己内酰胺及尼龙6的生物降解探讨

摘要

尼龙6既是重要的纤维材料又是用途广泛的工程塑料，随着其用量日益增加，一方面大量的废弃尼龙6会形成白色垃圾，污染环境，另一方面其生产单体己内酰胺也是有毒化合物，可导致动物的基因突变。因而有必要采取措施，防止尼龙6及己内酰胺对环境的污染。 本研究选取四个菌种：ZY菌、黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium，P.ch)、F4菌和flower菌，采用生物方法对己内酰胺等废弃物进行处理，研究己内酰胺生物降解的动力学，探讨尼龙6膜及纤维生物降解的可行性。 通过测试420nm处的吸光度OD420研究ZY菌株的生长特性，研究结果表明ZY菌是好氧菌，以M1为基础培养基，培养基pH近中性，在30℃，140r/min条件下ZY菌生长状况良好，能够将初始浓度不高于5g/L的己内酰胺在72小时内完全降解，证实ZY菌是己内酰胺的高效降解菌株。 研究过程中对ZY菌株进行了粗酶液的提取，提取的胞内酶和胞外酶对己内酰胺都有较好的降解效果。对胞外酶降解己内酰胺动力学的研究得出ZY菌胞外酶液的Km值为6.25×10-3mol/L，Km值较小，说明ZY菌提取酶对己内酰胺的亲和力强。 课题对P.ch降解己内酰胺进行了初步研究，以M2为基础培养基，以磷酸盐作缓冲液，在中性或偏酸性环境中P.ch生长情况较好，P.ch也是好氧菌，对己内酰胺具有较好的降解效果。P.ch主要有两大酶系：木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶，其中对己内酰胺的生物降解起主要作用的是木质素过氧化物酶，而锰过氧化物酶表现出了抑制作用。此外，P.ch的菌球本身对己内酰胺的降解效果也很显著。经适当剂量的紫外辐射诱变后的P.ch对己内酰胺的降解效果得到提高。 用盐酸水解法制备了尼龙6的低聚物，此低聚物可以作为微生物唯一的碳源，但是需经过较长时间的适应过程。用相转化法制备了尼龙6膜，虽然尼龙6膜不能作为微生物唯一的碳源，但在己内酰胺存在的情况下，F4和P.ch可以吸附到尼龙6薄膜的表面并对尼龙6薄膜进行刻蚀，使尼龙6薄膜表面出现许多均匀的刻蚀斑痕或孔洞。P.ch对尼龙6纤维也有刻蚀作用。 己内酰胺及尼龙6的生物降解为尼龙6废弃物的处理及尼龙6纤维的生物改性奠定了基础。

目录

文摘

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学位论文的主要创新点

第一章前言

1.1尼龙及己内酰胺的发展现状

1.2己内酰胺等废弃物的处理方法

1.2.1己内酰胺废弃物的回收利用

1.2.2己内酰胺废弃物的化学萃取

1.2.3己内酰胺废弃物的生物降解

1.3己内酰胺及尼龙的生物降解

1.3.1己内酰胺等废弃物降解的国外研究概况

1.3.2己内酰胺等废弃物降解的国内研究概况

1.4本课题研究内容

第二章理论部分

2.1生物降解的巨大潜力

2.2生物降解和生物转化的特点

2.3微生物降解原理

2.4酶

2.4.1酶的广泛应用

2.4.2酶的提取

2.5微生物及酶降解有机物的动力学原理

2.5.1微生物降解有机物的动力学

2.5.2酶促反应动力学

2.6 P.ch菌降解有机污染物的机制

2.6.1降解活动的启动条件

2.6.2降解的主要酶系统

2.6.3过氧化物酶对有机物降解的特点

2.6.4P.ch降解有机物的原理

第三章实验部分

3.1实验仪器与设备

3.2实验材料与药品

3.3基础培养基

3.4菌源采集及污泥菌驯化方法

3.5摇瓶振荡培养

3.6 OD420测试方法

3.7己内酰胺残留浓度的测试方法

第四章高效液相色谱法测试己内酰胺条件探索

第五章ZY菌株对己内酰胺的降解及其动力学研究

5.1 ZY菌株的分离

5.2 ZY菌株的生长特性

5.2.1底物浓度对ZY菌株生长的影响

5.2.2温度对ZY菌株生长的影响

5.2.3溶解氧对ZY菌株生长的影响

5.2.4初始pH对ZY菌株生长的影响

5.2.5接种量对ZY菌株生长的影响

5.3 ZY菌株对己内酰胺的降解

5.3.1底物浓度对生物降解己内酰胺的影响

5.3.2温度对生物降解己内酰胺的影响

5.3.3溶解氧对生物降解己内酰胺的影响

5.3.4初始pH对生物降解己内酰胺的影响

5.3.5接种量对生物降解己内酰胺的影响

5.4 ZY菌株降解己内酰胺的动力学

5.5小结

第六章ZY菌株提取酶对己内酰胺的降解及其动力学研究

6.1 ZY菌株酶的提取

6.2 ZY菌株提取酶对己内酰胺的降解

6.3 ZY菌株提取酶降解己内酰胺的动力学

6.4小结

第七章P.ch对己内酰胺的生物降解

7.1P.ch的培养及孢子悬浮液的配制

7.2P.ch培养条件初探

7.3P.ch降解己内酰胺的影响因素分析

7.4不同产酶条件对P.ch降解己内酰胺的影响

7.5紫外线辐射对P.ch降解己内酰胺的影响

7.5.1紫外线对P.ch菌株的诱变

7.5.2诱变后的P.ch对己内酰胺的降解

7.6 小结

第八章尼龙6的生物降解

8.1尼龙6低聚物的生物降解

8.1.1尼龙6低聚物的制备方法

8.1.2尼龙6低聚物的生物降解

8.2尼龙6膜的生物降解

8.2.1尼龙6膜的制备方法

8.2.2尼龙6薄膜的生物降解

8.2.3尼龙6厚膜的生物降解

8.3尼龙6纤维的生物降解

8.4小结

第九章结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

附录一、己内酰胺标准曲线绘制方法

附录二、ZY菌对己内酰胺的降解动力学谱图

附录三、ZY菌提取酶对己内酰胺的降解动力学谱图

致谢