外源可溶性有机物(DOM)活化土壤Cu(Ⅱ)模型研究

研究了底泥水溶性有机质(DOM)活化处理土壤Cu(Ⅱ)的可行性,以寻求最优实验条件.在单因素实验基础上,采用二次回归正交旋转组合设计对DOM活化土壤铜进行了优化,建立了土壤铜潜在去除率(y)与DOM投加量(X1)、振荡速度(X2)、振荡时间(X3)和反应温度(X4)四个因素间的正交回归模型: y=47.73671+55176X3-2.63327X21-3.46235X22-1.09187X1X2+1.40813X1X2+1.40813X2X4-1.09187X3X4.从模型推知,最佳实验条件为:DOM投加量为31.1 m1、振荡速度159r·min-1、振荡时间为1.7h和反应温度为24.3℃.在此条件下,根据数学模型推知土壤铜潜在去除率可达53.4%,验证实验结果与模型值基本一致.     

Pt/BiVO_4光催化剂的制备及其光催化降解性能

采用微波法和光还原沉积法制备了一系列不同Pt含量的Pt/BiVO4光催化剂.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见漫反射(UV-vis)对样品进行表征,并以氙灯为光源,四环素为目标污染物,对该光催化剂在可见光(λ420 nm)下的光催化降解活性进行了评价.实验结果表明,当Pt含量为2wt%时,Pt/BiVO4光催化剂在可见光照射60min条件下对四环素的降解效率达到了87.5%,明显高于纯BiVO422.7%的降解效率.沉积适量的Pt,能显著抑制光生电子与空穴的复合,提高光催化活性.     

聚多巴胺包覆磁性纳米材料吸附去除模拟废水中的铅离子

采用共沉淀法制备聚多巴胺包覆的磁性纳米材料(Fe_3O_4@PDA NPs),并利用透射电子显微镜(TEM)、X光电子能谱(XPS)、振动磁强计(VSM)等手段表征了磁性纳米材料的化学组成和物理形貌.考察了溶液p H值、吸附平衡时间、纳米材料投加量、共存离子及离子强度等对铅吸附的影响,确定最佳实验条件为吸附平衡时间1 h、pH 5.5、吸附剂投加量1.5 g·L~(-1).常见共存离子均不干扰铅的吸附去除.通过直线方程拟合,证实Fe_3O_4@PDA NPs对铅离子的吸附等温线符合Langmuir方程,为单分子层吸附,饱和吸附量约为20.68 mg·g~(-1).1.5 h内,Fe_3O_4@PDA NPs对自来水、模拟废水中铅的吸附去除效率可以达到97.2%以上,此结果表明Fe_3O_4@PDA NPs可以用于铅污染环境水样的净化处理中.     

超声辅助硫酸亚铁活化过碳酸钠降解4种典型DDTs

采用超声波辅助硫酸亚铁活化过碳酸钠(SPC/Fe~(2+))体系降解水中的4种典型有机氯农药DDTs(包括p,p′-DDD、p,p′-DDE、o,p′-DDT、p,p′-DDT),考察超声波功率、过碳酸钠投加量和硫酸亚铁投加量等实验条件对DDTs降解的影响,采用响应面法设计多因素实验,采用二次多项式和逐步回归法拟合DDTs降解率、毒性削减率与实验条件之间的关系,通过模型优化和验证实验获得最佳降解条件,通过GC/MS检测分析DDTs降解产物并推断其降解途径.结果表明,超声波辅助Fe~(2+)/SPC能够在5 min内高效降解DDTs,当超声波功率为30 W、超声5 min、过碳酸钠和硫酸亚铁投加量分别为3.21 g·L~(-1)和0.64 g·L~(-1)时,DDTs总毒性削减率可达98.2%.DDT首先脱氯生成DDE和DDD,再进一步降解生成DDMU等其他物质.     

改性斜发沸石处理高浓度氨氮废水

采用NaOH碱熔法对缙云斜发沸石进行处理,采用正交实验对碱熔法改性沸石的最佳条件进行了选择;并对改性前后的沸石进行粉末X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)和扫描电镜(SEM)表征;详细研究了所得改性沸石在氨氮废水处理中的净化性能.结果表明,处理沸石的水热温度对氨氮去除效果的影响最显著;碱熔法处理可使缙云斜发沸石转变为低硅铝比的Na-P型分子筛,它对氨氮废水的NH4+-N具有优异的吸附性能.当改性沸石投加量为5 g,对100 mL浓度为1000 mg.L-1氨氮溶液,氨氮去除率可达77.8%,改性沸石吸附NH4+-N是一快速吸附过程,且能较好地符合Langmuir吸附等温模式,偏向于单分子层的吸附.     

高铁酸钾降解嗅味物质异佛尔酮的效能及机理

采用高铁酸钾降解水中典型嗅味物质异佛尔酮(IPO),考察了高铁酸钾投加量、溶液初始pH、IPO浓度、温度和反应时间等因素对IPO降解率的影响.采用响应面法进行多因素实验设计,利用二次多项式和逐步回归法拟合了IPO降解率、Fe~(2+)、Fe~(3+)与降解条件之间的关系,对降解条件进行了优化.采用GC-MS分析IPO的降解产物,探讨了IPO的降解机理.结果表明,高铁酸钾可以在1 min内迅速降解IPO. IPO降解率与高铁酸钾投加量正相关,与溶液初始pH负相关.在IPO初始浓度为6.0 mg·L~(-1)、溶液初始pH值为4.0、高铁酸钾投加量为0.9 g·L~(-1)、反应时间为5 min时,IPO降解率可达100%. Mn~(2+)、Mg~(2+)、NH~+_4和HCO~-_3等共存离子会抑制高铁酸钾对IPO的降解.高铁酸钾对IPO的氧化降解作用大于吸附、混凝的去除作用. GC-MS检测到的降解产物有4-羟基-4-甲基-2-戊酮、5-异丙基-5-甲基二氢-2(3H)-呋喃酮和4-甲基-4-戊烯-2-酮等物质,推测高铁酸钾对IPO的降解途径主要是氧化、加氢和脱碳等.     

响应面法优化污泥炭催化湿式过氧化氢氧化降解间甲酚模拟废水

以污水处理厂剩余污泥为原料制备硝酸改性活性炭,用于催化湿式过氧化氢氧化(CWPO)处理间甲酚模拟废水,以实现剩余污泥的资源化利用.使用物理吸附、程序升温脱附(TPD)、X射线荧光光谱(XRF)等表征方法对污泥炭的物理化学性质进行测定.而后采用响应面法(RSM)优化污泥炭CWPO降解间甲酚的反应条件,选取反应温度、反应时间、初始pH值、过氧化氢(H_2O_2)投加量及催化剂投加量为影响因子,总有机碳(TOC)去除率为响应值,应用中心组合设计(CCD)建立响应值与各影响因子之间关系的二次多项式数学模型,采用后退回归法进行模型精简,并通过方差分析对模型进行可信程度检验.优化结果表明,在反应温度为60℃,反应时间为120 min,初始pH=3.00,H_2O_2投加量为2.03 g·L~(-1),催化剂投加量为0.78 g·L~(-1)的条件下,可达到最佳效果,此时预测模型的TOC去除率为44.6%,间甲酚转化率为100%.通过模型验证实验得到的TOC去除率为46.6%,仅与理论值相差2.0%,在95%的置信区间内,说明该模型具有可靠性.最后采用GC-MS对污泥炭CWPO降解间甲酚中间产物进行分析.     

磁性Fe3O4@Mg(OH)2去除水中络合态三价铬

本实验采用一步水热法合成了Fe_3O_4@Mg(OH)_2材料,并将其用于吸附水中络合态的Cr(Ⅲ)-EDTA,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)、热重(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)等来表征材料的结构和表面特性.结果表明,Mg(OH)_2已经成功的负载到了Fe_3O_4的表面,对水中络合态Cr(Ⅲ)-EDTA有较好的吸附能力,最大吸附量为15.52 mg·g~(-1),吸附等温线符合Langmuir等温线,吸附动力学可用拟二级动力学拟合,随着pH的增加吸附量不断减少,水中高浓度的阳离子对吸附产生促进作用,并且脱附实验证明材料有很好的可循环利用能力.     

响应面法优化固定化细胞催化α-羟基苯乙酸的合成

采用Plackett-Burman试验设计法及响应面分析法(RSM),对固定化Bacillus sp.ULi-11菌株生物不对称合成(R)-α-羟基苯乙酸((R)-HPA)进行优化.首先采用Plackett-Burman试验设计筛选影响产率的主要因素,再用最陡爬坡方法逼近最大响应区域后用Box-Behnken试验设计及RSM进行回归分析,得到的最佳条件为温度33℃,增殖时间9.3h,装液量18 mL,转速180 r/min,pH 7.2,接种量2%,种龄16 h,在此条件下(R)-HPA的产率为49.61%,比优化前的产率提高了23.7%.图3表6参16     

Sm3+/TiO2催化剂对光催化还原CO2和H2O合成CH3OH的影响

采用溶胶-凝胶法和溶胶-乳化-燃烧法制备了Sm3+/TiO2光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、红外光谱(IR)等分析技术表征了催化剂,考察了制备方法、离子掺杂量等对催化剂光催化还原CO2和H2O合成CH3OH实验的影响.实验结果表明,掺杂后的催化剂颗粒更均匀,比表面相应增加,溶胶-乳化-燃烧法制备的催化剂晶粒更小,比表面积更大,光催化活性更高.     

重组大肠杆菌产CotA漆酶的发酵条件优化

CotA漆酶在环境保护、食品工业和纸浆漂白等工业中具有重要的应用价值.将重组表达载体pET-22b/CotA转入大肠杆菌BL21(DE3),得到工程菌株,采用单因素实验和正交实验相结合的方法,研究诱导表达条件和发酵培养基对重组大肠杆菌产CotA漆酶量的影响.结果表明,初始pH 7.5的培养基中,添加0.6 mmol L-1 Cu2+,1 g L-1葡萄糖作碳源、15 g L-1蛋白胨和2 g L-1硫酸铵作氮源,以10%的接种量,37℃、200 r/min,直到菌液的D600 nm值为1.0,加入终浓度为1.0 mmol L-1的IPTG,25℃诱导12 h,漆酶的产量最高.优化前发酵液的粗提液的漆酶活性仅为1 190 U mL-1,优化后达到3 526 U mL-1,正交实验优化后漆酶活性提高了2.96倍.纯化的CotA漆酶最适反应温度为45℃,最适pH值为7.2.CotA漆酶对RBBR的脱色率在90%以上,此CotA漆酶在短时间内对染料能够有效地脱色,能够成为有潜力的工业用酶.图6表3参17     

Enhanced production of laccase by Coriolus hirsutus using molasses distillery wastewater

The effect of physical parameters of cultivation (load volume, temperature, pH, agitation, inoculum size, and incubation period) in the production of laccase by wood-rotting basidiomycete Coriolus hirsutus were studied using diluted molasses distillery wastewater (MDW) as a major composition. Using fractional factorial design, our study first identified load volume, agitation, and inoculum size as statistically significant factors. Optimal preferences and mutual interactions of the factors were then determined by the response surface method, which is based on the center composite design. A quadratic model was used to fit the experimental data. The optimized operational parameters for laccase production were determined to be the following: culture temperature of 25°C, pH 4, load volume of 40 mL diluted MDW in 150 mL flask, agitation rate of 183 r·min^?1, inoculation of 11.5% v/v, and cultivation time of 6 d. The experimental validation under these conditions (the maximum laccase production of 2198.2 U·mL^?1 was within the confidence interval) subsequently verified the accuracy of the constructed model. Moreover, the removal of chemical oxygen demand and nitrogen of MDW reached 62.85% and 48.00% respectively, and the decolorization ratio under the optimal condition was 41.85%. The enhanced production of laccase by C. hirsutus is a new recovery strategy for MDW.     

曲面效应法优化辅酶Q10发酵条件

以根癌土壤杆菌(Agrobacterium tum efaciens)1.1416的突变株AGR 0610为出发菌株,采用P lackett-Burm an设计法(P lackett-Burm an design,P-B)对影响AGR 0610发酵产辅酶Q10的相关因素进行了研究,选取到4种有显著效应的因素:糖蜜、大豆蛋白胨、玉米浆和蛋氨酸.再采用响应曲面法(response surface m ethodology,RSM)对这4种因素的最佳水平范围进一步探讨,得到二次回归方程,优化了培养基组成.当这4种因素分别取值为1.02%、0.49%、0.29%和0.34%时,辅酶Q10产量有最大预测值38.88 mg/L,并被实验所证实.图6表4参8     

Size exclusion chromatography for the removal of pigments from extracellular ligninolytic enzyme extracts from decayed wheat straw

Solid-state fermentation of wheat straw was carried out by a native white rot basidiomycete Daedaleopsis flavida strain 5A. Extract prepared from the 12-day decayed wheat straw contained extracellular ligninolytic enzymes like manganese peroxidase (MnP), manganese-independent peroxidase (MIP), lignin peroxidase (LiP) and laccase along with straw-degraded products and pigments. Sephacryl S-200 size exclusion chromatography in 16/100 column was used for the separation of these ligninolytic enzymes and straw-degraded products and pigments. Recovery of pigment-free ligninolytic enzyme activities as protein was 40% of the total proteins loaded and specific LiP activity increased 34 fold after size exclusion chromatography. Thus accurate estimation of LiP by veratryl alcohol oxidation assay was possible only after the removal of interfering pigments. The reproducibility of size exclusion chromatography is adjudged satisfactory from the consistent results obtained after seven repetitive uses of matrices.     

产耐温蛋白酶苏云金芽孢杆菌FS140液体发酵条件优化

应用快速有效的数学统计方法对苏云金芽孢菌FS140耐温蛋白酶的发酵条件进行优化.首先采用二水平Plackett-Burman设计对影响产酶的8因素进行筛选,获得培养基成分中3个重要影响的因子:黄豆饼粉、酵母粉、葡萄糖;再利用响应面分析法对该3个因素进行3水平的优化,获得它们的最佳组合:黄豆饼粉1.8%、酵母粉0.36%、葡萄糖0.14%.优化后产酶水平达到837.71U mL-1,与响应面数学模型的预测值只有1.34%的误差.同时进行了发酵温度、初始pH、摇瓶装量与接种量等发酵条件的优化,FS140最终发酵产酶水平达918.91U mL-1.图2表5参14     

低浓度溶解氧下猪粪固体有机物水解产酸研究

本文以猪粪为发酵原料,通过批式实验研究不同溶解氧(DO)浓度(0—0.26 mg.L-1)、发酵时间(3—12 d)和挥发性固体(VS)浓度(11.14—111.35 g.L-1)对猪粪固体水解酸化过程的影响,确定了低DO浓度下固体有机物优化水解产酸工艺条件:中温35℃,初始VS浓度37.11 g.L-1,初期的DO浓度0.1—0.26 mg.L-1.在此条件下,发酵时间3 d,DO浓度下降到0.10 mg.L-1以下.猪粪发酵液pH值由7.45±0.10降低到5.86±0.17,VS降解率(25.67±1.20)%,挥发性脂肪酸(VFA)中乙酸(3895±91)mg.L-1、丙酸(2313±82)mg.L-1、正丁酸(1361±17)mg.L-1、正戊酸(540±11)mg.L-1.优化条件下的猪粪水解酸化液进行厌氧产甲烷发酵,发酵10 d内产气停止,低溶解氧水解酸化和厌氧产甲烷发酵累计时间仅为13 d,甲烷体积分数(69.5±0.2)%,VS产气率为(0.282±0.011)L CH.4g-1VS.研究结果表明,适当延长发酵时间能够增加VFA中乙酸的含量,初始VS浓度差异对发酵液VFA浓度和VS降解率的影响较显著,低溶解氧能够促进猪粪固体有机物水解过程.     

一株烟草内生拮抗放线菌发酵条件优化

为提高烟草内生放线菌Y12发酵时产生抑菌物质的产量,通过摇瓶正交优化试验,确定了Y12的三角瓶发酵条件.发酵培养基组成为:黄豆粉1.5%,蛋白胨1.5%,葡萄糖1.5%,可溶性淀粉1.5%,MgSO4.7H2O 0.05%,(NH4)SO40.25%,NaCl 0.4%,KH2PO4 0.1%,CaCO3 0.5%;培养基初始pH 7.5,培养温度30℃,发酵时间72 h.经过优化发酵液的抑菌圈直径增加了44.9%.     

响应面法优化锰氧化细菌发酵培养基

Bacillus sp.WH4是一株锰氧化能力强的锰氧化细菌,在锰污染的水源净化方面具有较好的应用前景.为提高发酵液中Bacillus sp.WH4的活菌数,应用响应面法优化其发酵培养基.Plackett-Burman设计获得对活菌数有显著影响的4个因素:豆粕粉、KH2PO4、MgSO4、FeSO4;最陡爬坡试验确定中心组合实验的最大响应区域;中心组合设计和响应面分析优化出4个显著因素的最佳浓度.优化后的最适培养基(w/%)组成为:蔗糖2、豆粕粉0.96、K2HPO4 0.8、KH2PO4 0.19、MgSO4.7H2O 0.11、CaCl2 0.02、NaCl 0.5、FeSO4.7H2O 0.02.发酵试验表明,最优培养基的活菌数可达4.2×109 CFU mL-1,比初始发酵培养基提高近3倍.     

Co-fermentation of waste activated sludge with food waste for short-chain fatty acids production: effect of pH at ambient temperature

Effect of pH ranging from 4.0 to 11.0 on co-fermentation of waste activated sludge (WAS) with food waste for short-chain fatty acids (SCFAs) production at ambient temperature was investigated in this study. Experimental results showed that the addition of food waste significantly improved the performance of WAS fermentation system, which resulted in the increases of SCFAs production and substrate reduction. The SCFAs production at pH 6.0, 7.0, 8.0, and 9.0 and fermentation time of 4 d was respectively 5022.7, 6540.5, 8236.6, and 7911.7 mg COD·L^-1, whereas in the blank tests (no pH adjustment, pH 8.0 (blank test 1), no food waste addition, pH 8.0 (blank test 2), and no WAS addition (blank test 3)) it was only 1006.9, 971.1, and 1468.5 mg COD·L^-1, respectively. The composition of SCFAs at pH from 6.0 to 9.0 was also different from other conditions and propionic acid was the most prevalent SCFA, which was followed by acetic and n-butyric acids, while acetic acid was the top product under other conditions. At pH 8.0 a higher volatile suspended solids (VSS) reduction of 16.6% for the mixture of WAS and food waste than the sole WAS indicated a synergistic effect existing in fermentation system with WAS and food waste. The influence of pH on the variations of nutrient content was also studied during anaerobic fermentation of the mixture of WAS and food waste at different pH conditions. The release of NH4+-N increased with fermentation time at all pH values investigated except 4.0, 5.0 and in blank test one. The concentrations of soluble phosphorus at acidic pHs and in the blank test one were higher than those obtained at alkaline pHs. Ammonia and phosphorus need to be removed before the SCFAs-enriched fermentation liquid from WAS and food waste was used as the carbon source.     

Optimization of fermentation process for saccharide-based fuel ethanol production by Saccharomyces cerevisiae北大核心CSCD

低成本、高产量的发酵工艺是实现工业燃料乙醇经济和环境可持续性发展的关键,而不需要重大基础设施改变或投资.为获得酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)利用甘蔗汁生产燃料乙醇的最优发酵工艺,首先对发酵体系的氮源条件进行优化;其次,在单因素试验基础上,以乙醇发酵效率为响应值,通过响应面法优化了燃料乙醇生产的发酵工艺,并通过补料分批发酵技术在5 L发酵罐中进一步扩大发酵.结果表明,以1.0 g/L (NH)SO和1.0 g/L酵母提取物作为发酵氮源,乙醇发酵效率和得率比对照可分别提高4.80%、9.52%.响应面设计获得的最优发酵工艺条件为在总糖浓度150.0 g/L、酵母提取物浓度2.0 g/L、发酵时间24.5 h、pH5.0、外加(NH)SO浓度1.0 g/L时,最高乙醇发酵效率可达到91.10%.在5 L发酵罐中采用补料分批发酵获得的最终乙醇浓度达到98.92 g/L,发酵效率维持在90%左右,乙醇生产力最高达到3.81 g Lh.本研究获得了一种高效生产糖质燃料乙醇的发酵工艺,可在较短时间内获得高浓度乙醇且消耗较少氮源,结果可为进一步利用糖质原料进行高效生物炼制及高浓度乙醇工业化生产提供参考.(图6表6参30)