介体厌氧催化活性艳红K-2BP脱色及构效特性研究

研究了筛选出的4种结构相似的醌类氧化还原介体对活性艳红K-2BP厌氧脱色的促进作用,并分析了介体促进效果与其化学结构活性相关性. 在35℃中温厌氧条件下,采用间歇批量实验法,测定不同体系中介体催化活性艳红K-2BP脱色效果.结果表明,①结构相似的醌类氧化还原介体蒽醌(AQ)、1,5-二氯蒽醌(1,5-AQ)、1,8-二氯蒽醌(1,8-AQ)和1,4,5,8-四氯蒽醌(1,4,5,8-AQ),均促进活性艳红K-2BP脱色,反应速率提高了1.4～3倍;②当醌类介体投加浓度为4 mmol·L^-1,活性艳红K-2BP染料浓度为300 mg·L^-1时,促进作用由大到小的顺序为:1,8-AQ>1,5-AQ>AQ>1,4,5,8-AQ;③ 当活性艳红K-2BP染料浓度为300 mg·L^-1时,1,8-AQ促进效果最佳且脱色速率常数随1,8-AQ浓度的增加而增加呈线性关系;④介体促进效果与介体取代基团数量、位置和电子共轭效应相关.本研究初步建立了氧化还原介体定性/定量构-效关系数学模型,探究和完善非水溶性氧化还原介体催化强化理论体系.     

蒽醌染料中间体催化强化偶氮染料生物脱色

考察了醌还原菌群利用6种蒽醌染料中间体对偶氮染料生物脱色的催化强化作用.结果表明,溴氨酸(1-氨基-4-溴蒽醌-2-磺酸, BAA)的催化强化效果最好;游离态菌群以BAA作为氧化还原介体可催化强化多种偶氮染料的生物脱色,其中对酸性大红3R脱色的适宜条件为pH 6～9之间;外加葡萄糖浓度400～600 mg/L;BAA浓度19～34.2 mg/L,染料起始浓度≤900 mg/L.在此条件下,最大脱色率约为95%、达到最大脱色率的时间<7 h.同时发现,投加氧化还原介体BAA浓度为38～57mg/L时,固定化菌群降解酸性大红3R(180 mg/L)的最大脱色率在14 h内达到93%;在不补加BAA的情况下,固定化菌群经7次循环使用后,脱色率仍保持在85%以上.     

酸性偶氮染料还原产物强化偶氮染料生物脱色

考察醌还原菌群利用酸性偶氮染料的生物还原产物对偶氮染料生物脱色的强化作用.结果表明,酸性红B 等酸性偶氮染料的还原产物作为氧化还原介体可以强化多种偶氮染料的生物脱色.当酸性红B 还原产物浓度为0.2mol/L 时,其对活性艳红KE-3B 最佳脱色pH 值为7~11,在4~40℃范围内脱色率随温度上升而提高.根据高效液相色谱-质谱对酸性红B 还原产物的分析结果,推测起氧化还原介体作用的物质是2-氨基-4-磺酸基-1-萘酚     

醌还原酶 醌类化合物对偶氮染料脱色的作用

外加醌类化合物作介体,利用细菌胞内的醌还原酶考察基因工程菌Escherichia coli YB对偶氮染料的脱色能力,以及甲基氢醌预处理对E. coli JM109和厌氧污泥脱色的影响.结果表明,介体2羟基1,4萘醌（lawsone,LQ）的存在对胞内过量表达醌还原酶AZR的E. coli YB的脱色能力有显著的促进作用,0.2 mmol·L^-1 LQ存在下,苋菜红（1 mmol·L^-1）在2 h内可脱色75%.LQ存在时E. coli YB对高浓度的染料也有脱色效果,8 h可使苋菜红（5 mmol·L^-1）脱色50%左右.与LQ相比,甲萘醌作为介体对脱色的促进效果较差,2.5 mmol·L^-1甲萘醌存在下脱色70%需12 h.LQ存在时E. coli YB对苋菜红的重复脱色能力稳定,12 h内能完成4次重复脱色.LQ的存在对于结构较复杂的2种偶氮染料酸性大红GR和活性艳红K2BP的脱色也有促进作用,在最适LQ浓度下,分别在9 h和30 h脱色70%.甲基氢醌预处理对E. coli JM109和厌氧污泥的脱色能力都有促进作用.预处理后在LQ存在下,E. coli JM109在5 h可脱色苋菜红（1 mmol·L^-1）80%左右,而污泥可在11 h脱色75%以上.     

氧化还原介体催化强化Paracoccus versutus菌株GW1反硝化特性研究

考察了Paracoccus versutus菌株GW1的醌呼吸特性及4种结构相似的醌类介体(AQS,α-AQS,AQDS和1,5-AQDS)催化强化Paracoccus versutus菌株GW1的反硝化过程.结果表明,Paracoccus versutus菌株GW1能利用醌类介体作为其电子传递链中的电子受体进行呼吸,使醌类介体还原为相应的氢醌形式;在35℃条件下,采用间歇试验法,4种介体浓度均为0.24mmol.L-1时,可分别提高硝酸盐氮降解速率1.14～1.63倍、总氮去除速率1.12～2.02倍,其从大到小顺序为:AQDS>1,5-AQDS>AQS>α-AQS;介体可降低Paracoccus versutus菌株GW1硝酸盐降解过程中氧化还原电位约33～75 mV;介体催化强化硝酸盐降解过程中pH变化趋势与空白对照组类似,最终pH稳定在9.0左右;在0～0.32 mmol.L-1AQDS浓度范围内,体系硝酸盐氮降解零级反应速率常数K与介体的浓度cAQDS呈线性关系.本研究为解决生物脱氮技术存在降解速率低的问题提供了有效途径.     

醌基氯甲基化聚苯乙烯的制备及废水生化处理应用

非水溶性介体厌氧生物催化技术是目前环境领域研究热点,通过Friedel-Crafts反应将5种醌基化合物接枝在氯甲基化聚苯乙烯大分子载体上.以1,4-萘醌为例,分别从反应温度、反应物摩尔比来研究其对载体接枝1,4-萘醌体系的影响,其中最佳的反应温度为78℃,最佳的反应物摩尔比为1,4-萘醌∶氯甲基聚苯乙烯=2∶1.通过傅里叶红外光谱分析,醌基基团成功地接枝在了大分子骨架氯甲基化聚苯乙烯上.制备的5种醌基材料作为非水溶性氧化还原介体能催化提高生物反硝化速率和偶氮染料脱色,同时在偶氮染料的生物降解中表现了良好的循环使用性.此研究开拓了醌基功能材料的制备新路径和介体催化技术新方向.     

酸性红B染料的阴极氧化降解机理

以Pt/C气体扩散电极为阴极,对pH=3的60mg/L酸性红B溶液进行双室电解,8V下电解80min后,酸性红B溶液在阴极室的脱色率和COD去除率分别为94.2%和66.8%,而酸性红B溶液在阳极室的脱色率和COD去除率分别为73.3%和56.6%,表明O2能在阴极室还原为H₂O₂和.OH来氧化降解酸性红B.通过红外光谱和GC-MS对酸性红B在阴极室的降解中间产物进行了分析,检测出20种中间产物,包括14种酯、3种酸和3种含—NO₂或N—OH基团的物质,给出了酸性红B染料在阴极室的可能降解路径.     

滑动弧等离子体处理三种染料废水的研究

偶氮染料酸性橙Ⅱ、吩嗪染料中性红和三苯甲烷染料碱性艳蓝BO是3种具有代表性的常用工业染料。通过气液两相滑动弧放电等离子体产处理这3种染料,对其脱色效果、反应动力学、降解效果及降解路径进行了分析。实验结果显示:当放电电压10 k V、频率50 Hz、载气(空气)流速0.8 m~3/h、液体流速60 m L/min、染料溶液体积500 m L、浓度200 mg/L,放电处理60 min时,滑动弧等离子体对染料溶液的具有较好的脱色效果,酸性橙II、中性红和碱性艳蓝BO的脱色率分别为84.1%、72.7%与89.7%。3种染料的脱色反应符合一级反应动力学规律,其中碱性艳蓝在前30 min的脱色速率最快,可达0.0631 min~(-1),远大于酸性橙II和中性红,而后30 min的反应速率均明显放慢,低于酸性橙II和中性红的同期脱色速率。滑动弧等离子体对3种染料的降解效果(COD去除率)不高,经过60 min的处理降解率分别仅为27.4%、37.3%和28.2%。最后,通过降解过程中的UV-Vis色谱变化对3种染料的降解路径作了初步推测,即等离子体先破坏染料的发色体系与共轭体系,随后发生开环反应,最后再降解为小分子结构。     

光-Fenton/TiO2催化氧化法降解酸性红B的研究

以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备TiO2,将TiO2与Fenton试剂联合用来处理酸性红B模拟废水,研究了在紫外光条件下的降解效果,确定最佳反应条件.实验结果表明,采用TiO2与Fenton试剂联合的方式对酸性红B染料废水进行处理,其降解效果明显优于单一使用TiO2和Fenton法的处理方式.对于初始浓度为100 mg/L的酸性红B模拟染料废水,在TiO2投加量为1 g/L,pH为3,Fe2+为0.15 mmol/L,H2O2为1mmol/L,UV光照时间为60 min时,脱色率可达最佳.     

新型介体催化难降解污染物厌氧生物还原

生物法处理有毒难降解污染物是目前最为经济环保的方法之一,但厌氧生物转化速率缓慢是生物法处理的限制因素。研究发现,一些醌类化合物可以作为氧化还原介体加速电子的传递,促进污染物的厌氧生物转化。为避免直接应用这些醌类化合物而造成的运行费用增高和二次污染等问题,近年来,人们发现各种碳材料、醌改性载体和微生物分泌的核黄素等新型介体具有良好的催化性能。根据这些新型介体的来源,该文分别综述了它们的特性,并比较了其加速有毒难降解污染物厌氧还原转化的能力,以促进新型介体在实际难降解废水处理中的应用。     

一株酸性大红3R脱色菌的分离、鉴定及其脱色性能研究

通过浓度梯度驯化,从厌氧污泥中分离到一株酸性大红3R脱色菌M3,根据其形态学特征及16S rRNA基因序列分析,鉴定该厌氧菌株为阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae).同时,研究了该菌株在厌氧静置条件下对酸性大红3R的最适脱色条件.结果表明,菌株脱色的最佳营养源为酵母粉,最适宜脱色条件为酵母粉浓度1％、pH =6.5、温度35 ℃、盐度小于4％,在此条件下,对浓度为100 mg·L-1酸性大红3R溶液厌氧静置培养72 h,脱色率达到98％以上.菌株耐盐性良好,在6％ ～8％的盐度下具有较好的脱色效果.分光光谱表明,菌株脱色机制主要为生物降解脱色.毒性试验表明,脱色后的酸性大红3R毒性明显降低.     

醌基修饰PVA海绵的制备、表征及加速偶氮染料生物脱色研究

非水溶性氧化还原介体催化强化污染物降解是目前环境领域研究的热点,通过合成实验开发出醌基功能基团接枝聚乙烯醇海绵(PVA)载体,从而制备出含有醌基的高分子介体材料,并进行偶氮染料生物降解研究.醌基修饰PVA海绵中醌基含量是0.08 mmol·g-1,其中最佳胺化时间为6 h,最佳胺化温度是30℃,最佳接醌时间是2 h,最佳接醌温度为40℃.通过元素分析与扫描电镜表明醌基基团已经成功固定到PVA表面.合成的以PVA为载体的醌基高分子介体材料对偶氮染料进行生物降解,实验表明醌基修饰PVA具有高效的催化活性和良好的催化稳定性.多次循环使用后仍能保持较高的生物脱色催化性能,使得其在水污染处理方面具有良好的实际应用前景.     

蒽醌修饰石墨毡阴极催化活性研究

采用浸渍法制备蒽醌修饰石墨毡催化阴极,通过SEM、XRD等表征手段分析其微观形态,并通过电化学降解酸性红B与石墨毡阴极进行蒽醌催化活性的研究。结果表明:石墨毡和蒽醌石墨毡均具有较好的空间和表面结构,蒽醌修饰石墨毡上存在较均匀的蒽醌晶体;蒽醌物质的存在可提高酸性红B的电化学降解效率;当以Ti/RuO_2-IrO_2为阳极,电流密度为86 m A/cm2、Na_2SO_4浓度为0.02mol/L、极板间距为1 cm、初始pH为5.0,电解30 min,蒽醌修饰石墨毡为阴极时酸性红B的去除率达97%,比相同条件下以石墨毡为阴极时酸性红B的去除率高出约10%;同时,蒽醌修饰石墨毡为阴极时,电化学降解酸性红B的降解动力学近似符合一级动力学。     

活性炭负载TiO_2电催化氧化处理酸性红B的研究

采用溶胶凝胶法制备颗粒活性炭负载二氧化钛(TiO_2/GAC)的催化粒子电极用于染料废水中酸性红B的降解去除。XRD图谱表明负载的TiO_2是锐钛矿相和金红石相的混合晶型,FESEM-EDS显示GAC表面Ti元素的质量百分比约为14.4%,N_2吸附脱附结果显示TiO_2/GAC的比表面积是708.5 m~2/g,孔容是0.395 4 cm~3/g,与GAC一样,是以微孔结构为主。在电流为0.6 A、电解质Na_2SO_4浓度为0.03 mol/L、水力停留时间为20 min条件下,TiO_2/GAC粒子电极对COD和TOC的去除率分别达到68.60%和45.12%相比GAC分别提高了35%和30%。紫外可见吸收光谱和分子荧光吸收光谱显示,电流的增加有利于酸性红B的降解,降解中间产物主要以类富里酸类物质为主酸性红B的降解会导致具荧光吸收性类富里酸物质浓度增加。     

染料废水电催化氧化及降解动力学研究

以新型钛基二氧化铅电极为阳极、石墨为阴极、活性炭-纳米二氧化钛为催化粒子电极降解染料模拟废水酸性红B溶液,考察了槽电压、pH值、催化剂量等对处理效果的影响。实验结果表明:纳米二氧化钛催化剂的催化效果显著,该反应器能够有效的降解酸性红B,降解机制主要是电致H2O2、.OH对有机物的氧化、降解。同时用一级反应拟合了酸性红B溶液COD去除反应,由实验数据确定了反应动力学方程。     

醌介导染料脱色菌株的分离鉴定及特性

实验分离获得1株能够利用醌化合物使磺酸化偶氮染料脱色的菌株JL,通过形态特征、16S rDNA与16S-23S区间序列分析表明,该菌株为蜡状芽孢杆菌(命名为Bacillus cereus JL).菌株JL使酸性大红3R脱色的最佳条件为葡萄糖浓度1g/L, pH值为5~7,温度30℃,接种量0.25g/L.蒽醌-2-磺酸(AQS)、蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)和2-羟基-1,4-萘醌(Lawsone)均能显著提高酸性大红3R的脱色速率,其中AQS的促进作用最为明显.研究发现, 0.1mmol/L AQS能够使菌株JL对2.0mmol/L酸性大红3R保持较高的脱色速率,而且能使多种偶氮染料脱色,表现出较好的底物广谱性.利用高效液相色谱-质谱鉴定了AQS介导的酸性大红3R脱色产物,表明酸性大红3R的偶氮键发生断裂, AQS在这一过程中仅起到电子传递的作用.     

低强度超声对醌介导偶氮染料脱色的影响

厌氧条件下,微生物的代谢速率很缓慢。而低强度超声辐照则可以有效促进微生物的活性,进而增强生化反应速率。基于此,文章采用低强度超声预处理耐盐醌还原菌群,研究在富盐环境下其对醌介导偶氮染料的厌氧生物脱色速率的影响。研究结果表明,低强度超声(辐射频率40 kHz)处理耐盐醌还原菌群的最佳条件为超声强度0.15 W/cm2,超声时间3 min。在50 g/L NaCl存在条件下,处理后的耐盐醌还原菌群能够使蒽醌-2-磺酸钠、蒽醌-2,6-二磺酸钠、2-羟基-1,4-萘醌和2-甲基-1,4-萘醌介导的偶氮染料酸性大红3R脱色速率分别提高8.8%,23.0%,4.2%及20.4%。通过透射电镜分析推测,低强度超声可能是通过增大生物细胞壁的比表面积来提高其传质能力,从而提高醌介导的偶氮染料脱色速率。     

高频超声降解偶氮染料活性红MX-5B废水的研究

采用高频超声降解偶氮染料活性红MX-5B模拟废水,考察了溶液初始pH值、超声参数、曝气、Fe2+浓度以及多频效应对活性红MX-5B超声降解过程的影响,并初步探讨了活性红MX-5B的超声降解规律.结果表明,酸性条件下,高频超声能有效降解MX-5B,当pH=3.5,f=418.3kHz,P=69W时,反应180 min后,MX-5B模拟废水脱色完全.微量Fe2+与超声空化产生的H2 O2形成类Fenton体系,可强化MX-5B的脱色反应.曝气有利于MX-5B脱色,但影响不大.多频超声对MX-5B的脱色效果优于单频超声处理效果.超声降解MX-5B以自由基氧化机制为主,并遵循表观一级反应动力学.染料分子中的NN形成的共轭发色体系已完全破坏,芳香结构也大部分遭到了羟基自由基的破坏.     

高盐条件下染料酸性橙7的生物降解特性

对偶氮染料废水厌氧-好氧生物处理中的高盐度抑制生物活性和芳香胺自氧化问题,通过多种强化策略,考察了NaCl为100g/L时酸性橙7(AO7)的生物降解特性.结果表明,加入葡萄糖(0.5g/L)、蛋白胨(1g/L)和酵母粉(0.5g/L)有利于高盐条件下AO7的生物降解.进水中加入酸性红B对AO7的脱色有加速作用.耐盐污泥中加入蒽醌形成的蒽醌-污泥自固定化体系可以促进AO7脱色,当蒽醌浓度为100mg/L时,AO7最大脱色率约为92%.以活性炭毡作为生物载体,厌氧和好氧体系均可实现稳定运行,且体系污泥沉降性良好,脱色速率达26.67mg/(L×h),且可有效抑制脱色中间产物1-氨基-2-萘酚的好氧自氧化,使COD去除率始终保持在90%以上.     

中高温条件下活性红KE-3B厌氧脱色特性和机理初探

以活性红KE-3B为例,考察了中高温条件下盐度、VFAs(挥发性脂肪酸)、污泥的吸附等对其厌氧脱色的影响,从产气量和生物气组分来探讨活性红KE-3B厌氧脱色的形式和程度,并对活性红KE-3B的厌氧脱色机理作初步探讨.结果显示,高温更有利于活性红KE-3B的脱色,脱色率可以达到98%以上,维持高脱色率的最高盐度为600mmol·L-1,并且在脱色过程中,没有发现活性红KE-3B被矿化,其主要脱色形式为初级降解.