生物锰氧化物对PhACs的去除机理研究及安全评价

摘要

随着药物的大量生产和使用，世界各地的水生环境中频繁检测出各种药物活性化合物（Pharmaceutically active compounds， PhACs），对环境、水生动植物构成潜在的威胁。Pseudomonas putida可以Mn（II）为电子供体，以有机污染物为电子受体，实现对有机物的降解。本文研究了Pseudomonas putida QYS-1氧化Mn（II）过程中，对扑热息痛（APAP）和1-萘酚的降解规律及机制，并根据生物锰氧化物的特性，构建以纳米四氧化三铁为分散磁核的磁性生物锰氧化物，探究磁性生物锰氧化物循环利用过程中APAP的降解规律。 对Pseudomonas putida QYS-1生产的锰氧化物进行了表征。锰氧化物在Pseudomonas putida QYS-1的生长曲线14-16h内大量快速形成，伴随着培养基中溶解态Mn(II)和络合态Fe(III)急剧快速减少。生物锰氧化物的微观结构表明其为不规则形状的颗粒聚集，颗粒呈山丘层叠状，粒径在1-2000 um之间。APAP及1-萘酚的降解速率与锰氧化物的形成速率相关。生物锰氧化物对初始浓度为10 mg/L的APAP降解效率较高，24h降解率为100%。对初始浓度为1、5、10mg/L的1-萘酚的降解率存在较大的差异性，随着1-萘酚初始浓度的逐渐增大，降解率由100%将至70%，降解APAP和1-萘酚后的生物锰氧化物经抗坏血酸溶解，未发现APAP和1-萘酚的存在，说明生物锰氧化物对APAP和1-萘酚的去除是降解作用而不是吸附作用。 研究了磁性生物锰氧化物的制备方法，确定纳米四氧化三铁的最适投加量为0.5 g/L，制备方式是纳米四氧化三铁与细菌一起加入PYCM培养基共同培养40 h。磁性生物锰氧化物对APAP和1-萘酚的降解速率差异较大，初始浓度为10 mg/L时，APAP在10 h可完全降解，而1-萘酚在1h时已完全检测不到。对高浓度APAP和1-萘酚的降解效率均可达到100%。明显高于未带磁性的锰氧化物。降解过程中研究发现，随着APAP和1-萘酚初始浓度的增加，磁性生物锰氧化物的粒径逐渐增大，完全降解的时间逐渐延长。随着磁性生物锰氧化物循环降解APAP次数的增加，APAP的降解率逐渐降低，由100%降低至32%。 探究了磁性生物锰氧化物降解APAP和1-萘酚的机制。磁性生物锰氧化物降解高浓度目标有机物后，形成孔洞结构，锰氧化物结构由层状致密结构逐渐向孔洞蜂巢结构演化。随着循环利用次数的增加，溶液中的Mn（II）不断增加，而锰氧化物中携裹的Mn（II）不断减少，说明目标有机物的降解与主要依靠Pseudomonas putida QYS-1氧化Mn（II）直接相关。 通过LC-MS对APAP和1-萘酚的降解中间产物进行分析，推断APAP和1-萘酚可能的降解途径。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 药物活性化合物

1.2 扑热息痛对环境的影响

1.3 1-萘酚对环境的影响

1.4 锰氧化物细菌及生物锰氧化物

1.5 研究目的和内容

第二章 生物锰氧化物对APAP和1-萘酚的降解特性研究

2.1 实验材料与方法

2.2 实验方法

2.3 样品处理与分析方法

2.4 实验结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 磁性生物锰氧化物对APAP和1-萘酚的降解特性研究

3.1 实验材料与方法

3.2 实验方法

3.3 分析方法

3.4 实验结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 APAP和1-萘酚降解机理分析和安全评价

4.1 材料与方法

4.2 结果与讨论

4.3纳米四氧化三铁的安全评价

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢