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非水溶介体催化强化偶氮染料降解机理及构效关系研究

作　者: 康丽
导　师: 郭建博
学　校: 河北科技大学
专　业: 环境工程
关键词: 氧化还原介体脱色构效关系循环伏安氧化还原电位
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

偶氮染料因其固有难生物降解性和传统的生物法处理效果差的特点.使其有效处理成为目前环境领域研究的热点和难点。氧化还原介体引入到偶氮染料废水厌氧生物处理过程中.可使偶氮染料生物还原速率提高一到几个数量级.间接促进染料的降解。其中水溶性氧化还原介体在实际应用中连续投加,成本大,且流失易造成二次污染。而对于非水溶性氧化还原介体的研究总体上仍处于起步阶段.缺少非水溶性介体完整系统催化机理和介体定性／定量构-效理论的指导,研究有待深入。故本课题开展非水溶性氧化还原介体催化强化偶氮染料脱色作用、机理和构效特性研究本课题筛选了葸醌、1.5-二氯葸醌、1.8-二氯葸醌和1.4.5.8-四氯葸醌4种结构相似的醌类化合物为氧化还原介体和以酸性红B为模型偶氮化合物,考察了非水溶氧化还原介体对偶氮染料脱色的催化强化作用,并对反应条件进行了优化。研究结果表明,这4种结构相似的醌介体皆可加速酸性红B脱色,在相同反应条件下加速顺序为1.5-二氯葸醌>1,8-二氯葸醌>蒽醌>1.4,5,8-四氯葸醌。1.5-二氯葸醌催化强化酸性红B脱色反应的最适温度为35℃,pH值为7.5；染料浓度在≤500mg·L-1范围内不会成为醌介体催化强化酸性红B脱色的限制性因素：1.5-二氯葸醌对8种偶氮染料生物脱色均具有较好的催化强化效果,表明其催化偶氮染料生物脱色具有一定的广谱性。同时通过生物化学(氧化还原电位、电子传递抑制剂)、电化学(循环伏安法)和结构化学(取代基定位效应、量子计算理论(密度泛函B3LYP法))三层次的分析探讨,推测了4种醌介体催化强化酸性红B脱色反应的机理：①在酸性红B脱色过程中投加介体和不投加介体过程氧化还原电位变化趋势相似,逐渐从高到低、从正向负变化,且投加介体体系比空白体系的ORP降低速率快,稳定电位略有降低。1,5-二氯葸醌、1.8-二氯蒽醌、葸醌和1,4,5.8-四氯葸醌稳定电位分别比空白低了40mV、40mV、30mV和20mV,降低的幅度和醌介体催化作用正相关;②分别加入4种典型的电子传递链抑制剂CuCl2、NaN3、双香豆素和鱼藤酮,发现醌介体的投加能抵消或减弱鱼藤酮的抑制作用,表明醌介体可能在电子传递链中替代NAD(P)H向偶氮还原酶传递电子。在无抑制剂体系,醌介体可能与NAD(P)H协同作用向偶氮还原酶传递电子；③4种醌介体循环伏安特性表明其电极过程皆为半可逆反应,醌介体氧化还原电位(E0)高低与催化作用有关,Eo′越高,加速效果越好,这4种醌的Eo′与脱色速率常数K的关系模型为：K=0.4285 E0′+124.46；且反映可逆性程度的阳极和阴极峰电流之比值与1的接近程度与醌介体加速酸性红B脱色能力正相关；④通过取代基定位效应和量子计算理论-密度泛函B3LYP法两方面定性分析醌介体化学结构上氯取代基效应和氧化还原活性的关系。氯取代基对蒽环具吸电子和共轭两种相对效应,其数量和位置的不同共同决定对葸环的主导效应,从而对醌介体的氧化还原活性产生影响：计算葸环上环靶点处电荷密度(ρ),发现ρ越大,浓集于O原子上的负电荷就越少.体系越不容易失去电子,体系还原活性也就越差。非水溶性氧化还原介体催化强化偶氮染料脱色作用、机理和构效特性研究结果.为偶氮染料生物厌氧降解-氧化还原介体技术的应用价值奠定了一定理论和技术基础。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 偶氮染料概念、废水特征及危居  11-12
    1.2.1 偶氮染料概念  11-12
    1.2.2 偶氮染料废水特点  12
  1.3 染料废水处理技术现状  12-15
    1.3.1 物理化学法  13
    1.3.2 卫化学法  13-14
    1.3.3 生物法  14-15
  1.4 偶氮染料生物还原研究进展  15-17
    1.4.1 细菌对偶氮染料好氧还原作用机制  15-16
    1.4.2 细菌厌氧还原作用机制  16-17
  1.5 偶氮染料生物厌氧降解一氧化还原介体技术研究进展  17-18
  1.6 课题内容及意义  18-19
第2章非水溶性醒介体催化强化酸性红 B脱色特性研究  19-36
  2.1 材料和仪器  19-22
    2.1.1 实验仪器及设备  19-20
    2.1.2 菌种来源  20
    2.1.3 实验用水  20
    2.1.4 实验主要研究对象  20-21
    2.1.5 所用试剂  21-22
  2.2 实验方法及内容  22-26
    2.2.1 菌体活化和培养方法  22
    2.2.2 菌体生长量测定  22
    2.2.3 染料脱色能力的测定  22-23
    2.2.4 醌介体的固定及电镜观察  23-25
    2.2.5 醌介体加速偶氮染料脱色实验  25-26
  2.3 结果与讨论  26-35
    2.3.1 醌介体固足化万法选择及电镜扫报  26-28
    2.3.2 醌介体催化强化酸性红 B脱色及相应动力学方程  28-35
  2.4 本章小绘  35-36
第3章非水溶性醒介体催化强化酸性红 B厌氧脱色条件优化  36-51
  3.1 材料与仪器  36-39
    3.1.1 实验仪器及设备  36
    3.1.2 菌种来源  36
    3.1.3 实验用水  36
    3.1.4 实验主要研究对象  36-37
    3.1.5 试验用其他染料  37-38
    3.1.6 所用试剂  38-39
  3.2 卫实验方法及内容  39-43
    3.2.1 菌体生长量测定  39
    3.2.2 卫染料脱色能力的测定  39-43
    3.2.3 醌介体的固定方法  43
    3.2.4 醌介体加速酸性红 B脱色实验  43
  3.3 结果与讨论  43-49
    3.3.1 pH值对1.5-二氯葱酮催化强化酸性红 B脱色过程影明  43-44
    3.3.2 温度对1.5-二氯葱醒催化强化酸性红 B脱色过程影明  44-45
    3.3.3 NaCl浓度对1，5-二氯葱酮催化强化酸性红 B脱色过程影响  45-46
    3.3.4 染料浓度对1，5-二氯葱醒催化强化酸性红 B脱色过程影响  46-47
    3.3.5 碳源对1，5-二氯葱酮催化强化酸性红 B脱色过程影明  47-48
    3.3.6 溶解氧对1，5-二氯葱醒催化强化酸性红 B脱色过程影响  48-49
    3.3.7 1，5-二氯葱酿催化强化偶氮染料脱色的广谱性  49
  3.4 本章小结  49-51
第4章酿介体对酸性红 B厌氧脱色的催化强化机理及构效关系研究  51-77
  4.1 实验材料  51-53
    4.1.1 实验仪器及设备  51-52
    4.1.2 菌种来源  52
    4.1.3 实验用水  52
    4.1.4 实验主要研究对象  52
    4.1.5 所用试剂  52-53
  4.2 实验方法及内容  53-60
    4.2.1 菌体生长量测足  53
    4.2.2 染料脱色能力的测定  53
    4.2.3 醌介体的固定方汪  53-54
    4.2.4 酉昆介体加速酸性红 B脱色及氧化还原电位的测定实验  54
    4.2.5 电子传递链  54-55
    4.2.6 电于传递抑制剂对酮类年体加速偶氮染料脱色的影明  55-56
    4.2.7 电化学检巡万法一循环伏歹法  56-59
    4.2.8 醌介体催化效果与其化学结构活性相关性分析  59-60
  4.3 结果与讨论  60-75
    4.3.1 醌介体催化强化酸性红 B脱色过程氧化还原电位变化  60-65
    4.3.2 电子传递抑制剂的选择及作用  65-66
    4.3.3 电子传递抑制剂对醒类介体加速偶氮染料脱色的影啊  66-70
    4.3.4 循环伏安图解析  70-73
    4.3.5 醌介体催化效果与其化学结构活性相关性分析  73-75
  4.4 本章小结  75-77
第5章结论与展望  77-79
  5.1 主要结论  77-78
  5.2 创新点  78
  5.3 展望  78-79
参考文献  79-85
攻读硕士期间取得成果  85-87
致谢  87

非水溶介体催化强化偶氮染料降解机理及构效关系研究

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