对苯二甲酸二乙酯（DTP）及聚酯（PET）纤维生物降解性研究

摘要

在PET(聚对苯二甲酸乙二酯)产业快速发展和广泛应用的同时，PET的废弃物每年也会大量的产生。由于这些废弃物数目巨大且在自然环境中不易被降解，因而PET废弃物已经对全球的环境和生态构成威胁。采用填埋或焚烧的方法处理PET废弃物容易造成土地和大气的二次污染；回收的高成本以及许多不便回收的PET垃圾也使得回收利用受到限制；生物降解无疑才是从根本上解决PET废弃物污染的最好方法，但至今世界上还没有对PET有效的生物降解方法。 DTP(对苯二甲酸二乙酯)也是一种环境荷尔蒙，对环境会造成污染；其化学结构与PET相似，也是研究PET生物降解最好的模拟物之一。研究DTP的生物降解规律，不仅可以解决DTP化工原料本身对环境的污染问题，还可以为PET纤维的生物降解性研究奠定理论基础。 本研究从国内不同地域的涤纶生产厂及染整加工厂采集不同活性污泥样品，以DTP作为降解底物，对采集的样品进行驯化、培养和分离，优选最佳培养方案，共筛选出5只菌株，其中F4菌株对DTP的降解效果最好；菌株F4培养的最佳条件为：培养基M5、温度30℃、振荡速率120r/rmin、pH值为7.5。 直接采用从活性污泥中提取的微生物对DTP降解，在pH=7.5，30℃，振荡速率为120r/min条件下，降解14天后DTP的降解率可超过92％。由于所含菌株较多，因此降解产物不仅含有TA，也有将TA继续降解的其它产物。采集的菌源T和筛选出的菌株F4对DTP的降解均符合一级动力学特征。 采用Sigma脂肪酶降解DTP时，在温度30℃、pH中性，振荡速率为120r/min条件下，24小时内可使DTP降解率最高达到42％以上。从菌株F4中提取的胞内酶对DTP的降解率较胞外酶大10倍左右。求得的胞内酶对DTP的降解动力学参数Km比Sigma脂肪酶的要小，说明经过驯化、培养的菌株F4更适合对DTP的降解，其分泌的胞内酶比Sigma脂肪酶有更好的降解效果。 酶在降解DTP时，首先将其降解成单酯，当单酯的量积累到一定程度后，才开始将单酯继续降解成对苯二甲酸(TA)，降解过程如下所示： CH3CH2OOCCOOCH2CH3酶水解→CH3CH2OOCCOOH酶水解→HOOCCOOH用采集的菌源T和Sigma脂肪酶处理PET纤维，在HPLC谱图上有TA吸收峰，在电镜照片上也可看到零星分布的刻蚀痕迹，说明其对PET纤维都有微量的降解作用。将PET纤维表面进行粗糙化处理，可提高菌株或酶对纤维的吸附性能。用从菌株F4中提取的酶对经过粗糙化处理的PET纤维进行降解，从HPLC谱图上可看到产生的TA量较多，降解作用比菌源T和Sigma脂肪酶的大。说明从用DTP驯化培养的菌株F4中提取的胞内、胞外酶对PET纤维有降解作用，这为今后进一步研究PET纤维的高效生物降解奠定了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

本论文特色和创新点

第一章.立题背景

1.1.PET的发展现状

1.2.PET、DTP废弃物对环境和生态的影响

1.3.目前国际上处理PET等废弃物的方法及局限性

1.4.DTP及PET生物降解性研究的意义

1.5.本课题研究的目的与内容

第二章.理论综述

2.1.微生物对化学污染物降解与转化途径

2.2.微生物对物质降解与转化的特点

2.3.影响微生物对物质降解转化作用的因素

2.4.微生物对常见芳香族化合物的降解途径

2.5.酶的催化作用

2.6.生物降解高分子材料研究进展

2.7.生物降解性的测试方法

2.8.目前国际上本课题研究的理论及现状

第三章.DTP降解菌的筛选及优化培养条件

3.1.前言

3.2.实验仪器及药品

3.3.实验方法

3.3.1.首次培养所需菌液的制备

3.3.2.菌种分离的方法

3.3.3.菌种的驯化和培养方法

3.3.4.培养基的组成

3.3.5.微生物对DTP的降解实验方法

3.3.6.微生物的初步鉴定实验方法

3.3.7.比浊法测定微生物的生长

3.3.8.氯仿萃取法测DTP含量

3.4.实验结果与分析

3.4.1.菌种的分离

3.4.2.菌株的筛选

3.4.3.微生物的初步鉴定结果

3.4.4.微生物生长规律

3.4.5.培养基对菌株生长的影响

3.4.6.底物浓度对菌株生长的影响

3.4.7.代谢产物对菌株生长的影响

3.4.8.温度对菌株生长的影响

3.4.9.氧的影响

3.4.10.pH值对菌株生长的影响

3.4.11.接种量对菌株生长延滞期的影响

3.5.本章小结

第四章.DTP微生物降解性研究

4.1.前言

4.2.实验仪器及药品

4.3.实验方法

4.3.1.驯化与培养方法

4.3.2.不同菌源对DTP的降解实验方法

4.3.3.高效液相色谱测试条件

4.4.实验结果与分析

4.3.1.不同菌源对DTP降解率的影响

4.4.2.微生物对DTP降解过程的分析

4.4.3.pH值对菌株F4降解DTP的影响

4.4.4.温度对菌株F4降解DTP的影响

4.4.5.振荡速率对菌株F4降解DTP的影响

4.4.6.接种量对菌株F4降解DTP的影响

4.4.7.微生物对DTP降解动力学分析

4.4.本章小结

第五章.脂肪酶对DTP降解性研究

5.1.前言

5.2.实验仪器及药品

5.3.实验方法

5.3.1.脂肪酶降解DTP的实验方法

5.3.2.碱滴定法测试DTP降解率

5.3.3.紫外分光光度法测试DTP降解率

5.3.4.缓冲溶液法

5.3.5.HPLC法

5.4.实验结果与分析

5.4.1.DTP的脂肪酶降解液pH值变化

5.4.2.不同缓冲体系对脂肪酶降解DTP的缓冲作用

5.4.3.脂肪酶对DTP降解率不同测试结果的比较

5.4.4.温度对Sigma脂肪酶降解DTP的影响

5.4.5.pH值对Sigma脂肪酶降解DTP的影响

5.4.6.作用时间对Sigma脂肪酶降解DTP的影响

5.4.7.DTP浓度对Sigma脂肪酶降解性的影响

5.4.8.Sigma脂肪酶对DTP降解的动力学研究

5.5.本章小结

第六章.提取酶对DTP的降解性研究

6.1.前言

6.2.实验仪器及药品

6.3.实验方法

6.3.1.菌株F4分泌的胞内、胞外酶提取方法

6.3.2.提取的胞内、胞外酶对DTP的降解实验方法

6.4.实验结果与分析

6.4.1.菌株F4分泌的胞内、胞外酶提取工艺的确定

6.4.2.提取的胞内、胞外酶对DTP的降解性研究

6.4.3.温度对提取酶降解DTP的影响

6.4.4.pH对提取酶降解DTP的影响

6.4.5.提取的胞内酶(E内)对DTP降解的动力学分析

6.5.本章小结

第七章.酶及微生物对PET纤维降解性探讨

7.1.前言

7.2.实验仪器及药品

7.3.实验方法

7.3.1.菌源T对PET纤维的降解实验方法

7.3.2.商品脂肪酶对PET纤维的降解实验方法

7.3.3.Sigma脂肪酶对PET纤维降解的实验方法

7.3.4.提取酶E内、E外对PET纤维的降解实验方法

7.4.实验结果与分析

7.4.1.微生物对PET纤维的降解性探讨

7.4.2.商品脂肪酶对PET纤维的降解性探讨

7.4.3.提取酶E内、E外对PET纤维的降解性探讨

7.5.本章小结

第八章.结论与展望

8.1.结论

8.2.工作展望

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表文章情况

致谢

附录

附录一、微生物对DTP降解动力学HPLC谱图

附录二、脂肪酶对DTP降解随时间变化的HPLC谱图

附录三、Sigma脂肪酶对DTP降解动力学HPLC谱图

附录四、提取酶对DTP降解动力学HPLC谱图