木质素降解微生物的分离筛选(3)
时间:2017-05-26 11:23 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
木质素是由苯丙烷结构单元组成的高分子化合物，它是制浆造纸废水COD与色度形成的主要原因，因此也便成为使国家基础性与支柱性产业之一的制浆造纸工业成为污染大户的罪魁祸首，与废水中常见的其他成分如纤文素、半纤文素等降解物不同。木质素结构中含有各种生物学稳定的复杂键型，而含有不易水解且重复的单元，并且木质素对酶的水解作用成抗性，降解周期长，是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一。 传统的物理和化学方法由于存在能耗高、污染大等缺点，使得人们越来越热衷于木质素生物降解的研究。自然界中木腐微生物如真菌中的白腐菌、褐腐菌、软腐菌和细菌中的放线菌以及其他一些杆菌和梭菌等，可分泌胞外酶，在一些小分子物质的辅助下降解木质素，是自然界中降解木质素的重要环节。木腐微生物的存在，使人类通过廉价手段降解和利用木质纤文素成为可能，筛选培育高效降解木质纤文素的菌种和建立高效木质纤文素生物降解体系，可以促进人类通过廉价手段降解和利用木质纤文素物质，为今后实现其进入工业化生产奠定良好的基础[5]。 随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入，天然高分子所具有的可再生、可降解性等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用，是当代经济与社会发展的重大课题，也是对当代科学技术提出的新要求。在自然界中，木质素的储量仅次于纤文素，而且每年都以500 亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约 1.4亿吨纤文素，同时得到 5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95%的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用[6]。 化石能源的日益枯竭、木质素的丰富储量、木质素科学的飞速发展决定木质素的经济效益的可持续发展性。木质素成本较低，木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂，木质素对人类可持续发展最为重大贡献就在于提供稳定、持续的有机物质来源，其应用前景十分广阔。 研究木质素性能和结构的关系，利用木质素制造可降解、可再生的聚合物。木质素的物化性能和加工性能、工艺成为目前木质素研究的障碍。 Kim JW 等研究了煤与造纸黑液的共液化，他们认为木质素的热解形成苯氧自由基，以及其它反应性自由基在低温下对于煤基有很重要的热解作用。这些自由基是高效的活性中间体，能够使得煤中的亚甲基断裂从而促进煤的解聚[7]。 Akash BA 等研究了煤与木质素共液化动力学。采用伊利诺斯州烟煤与腐性的木质素混合物，反应在初始氢压 1.1 MPa、375°C、四氢萘作溶剂下完成的。煤和木质素混合物液化产品与单独用煤液化得到的产物相比，含较少苯不溶物。排阻色谱研究表明，煤和木质素混合物液化产品平均分子量比用单煤或单木质素液化得到的产品的分子量要低。试验数据表明，在加入木质素后煤的转化率提高了22%，通过研究分析得到了描述化学反应的数学模型。他们对液体产品循环的影响也进行了研究。初步试验表明，随着产品循环的增加，煤的总分解率是减小的[8]。 以上的研究表明，当煤与木质素共液化时，煤的液化温度可降低。而且不同研究者得到的实验结果都表明，与煤单独液化相比，煤与生物质共液化所得到的液化产品质量得到改善，液相产物中低分子量的戊烷可溶物有了增加。产生这些结果的原因可能是木质素的热解形成苯氧自由基，以及其它反应性自由基在低温下对于煤基有很重要的热解作用。当使用含有苯酚类基团的溶剂进行液化时，煤的转化率也有显著增加，虽然国内外对生物质与煤的共液化取得了一定的进展，但还有许多不够深入，以后应着力研究煤与木质素共液化工艺条件，改性生物质与煤液化试验研究、木质素与煤共液化动力学、木质素与煤催化剂的专用高效催化剂方面的研究[9]。 (责任编辑：qin) |