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深海适冷菌Pseudoalteromonas sp. SM9913胞外多糖的絮凝和吸附性能研究

作　者: 李伟伟
导　师: 高宝玉
学　校: 山东大学
专　业: 环境工程
关键词: 深海胞外多糖絮凝活性絮凝机理脱乙酰 Pb2+ Cu2+ 生物吸附
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

从深海沉积物中分离出来的深海适冷菌Pseudoalteromonas sp.SM9913能分泌大量具有较强絮凝能力的胞外多糖（EPS）。本论文对EPS SM9913的絮凝性能和吸附性能进行了系列研究。首先,采用烧杯试验研究了EPS SM9913对高岭土悬浊液的絮凝效果,考察了多糖投加量、水样pH、不同阳离子和阴离子、盐度和温度对EPS SM9913絮凝性能的影响,通过测定Zeta电位和絮凝过程中絮体粒度的变化,探讨了EPSSM9913的絮凝机理,并针对EPS SM9913高度乙酰化的结构特点,通过脱乙酰对比EPS SM9913脱乙酰前后的絮凝效果,考察了大量乙酰基团的存在对EPSSM9913絮凝效果的影响,此外本论文还考察了存储方式对EPS SM9913稳定性的影响。结果表明,在1g/L的高岭土悬浊液中,当EPS投加量达10mg/L时絮凝活性达到最大值49.3（4.55mM CaCl₂）。pH值在5～8范围内EPS SM9913絮凝效果较好。二价阳离子Ca²⁺和Fe²⁺的加入可明显提高EPS SM9913的絮凝活性,而相同浓度的一价和三价阳离子则降低EPS SM9913的絮凝活性。向溶液中加入不同阴离子的钠盐,在Na⁺浓度相同的条件下,在含有NO₃^-的溶液中,EPSSM9913的絮凝效果最好。在5～40℃范围内,EPS SM9913的絮凝活性随温度降低逐渐升高并在5～15℃时达到最高值。当溶液中的盐度为5～100‰时,EPSSM9913的絮凝活性高于Al₂（SO₄）₃的。此外,EPS SM9913还能够有效地絮凝其它分散体系。从P.sp.SM9913提取的胞外多糖和其他生物絮凝剂之间的比较表明,该EPS是一种相对高效的生物絮凝剂。Zeta电位和絮体粒径的测定、扫描电镜的观察显示,吸附架桥是EPS SM9913絮凝的主要机理。乙酰基含量的减少使得EPS SM9913的絮凝效果有了明显的下降,在含盐模拟水样及低温下都失去了以前的优势。可见,乙酰基的大量存在对EPS SM9913保持良好的絮凝性能有着重要的意义。多糖无须烘干或冻干,以湿糖形式在4℃下即可保存,在长达一年多的试验期间未观察到多糖絮凝效果的下降。采用EPS SM9913分别对Pb²⁺和Cu²⁺进行吸附试验,研究了胞外多糖用量、pH、吸附时间和共存离子对其吸附规律的影响及EPS SM9913对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附热力学。结果表明,EPS SM9913对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附量随多糖投加量的增加而减小。在pH分别为4.5～5.5和4.5～6时,EPS SM9913对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附效果较好。EPS SM9913对Cu²⁺的吸附平衡时间较短,90min后即可达到吸附平衡,而对Pb²⁺的吸附平衡时间则长达180min。共存离子Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺的加入降低了EPS SM9913对Pb²⁺的吸附量,Ca²⁺、Mg²⁺的加入也降低了EPSSM9913对Cu²⁺的吸附量,但低浓度的Na⁺和实验范围浓度的K⁺不仅没有降低反而增加了EPS SM9913对Cu²⁺的吸附量。Freundlich和Dubinin-Radushkevich方程均能较好地描述EPS SM9913吸附Pb²⁺和Cu²⁺的热力学过程,由Dubinin-Radushkevich方程得到EPS SM9913对Pb²⁺和Cu²⁺的最大吸附量分别为243.3 mg/g（10℃）和36.7 mg/g（40℃）。胞外多糖吸附金属离子前后的红外光谱分析表明,多聚糖中C—O—C、乙酰基和羟基是起主要吸附作用的官能团。

全文目录

摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
引言  14-16
第一章文献综述  16-25
  1.1 微生物胞外多糖概述  16-17
    1.1.1 微生物胞外多糖的定义及分类  16
    1.1.2 微生物胞外多糖的生理功能  16-17
  1.2 微生物胞外多糖的应用  17-18
  1.3 微生物絮凝剂的研究和应用  18-21
    1.3.1 微生物絮凝剂的定义  18
    1.3.2 微生物絮凝剂的种类和结构特征  18-19
    1.3.3 微生物絮凝剂的絮凝机理  19-21
  1.4 微生物吸附剂  21-22
    1.4.1 生物吸附剂和生物吸附  21
    1.4.2 生物吸附的原理  21-22
    1.4.3 多糖在生物吸附中的作用  22
  1.5 深海适冷菌Pseudoalteromonas sp.SM9913简介  22-23
  1.6 本文主要研究内容及创新之处  23-25
第二章材料和方法  25-29
  2.1 药剂和材料  25
    2.1.1 实验药剂  25
    2.1.2 仪器和设备  25
  2.2 实验方法  25-29
    2.2.1 P.sp.SM9913的培养和EPS的制备  25-26
    2.2.2 糖浓度的测定  26-27
    2.2.3 絮凝试验  27
    2.2.4 红外(IR)测定方法  27
    2.2.5 Zeta电位的测定  27-28
    2.2.6 絮凝过程中絮体粒度的在线监测  28
    2.2.7 扫描电镜试验  28
    2.2.8 吸附试验  28
    2.2.9 Pb~(2+)、Cu~(2+)的测定方法  28-29
第三章 EPS SM9913絮凝性能的研究  29-42
  3.1 絮凝影响因素的确定  29-36
    3.1.1 震荡时间的影响  29-30
    3.1.2 EPS浓度的影响  30-31
    3.1.3 pH的影响  31-32
    3.1.4 金属阳离子的影响  32-33
    3.1.5 阴离子的影响  33-34
    3.1.6 盐度的影响  34-35
    3.1.7 温度的影响  35-36
  3.2 EPS SM9913在低温含盐模拟水样中的絮凝活性  36-39
  3.3 EPS SM9913的热稳定性和EPS SM9913随时间的稳定性  39-40
  3.4 存储方式对EPS SM9913絮凝活性的影响  40
  3.5 EPS SM9913对不同分散体系的絮凝效果  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章 EPS SM9913的絮凝机理  42-49
  4.1 絮凝过程中Zeta电位的测定和絮体粒度的变化  42-43
  4.2 红外光谱扫描  43-44
  4.3 絮凝活性随CaCl_2投加量的变化  44-45
  4.4 乙酰基的特殊作用  45-47
  4.5 本章小结  47-49
第五章 EPS SM9913吸附性能及吸附机理研究  49-58
  5.1 吸附影响因素实验  49-53
    5.1.1 EPS投加量  49-50
    5.1.2 水体pH值  50-51
    5.1.3 吸附时间  51-52
    5.1.4 其它共存离子的影响  52-53
  5.2 热力学吸附特征  53-55
    5.2.1 Freundlich吸附等温式  54-55
    5.2.2 Langmuir吸附等温等式  55
    5.2.3 Dubinin-Radushkevich吸附等温式  55
  5.3 EPS的吸附机理  55-57
  5.4 本章小结  57-58
第六章结论和展望  58-60
参考文献  60-66
致谢  66-67
硕士期间发表的论文  67-68
学位论文评阅及答辩情况表  68

深海适冷菌Pseudoalteromonas sp. SM9913胞外多糖的絮凝和吸附性能研究

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