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

摘要

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。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 概论

1.1 研究背景与意义

1.2 β-阻滞剂对水环境的污染及处理概述

1.3 Fenton与光-Fenton技术改性研究

1.4 铁载体研究概述

1.5 研究目的和意义

1.6 课题主要研究内容

2 淡水水体产铁载体菌的筛选与培养

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 淡水铁载体的分离纯化及结构鉴定

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 氧肟酸类铁载体光化学性质及降解普萘洛尔研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 氧肟酸类铁载体改良中性类Fenton降解普萘洛尔研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6 儿茶酚类铁载体改良中性类光-Fenton 降解普萘洛尔研究

6.1 引言

6.2 材料与方法

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

7 结论与建议

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读博士期间发表论文及国内外学术交流情况