2,5-二氯硝基苯的厌氧生物降解及2-氨基蒽醌/氧化石墨烯对脱氯的促进作用

摘要

氯代硝基苯是一种持久性有毒污染物，已被美国EPA、欧共体以及中国列为优先控制污染物。厌氧-好氧联合处理工艺是处理氯代硝基苯最有效的方法之一。然而，厌氧降解速率缓慢使其成为整个处理过程的限速步骤。本研究选取广泛用于染料合成的2，5-二氯硝基苯作为模式化合物，研究电子供体修复技术和新型氧化还原介体对2，5-二氯硝基苯厌氧生物降解的影响。　　以外加碳源（丙酮酸、甲酸、乙酸和乳酸）富集混合菌群，并考察其降解2，5-二氯硝基苯的能力。结果表明，外加丙酮酸富集的混合菌群对2，5-二氯硝基苯的硝基还原速率最快，4h内发生完全转化;外加乙酸富集的混合茵群使2，5-二氯苯胺的脱氯及降解速率最快，比丙酮酸体系降解率高12％左右。综合考虑微生物生长、硝基还原和脱氯速率，确定丙酮酸为最佳外加碳源。采用HPLC、LC-MS和GC-MS方法分析表明，2，5-二氯硝基苯首先被还原为2，5-二氯苯胺，并且依次还原脱氯为苯胺，然后开环裂解生成正己酸，正己酸最终矿化生成CO2。发光细菌法测得2，5-二氯硝基苯、2，5-二氯苯胺、2-氯苯胺和3-氯苯胺的EC50值分别为99.36±3.97 mg L-1、84.32±2.72 mg L-1、142.76±5.14 mg L-1和107.18±4.36 mg L-1。其中2-氯苯胺毒性最低，2，5-二氯硝基苯的生物降解朝着毒性更低的方向发展。PCR-DGGE分析发现Clostridium sp.、Eubacterium sp.、Streptomyces sp.和Propionibacterium sp.四种菌属对2，5-二氯硝基苯降解具有重要作用。　　还原脱氯是2，5-二氯硝基苯厌氧降解过程的限速步骤。为此，以2-氨基蒽醌/氧化石墨烯(AQ-GO)复合材料为新型介体，研究了其强化2，5-二氯硝基苯降解中间产物氯代苯胺的厌氧生物降解。结果表明，AQ-GO体系2-氯苯胺降解速率（k=9.38×10-2 d-1）分别高于空白体系（k=1.82×10-2 d-1）、AQ体系（k=2.32×10-2 d-1）和GO体系(k=2.78×10-2 d-1)。进一步分析发现，添加AQ-GO复合材料的反应体系中胞外聚合物含量分别比空白体系、AQ体系和GO体系增加139.96 mg L-1、113.41 mg L-1和77.08 mg L-1;同时脱氢酶活性是空白体系、AQ体系和GO体系的2.21、1.54和1.32倍。AQ-GO复合材料强化脱氯产物苯胺的厌氧生物降解也取得了类似的结果。可以看出，AQ-GO复合材料的加入促进了胞外聚合物的分泌和细胞电子传递活性的提高。Illumina MiSep高通量测序分析表明，AQ-GO复合材料的加入导致了一些电化学活性菌Ruminococcus、unclassified_ Clostridiaceae、Enterobacter和unclassified_Prophyromonadaceae的富集，这些菌属可以利用外加或自身分泌的氧化还原介体加速电子的传递，最终加速2-氯苯胺和苯胺的厌氧生物降解。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 氯代硝基苯类化合物的处理方法研究进展

1．1．1 氯代硝基苯类化合物的来源及其危害

1．1．2 氯代硝基苯类化合物的物化处理方法

1．1．3 氯代硝基苯类化合物的生物处理方法

1．2 电子供体修复污染物生物降解研究进展

1．3 氧化还原介体强化污染物厌氧生物降解研究进展

1．3．1 氧化还原介体及其作用机理

1．3．2 氧化还原介体的应用及改进

1．4 本课题的研究目的及内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

2 2,5-二氯硝基苯(2，5-DCNB)厌氧生物降解

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 不同外加碳源富集的混合菌群还原2，5-DCNB

2．2．2 不同外碳源富集的混合菌群降解2，5-二氯苯胺

2．2．3 2，5-DCNB厌氧生物降解的产物鉴定及机理初探

2．2．4 实验污染物生态毒性测试

2．2．5 不同外加碳源富集的混合菌群群落分析

2．3 本章小结

3 2-氨基蒽醌／氧化石墨烯(AQ-GO)强化氯代苯胺厌氧生物降解

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 醌类化合物强化2-氯苯胺(2-CA)生物降解的特性

3．2．2 AQ-GO复合材料的表征

3．2．3 AQ-GO复合材料强化2-CA生物降解

3．2．4 AQ-GO复合材料强化苯胺生物降解

3．2．5 AQ-GO复合材料强化氯代苯胺生物降解

3．2．6 混合菌群群落分析

3．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢