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利用甲醇废水制备细菌纤维素的研究

作　者: 夏露
导　师: 刘振鸿
学　校: 东华大学
专　业: 环境工程
关键词: 细菌纤维素木醋杆菌甲醇废水发酵
分类号: X783
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

细菌纤维素(bacterial cellulose,简称BC)是由微生物产生的一类超纯纤维素,与天然植物纤维相比,具有更加优越的独特性能,其应用范围涉及了食品、造纸、医学工程等多个领域,具有广阔的商业前景。但是与生产植物纤维素的现代化工业相比,细菌纤维素的生物研发工程进展滞后,存在产量低、成本昂贵的问题。本研究针对细菌纤维素生产成本高,特别是培养基碳源成本较高的问题,拟开发出低成本的培养基碳源。甲醇废水主要含有甲醇、水及少量其他有机物,主要存在于发酵、化工、农药、医药等行业的生产过程中。以木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus)为菌种,利用甲醇废水中有机物作为碳源,制备细菌纤维素,不仅有效地降低了原材料的生产成本,同时实现了废水的资源化。将木醋杆菌接入甲醇浓度逐渐升高的培养基中进行驯化,发现木醋杆菌在甲醇浓度≤4.5%(体积比)时可以存活,在甲醇浓度≤2.7%(体积比)时可以产细菌纤维素,确定木醋杆菌对甲醇具有高耐受性并产细菌纤维素。由此,在培养基中添加上述浓度的甲醇作为碳源,进行甲醇模拟废水培养基产细菌纤维素的可行性研究。随后采用实际甲醇废水配制的培养基,通过比较纤维素产量和甲醇去除率,确定甲醇废水培养基(酵母粉10.0g,碳酸钙20.0g,加入甲醇废水1000mL,pH调节至6.8),于30℃、180r·min-1动态发酵10d,纤维素产量达到最高为0.21 g·L-1，是葡萄糖培养基的70%；对比分析甲醇废水发酵前后水质；甲醇浓度降低了65%,出水COD, BOD5, TOC去除率达10%以上,优于其他发酵方式。该过程的发酵产物,通过红外光谱分析,发现都存在-OH,-CH2,-CH, C-O, C-C等细菌纤维素典型基团的吸收峰；通过透射电镜和扫描电镜观测、持水性分析、热失重分析,都表现出典型的纤维层状网络结构和良好的持水性；通过X射线衍射分析及核磁共振分析,纤维素特征峰与葡萄糖培养基相似，都含有细菌纤维素的主要晶型——纤维素Ⅰ型；但同时也含有大量的纤维素П型,从而导致结晶度低于葡萄糖培养基。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-24
  1.1 细菌纤维素概况  12-17
    1.1.1 细菌纤维素结构  12-13
    1.1.2 细菌纤维素特点  13-14
    1.1.3 细菌纤维素发酵生产  14-16
    1.1.4 环境工程中应用进展  16-17
  1.2 甲醇废水及处理技术现况  17-22
    1.2.1 甲醇废水来源  17
    1.2.2 甲醇废水水质特点  17-18
    1.2.3 甲醇危害  18
    1.2.4 甲醇废水处理技术现状  18-22
  1.3 研究目的和研究内容  22-24
    1.3.1 课题来源  22
    1.3.2 研究目的  22
    1.3.3 研究内容  22-24
2 材料与方法  24-33
  2.1 实验材料  24-26
    2.1.1 菌种及其来源  24
    2.1.2 培养基  24
    2.1.3 试剂与仪器  24-26
  2.2 研究方法  26-33
    2.2.1 微生物学实验  26-27
    2.2.2 生理生化实验  27-28
    2.2.3 仪器分析  28-33
3 甲醇模拟废水产细菌纤维素发酵过程研究  33-58
  3.1 发酵产细菌纤维素甲醇浓度影响研究  33-37
    3.1.1 木醋杆菌菌体形态特征和培养特征  33-36
    3.1.2 甲醇模拟废水培养基  36
    3.1.3 甲醇浓度影响研究  36-37
  3.2 甲醇模拟废水静态发酵过程分析  37-44
    3.2.1 pH及ORP值  37-38
    3.2.2 菌浓  38-41
    3.2.3 甲醇浓度  41-42
    3.2.4 残糖浓度  42-43
    3.2.5 细菌纤维素产量  43-44
  3.3 甲醇模拟废水动态发酵过程分析  44-47
    3.3.1 pH及ORP值  44
    3.3.2 菌浓  44-46
    3.3.3 甲醇浓度  46
    3.3.4 残糖浓度  46-47
    3.3.5 细菌纤维素产量  47
  3.4 甲醇模拟废水发酵动力学研究  47-56
    3.4.1 生长曲线与发酵过程分析  47-49
    3.4.2 菌体生长动力学模型  49-51
    3.4.3 产物合成动力学模型  51-53
    3.4.4 底物消耗动力学模型  53-56
  3.5 小结  56-58
4 甲醇废水产细菌纤维素发酵过程研究  58-69
  4.1 甲醇废水水质分析  58-59
  4.2 甲醇废水静态发酵过程分析  59-63
    4.2.1 pH及ORP值  59-60
    4.2.2 菌浓  60-61
    4.2.3 甲醇浓度  61-62
    4.2.4 残糖浓度  62
    4.2.5 细菌纤维素产量  62-63
  4.3 甲醇废水动态发酵过程分析  63-67
    4.3.1 pH及ORP值  63-64
    4.3.2 菌浓  64-65
    4.3.3 甲醇浓度  65
    4.3 4 残糖浓度  65-66
    4.3.5 细菌纤维素产量  66-67
  4.4 发酵后甲醇废水水质分析  67
  4.5 甲醇去除率及纤维素产量的比较  67-68
  4.6 小结  68-69
5 细菌纤维素结构分析和性能表征  69-88
  5.1 红外光谱分析  69-72
  5.2 透射电子显微镜分析  72-73
    5.2.1 滴样法  72
    5.2.2 切片法  72-73
  5.3 扫描电子显微镜分析  73-75
    5.3.1 纤维素未提纯观测  73-74
    5.3.2 纤维素提纯后观测  74-75
  5.4 持水性分析  75-76
  5.5 热失重分析  76-79
  5.6 X射线衍射分析  79-83
  5.7 交叉极化/魔角旋转固体核磁共振分析  83-86
  5.8 小结  86-88
6 结论  88-90
参考文献  90-96
发表论文情况  96-97
致谢  97

利用甲醇废水制备细菌纤维素的研究

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