化时，选择l b 培养基( 舻l 以) ： 酵母膏2 5 、胰蛋白胨5 0 和n a c l2 5 ，p h 为7 2 7 5 。 考察不同营养源( 即碳源) 对模型醌介体催化强化偶氮染料酸性红b 影响时，选择 无机盐培养基( g l j ) ：( n h 4 ) 2 s 0 41 0 、k 2 h p 0 41 4 、k h 2 p 0 40 6 、m g s 0 4o 1 、c a c l 20 1 、 n a c l 、营养源、微量元素视实验需要添加，p h 为7 2 , - - 7 5 。 营养源：考察不同营养源对菌体生长的影响时，选择了麦芽糖、淀粉、葡萄 糖、乳糖、柠檬酸六种营养源。 微量元素：微量元素组成( m 矿l 。1 ) ：f e c l 3 6 h 2 05 0 、c u s 0 4 5 h 2 00 0 5 、h 3 8 0 3 1 0 、m n c l 2 4 h 2 00 0 5 、z n s 0 4 7 h 2 01 0 、n i s 0 40 8 。 染料废水为模拟配制染料溶液，酸性红b 储备液为高浓度染料水溶液置于4 c 冰箱保存备用。 3 1 4 实验主要研究对象 。实验主要研究对象为4 种醌介体和酸性红b ，其基本特性见第二章2 1 4 。 第3 章非水溶配类介体催化强化酸性红b 厌氧脱色条件优化 3 1 5 试验用其他染料 本实验使用的染料废水为模拟配制染料溶液，染料储备液为高浓度染料水溶液 置于4 冰箱保存备用，实验所用染料特性见表3 - 1 。 表3 1 实验用染料 t a b 3 - 1a z od y e sf o re x p e r i m e n t s 相对分特征i 2 f 染料名称化学结构式 子质_ 置长，n m 活性艳红 7 7 2 5 5 3 8 k - 2 b p 酸性橙i i3 5 0 3 3 4 8 5 酸性金黄 3 8 54 3 8 g 活性艳橙 8 9 9 5 4 7 5 k - g n 分散红 4 3 9 7 7 3 4 3 直接湖蓝 9 9 2 8 3 5 b 5 2 2 直接耐晒 8 2 4 7 5 66 5 l 黑g n a 。“ 肛 n a o 建 d 忡n - n h o h ，( 芦n _ ) 邮：龇 nb l h s 0 2 c h 3 2 7 n - , n 3 n a o p 高 阳宅 竹m 河北科技大学硕士学位论文 活性紫 9 5 4 5 7 2 k 3 r 矧 g 3 1 6 所用试剂 实验所用化学试剂见表3 2 。 表3 - 2 实验所用化学试剂 t a b 3 - 2c h e m i c a la g e n t sf o re x p e r i m e n t s s o t n a 名称纯度等级 生产厂。家 蒽醌 l 。5 二氯葸醌 l ，8 - 二氯葸醌 1 , 4 5 。8 一四氯葸醌 海藻酸钠 酵母膏 蛋白胨 琼脂 淀粉 乳糖 蔗糖 葡萄糖 麦芽糖 柠檬酸 n a c l n a 2 s 0 4 小i h 4 h s o , k 2 h p o , k h 2 e o , m m s 0 4 c a c l 2 f e c i 3 6 h 2 0 化学纯 化学纯 化学纯 化学纯 化学纯 生化试剂 生化试剂 生化试剂 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 生化试剂 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 上海试四赫维化工有限公司 上海试四赫维化工有限公司 上海试四赫维化工有限公司 上海试四赫维化工有限公司 国药集团化学试剂有限公司 北京奥博星生物技术有限责任公司 北京奥博星生物技术有限责任公司 天津市科密欧化学试剂开发中心 北京奥博星生物技术有限责任公司 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市北方天医化学试剂厂 北京奥博星生物技术有限责任公司 天津市化学试剂一厂 天津市化学试剂一厂 天津市科密欧化学试剂开发中心 北京化工厂 河北省保定化学试剂厂 河北省保定化学试剂厂 北京五七六零化工厂 天津市河东区红岩试剂厂 天津市永大化学试剂有限公司 c u s o r 5 h ：o 分析纯 深圳市罗杰科技有限公司 第3 章非水溶醌类介体催化强化酸性红b 厌氧脱色条件优化 3 2 实验方法及内容 3 2 1 茵体生长量测定 菌体浓度采用6 6 0 r i m 处d 值表示，通过分光光度法测定，实验仪器v i s 7 2 2 0 分光光度计。 3 2 2 染料脱色能力的测定 3 2 2 1 偶氮染料标准曲线的测定 酸性红b 标准曲线绘制方法见第二章2 2 4 1 。 其他偶氮染料标准工作曲线绘制方法如酸性红b ，标准曲线见图3 1 、图3 2 、 图3 3 、图3 4 、图3 5 和图3 6 。由于染料分散红3 4 3 和活性紫k 一3 r 并不完全水溶 于培养基中，取样离心菌体时会把部分染料一起离心下来，影响脱色率的真实值， 因此这2 种染料通过目视比色法测定脱色率。 ( 1 ) 酸性金黄g 染料的标准曲线如图3 1 所示 ， k 趔 蟥 菇 基i 3 0 o o1 52 2 53 吸光度 图3 1酸性金黄g 标准曲线 f i g 3 - l t h es t a n d a r dc u r v eo f a c i dy e l l o wg 2 9 ( 2 ) 直接耐晒黑染料的标准曲线如图3 - 2 所示 1 2 0 ， 9 0 肋 寝6 0 爱 嵌 3 0 0 o o 5 吸光度 图3 2 直接耐晒黑标准曲线 f i g 3 - 2 t h es t a n d a r dc u r v eo fd i r e c tf a s tb l a c k ( 3 ) 酸性橙i i 染料的标准曲线如图3 - 3 所示 6 0 5 0 4 0 钿 芝 蜊3 0 妊 蒸2 0 1 0 0 1 5 o0 5 1 5 22 5 3 吸光度 图3 - 3 酸性橙i i 标准曲线 f i g 3 3 t h es t a n d a r dg o r v eo f a c i do r a n g e7 ( 4 ) 直接湖兰5 b 染料的标准曲线如图3 - 4 所示 1 2 0 9 ( ) 汕 乞 麦 6 0 烂 容靠 3 0 o 0 0 5 吸光度 1 52 2 5 图3 - 4 直接湖兰5 b 标准曲线 f i g 3 - 4 t h es t a n d a r dc u r v eo fd i r e c ts k ) b l u e5 b ( 5 ) 活性艳红k 2 b p 染料的标准曲线如图3 5 所示 3 5 3 0 彳2 5 詈2 0 趟 爱1 5 糕1 0 5 0 00 2 0 4 0 6 0 8 吸光度 图3 - 5 活性艳红k 2 b p 标准曲线 f i g 3 5 t h es t a n d a r dc u r v eo f r e a c t i v eb r i l l i a n tr e dk - 2 b p 3 1 河北科技大学硕士学位论文 ( 6 ) 活性艳橙k - g n 染料的标准曲线如图3 - 6 所示 乩 乓 世 长 不 寐 o 0 吸光度 图3 - 6 活性艳橙k g n 标准曲线 f i g 3 - 6 t h es t a n d a r dc u i v eo f r e a c t i v eb r i l l i a n to r a n g ek - g n 3 2 2 2 消除l b 液体培养基吸光度的影响 培养基在染料最大特征吸收峰波长处可能有定吸收，即实验测定的染料吸光 度需消除培养基吸光度的影响。通过v i s 7 2 2 0 分光光度计测定l b 培养基在各染料 最大吸收波长( k 瓤) 处的吸光度结果见表3 3 。之后染料吸光度皆为测试结果减去l b 培养基在该染料最大吸收波长处的吸光度。 表3 3 l b 培养基在各染料九一处的吸光度 t a b 3 3t h ea b s o r b e n c yo fl bo nv a r i o u sd y e s 序号 染料名称染料k r i ml b 吸光度 1酸性红b5 1 4 0 0 3 2 4 2酸性金黄g4 3 8 0 0 9 2 5 3直接耐晒黑6 5 l0 0 2 1 2 4酸性橙u4 8 5 0 0 4 6 1 5直接湖兰5 b6 0 80 0 1 0 7 6活性艳红k - 2 b p5 3 50 0 2 2 5 7 活性艳橙k - g n4 7 5 0 0 5 5 1 8活性紫k 3 r5 5 l 0 0 1 9 2 9分散红3 4 35 2 2 0 0 2 5 9 3 2 一 ” 笛 孙 m 5 第3 章非水溶醌类介体催化强化酸性红b 厌氧脱色条件优化 3 2 2 3 染料浓度和脱色率的测定 染料脱色能力用脱色率表征，其测定方法见第二章2 2 3 。 3 2 3 醌介体的固定方法 醌介体的固定方法见第二章2 2 4 1 。 3 2 4 醌介体加速酸性红b 脱色实验 醌介体加速酸性红b 脱色实验方法见第二章2 2 5 。 3 3 结果与讨论 细菌的生长易受多方面条件的影响，而醌介体固定化小球传质性能也与外界环 境条件( v o 温度过低，传质速率慢等情况) 有关。因此，加入醌小球后酸性红b 脱色过 程就更与外界环境保持重要关系，包括p h 、温度、碳源、溶解氧等条件。以筛选出 的效果最佳的1 ，5 二氯葸醌为模型醌类化合物，考察醌介体催化强化酸性红b 脱色 过程中影响因素，分别从p h 、温度、n a c l 浓度、染料浓度、溶解氧和染料广谱性等 方面对酸性红b 脱色反应条件进行优化。 3 3 1 p h 值对l ，5 二氯蒽醌催化强化酸性红b 脱色过程影响 p h 值是影响微生物生长重要因素之一，微生物的生命活动、物质代谢与p h 密 切相关，大多数细菌的最适p h 值为6 5 - - 7 5 t 6 3 j ；同时p h 值也影响物质存在表现形 态，在强酸强碱条件下，酸性红b 颜色略有差异。因此，为了进一步考察p h 值对 脱色反应过程的影响，本实验选取实验p h 值范围2 0 - 1 2 0 。 采用l b 培养基大量培养菌株g y z ，使混合菌液6 6 0 n m 处d 值在0 3 左右，加 入酸性红b 储备液，使初始染料浓度达到2 0 0m g l 一，混合均匀后，通过h c l 或n a o h 分别调整体系p h 值为2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、6 、7 0 、7 5 、8 0 、9 0 、1 0 0 、1 1 0 、1 2 0 。 将调好p h 值的混合液分别注满各装有投加浓度为1 2 m m o l l - 11 ，5 一蒽醌小球( 小球体 积皆为1 5 m l ) 的2 5 0 m l 锥形瓶中，密封，置于3 5 c 生化培养箱内培养，并定时取样 测定反应体系的脱色率，5 h 、3 0 h 及4 8 h 脱色率见图3 7 。 由图3 7 可以看出，在p h 值7 0 8 0 范围内，脱色率在5 h 即达到8 0 以上； 当p h 值 1 1 时，明显抑制反应进行。这主要原因是微生物的生长受到了 抑制，同时反应体系在强酸强碱条件下传质也受到制约。因此，在实验过程中如无 特殊说明，p h 值均为7 2 - 7 5 。 3 3 河北科技大学硕士学位论文 誉 害 = 铬 毫 p 自。 篁 氡 釜 篷 ll 一 匡 l “制i，l l l l l l 8 嚯 l l 一 矿扩歹歹芦扩芦 图3 7 p h 对酸性红b 的脱色影响 f i g 3 - 7 e f f e c to fp ho nt h ea c i dr e dbd e c o l o r i z a t i o n 3 3 2 温度对1 ，5 二氯蒽醌催化强化酸性红b 脱色过程影响 温度是影响微生物生长和酶活性重要因素之一，在适宜的温度范围内，温度每 升高1 0 ，酶促反应速度可相应提高l 2 倍。菌株g y z 的最适生长温度为3 0 ， 本实验体系中投入醌介体，由于醌介体特性最适反应温度可能不是3 0 ，体系最适 反应温度可能与菌株最适生长温度略有偏差，因此本实验选取2 0 5 0 ，设计5 为一梯度共7 个温度，考察温度对1 ，5 二氯葸醌催化强化酸性红b 脱色过程的影响。 大量培养菌株g y z ，混合菌液使6 6 0 r i m 处d 值在o 3 左右，加入酸性红b 储备 液，使初始染料浓度达到2 0 0 r n g l ，将混合液分别注满各装有投加浓度为 1 2 m m o l l 。1l ，5 蒽醌小球( 小球体积皆为1 5 m l ) 的2 5 0 m l 锥形瓶中，橡胶塞密封，置 于不同温度生化培养箱内培养，并定时取样测定反应体系的脱色率，实验结果见图 3 8 。 由图3 8 可知，当温度为4 5 时，酸性红b 脱色速率最快，其次是3 5 、4 0 ， 2 5 时脱色速率最慢。发现反应体系在2 0 - - 5 0 范围内：随温度升高至4 0 ， 微生物量增大、酶活性增加；温度再升高，则不适于微生物生长，酶活性降低。 醌小球随温度升高而机械强度减弱。小球机械强度减弱对催化强化酸性红b 降解带 来两方面影响：一方面，醌小球机械强度减弱，使用寿命急剧降低，5 0 时小球溃 烂严重，无法再利用。其中，4 0 时小球开始出现破裂现象；另一方面，醌小球机 械强度减弱，醌小球破裂，小球表面积增大，利于传质，对酸性红b 降解起到促进 第3 章 非水溶醌类介体催化强化酸性红b 厌氧脱色条件优化 乱 型 爱 ： 逛 0 ( 46 时间m ：2 0 一：2 5 1 2：3 0 x ：3 5 o ：4 0 ：4 5 口：5 0 图3 8温度对酸性红b 的降解影响图 f i g 3 - 8 e f f e c to f t e m p e r a t u r eo nt h ea c i dr e dbd e c o i o r i z a t i o n 1 0 作用。因此综合考虑选择最佳温度为3 5 ，在以后实验中如无特殊说明温度均为 3 5 。 3 3 3n a c ! 浓度对l ，5 二氯蒽醌催化强化酸性红b 脱色过程影响 盐度( n a c l 浓度) 冲击对生物处理系统的影响也是一个不可忽视因素，考察盐度 冲击对l ，5 二氯蒽醌催化强化酸性红b 脱色效果的影响，确定引起反应体系处理失 败的最小盐度冲击范围，对于反应系统的顺利进行和优化都有积极指导意义。另外， 由于染料对盐度敏感，盐度太大会使染料晶体析出。因此考察盐度o 5 、2 5 、5 、 8 对脱色过程的影响。 将培养好的菌液8 0 0 0 r m i n 1 离心5 m i n ，收集沉淀底部的菌体，转移至配制好的 不同n a c i 浓度的l b 培养基( 其他成分不变) 中。保证每锥形瓶内菌体初始6 6 0 n m 处 吸光度都保持在o 3 左右、初始染料浓度为2 0 0 m g l 1 和1 ，5 醌小球浓度为 1 2 m m o l l 。将锥形瓶密封，置于3 5 生化培养箱内培养，并通过注射器定时取样 测定反应体系的脱色率，反应时间5 h 、1 8 h 及3 0 h 的相对脱色如图3 - 9 所示。 由图3 - 9 可以看出，盐度为5 时，脱色反应初期明显受到抑制，但随着时间的 延长，菌株g y z 开始适应，抑制作用逐渐减弱：但盐度增加为8 时，整个过程中， 酸性红b 脱色反应均受到一定程度的抑制。盐度0 5