甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO₂还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L^-1·d^-1,8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S rRNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L^-1·d^-1,系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae (15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。     

低渗透油藏内源微生物激活剂及激活产物研究

以大庆朝阳沟低渗透油田88-122井为研究对象,通过高通量测序技术对其内源微生物群落及地层水离子组成进行了分析;以菌体浓度和表面张力为考核指标,获得了内源微生物激活剂配方;并分析了油藏内源微生物激活后的产物成分及群落变化。结果表明,低渗透内源微生物激活剂配方为:糖蜜6.0 g·L~(-1)、NaNO_3 9.0 g·L~(-1)、(NH_4)_2HPO_4 1.67 g·L~(-1)、FeSO_4·7H_2O 0.02 g·L~(-1)、MgSO_4 0.1 g·L~(-1)、MnSO_4·H_2O 0.000 5 g·L~(-1),培养时间为4 d,激活后菌体浓度达到1.2×10~9 CFU·mL~(-1),表面张力可降至45.75 mN·m~(-1);激活后内源微生物所产生物气主要为CO_2和H_2,为产甲烷菌提供了充足的底物;挥发性脂肪酸以乙酸含量最高,达1 078.38 mg·L~(-1)。该激活剂不但能激活地层水中的采油功能菌群,而且最大限度地降低了表面张力,同时,抑制了有害菌群的生长,具有提高原油采收率的潜力。     

流场对MEC生物阴极CO2还原性能与产物的影响

针对微生物电解池 （microbial electrolysis cell,MEC）CO₂还原过程阴极CO₂还原速率低的问题,本文通过改变阴极室的流场环境,探究流场对生物阴极启动、运行、产物及功能微生物的影响,阐明MEC生物阴极CO₂还原性能、产物转化、微生物群落对流场的响应关系。结果表明,流场不仅增强了生物阴极还原CO₂能力（电子消耗量提高了10%,其中CO₂产乙酸途径消耗电子量提高了30%）,还使生物阴极的CO₂还原途径由启动阶段的CO₂还原产甲烷转变为运行阶段产乙酸。高通量分析表明,流场改变了生物阴极和阴极液的微生物群落结构,使阴极生物膜的嗜氢型产甲烷菌（Methanobacterium）向嗜乙酸型产甲烷菌（Methanosaeta）主导的群落演变。产乙酸菌群落（Petrimonas、Candidatus_Caldatribacterium）丰度较对照组提高了3.8%,在CO₂产乙酸过程中起到重要作用。本研究可为MEC还原CO₂产乙酸的定向调控研究提供理论和技术支撑。     

2-氯-5-三氯甲基吡啶电化学氢化脱氯合成2-氯-5-甲基吡啶

2-氯-5-三氯甲基吡啶(TCMP)选择性氢化脱氯制备2-氯-5-氯甲基吡啶(CCMP)或2-氯-5-甲基吡啶(CMP)在农药"吡虫啉"合成中具有重要应用价值。首先在弱酸性的甲醇/乙酸/水混合溶剂中研究了TCMP电化学脱氯合成CCMP或CMP的可行性;其次,研究了阴极材料和电解液组成对TCMP选择性脱氯反应的影响;最后,采用膜厚度极距的板框式电解槽分别研究了阴、阳极支持电解质对电解槽压和电流密度与底物浓度对脱氯反应效率的影响。实验结果表明,在弱酸性的甲醇/乙酸/水混合溶剂中,TCMP能在银网阴极上高选择性的氢化脱氯成CMP;CMP收率从高到低的阴极依次为:银铜锌铅钛石墨镍。阴阳极支持电解质从四丁基高氯酸铵分别换成乙酸锂和硫酸,电解槽压大幅度下降。降低电流密度和提高底物浓度有利于TCMP电化学氢化脱氯效率。在优化条件下(阴极液:含10%乙酸+5%水+0.2 mol·L~(-1)乙酸锂的甲醇溶液;阴极:银网;电流密度:333 A·m~(-2);温度:30℃),0.2 mol·L~(-1) TCMP能高效地转化为CMP(收率:91%),电流效率可达54%,电解槽压大约为3.0 V。     

Ni-PVDF中空纤维膜阴极促进微生物电合成产甲烷

微生物电解池可以利用含产甲烷菌的生物阴极还原CO₂产甲烷。通过化学镀镍法制备导电的镍基聚偏氟乙烯(Ni-PVDF)中空纤维膜,将Ni-PVDF中空纤维膜组装为膜组件电极,充当微生物电合成系统阴极。阴极镍层催化的析氢反应产生的H₂与CO₂被氢营养型产甲烷菌利用,并通过间接电子传递生产甲烷。结果表明,系统运行稳定之后,Ni-PVDF中空纤维膜组件阴极的CO₂直接传输系统的累积甲烷产量(2 176.24 mmol/(L·m²))远大于该膜组件仅作为阴极的CO₂间接传输系统的累积甲烷产量(613.94 mmol/(L·m²))。膜组件阴极的高比表面积以及膜组件阴极直接CO₂传输降低了气液传质阻力,确保了直接CO₂传输系统的高甲烷产量。     

升流式微氧生物膜反应器处理高氨氮低C/N比养猪废水的效能

针对高氨氮低C/N比干清粪养猪废水处理面临的脱氮问题,制作并运行了一种升流式微氧生物膜反应器(UMBR),考察了废水水质和由出水回流比调控的溶解氧(DO)对系统处理效能的影响。结果表明,将系统内DO控制在0.23~0.70 mg·L~(-1)范围,不会对UMBR的COD去除率造成不良影响,而且能够保证NH~+_4-N的氧化效能。但DO为0.70 mg·L~(-1)的微氧环境,会抑制厌氧氨氧化作用,降低系统的TN去除效能。在HRT 8 h、27℃和DO 0.40 mg·L~(-1)的条件下,UMBR对NH~+_4-N和TN的去除负荷平均可达0.94和0.91 kg·m~(-3)·d~(-1),COD去除负荷也能达到0.60 kg·m~(-3)·d~(-1)左右。分析认为,填料的布设及生物膜的着生,不仅保证了UMBR的微生物持有量,而且可为化能自养菌群、氨氮氧化菌群、自养反硝化菌群和异养反硝化菌群等微生物类群创造各自适宜的微环境,是系统保持污染物高效去除的生物学基础。     

有机胺对螺旋藻生长及固碳效果的影响

采用微藻培养来降低空气中二氧化碳含量是当前研究的热点。然而,以气态CO_2为碳源的微藻培养过程中,普遍存在传质和固碳速率较低等问题。研究发现有机胺类物质如MEA(乙醇胺)、DEA(二乙醇胺)、MDEA(N-甲基-二乙醇胺)、TEA(三乙醇胺)等能够显著提高CO_2的气液传质速率。而针对有机胺类物质影响微藻培养及固碳效率的公开报道却并不多。研究以钝顶螺旋藻(FACHB-901)利用低含量CO_2气体为碳源的培养过程为对象,系统研究了有机胺类物质的种类(MDEA、MEA、DEA、TEA)及其添加策略对螺旋藻生物量和固碳速率的影响关系。研究结果表明,在改良的Zarrouk培养基中添加了1 mmol·L~(-1) MDEA可以使培养基中溶解性无机碳(DIC)含量达到297.4 mg·L~(-1)。而添加1mmol·L~(-1) TEA可以得到最佳的螺旋藻生物量(0.894 g·L~(-1))和固碳速率(139.3 mg·(L·d)~(-1))。同时,研究获得螺旋藻培养过程中TEA的最优添加策略为:延滞期添加5 mmol·L~(-1)、对数前期补加1 mmol·L~(-1)、对数后期补加2 mmol·L~(-1)。最终,通过TEA优化的添加策略获得了螺旋藻的生物量(1.248 g·L~(-1))和固碳速率(191.4 mg·(L·d)~(-1),比对照组分别提高了25.6%和41.2%。     

微生物电化学系统还原CO_2合成甲酸和乙酸

从活性污泥中筛选出具有电化学活性的微生物,与电化学系统结合还原CO_2合成甲酸和乙酸。通过扫描电镜(SEM)、PCR和16S r DNA检测菌种,并命名为Clostridium. sp. S。循环伏安扫描(CV)测试菌种具有电化学活性,在-500 m V出现CO_2还原峰。设定阴极电势-900 m V,反应对微生物代谢产生的氢气利用率达到81. 8%,甲酸最大累积浓度为4. 8 mmol/L,乙酸最大累积浓度为7. 76 mmol/L,总库伦效率最大为95. 41%。表明在微生物电化学系统中,生物阴极可以将CO_2还原为多种有机物,确定菌种通过电极直接传递和氢气传递两种方式获得电子,为进一步研究微生物电合成技术提供参考。     

微生物电化学系统还原CO_2合成甲酸和乙酸

从活性污泥中筛选出具有电化学活性的微生物,与电化学系统结合还原CO_2合成甲酸和乙酸。通过扫描电镜(SEM)、PCR和16S r DNA检测菌种,并命名为Clostridium. sp. S。循环伏安扫描(CV)测试菌种具有电化学活性,在-500 m V出现CO_2还原峰。设定阴极电势-900 m V,反应对微生物代谢产生的氢气利用率达到81. 8%,甲酸最大累积浓度为4. 8 mmol/L,乙酸最大累积浓度为7. 76 mmol/L,总库伦效率最大为95. 41%。表明在微生物电化学系统中,生物阴极可以将CO_2还原为多种有机物,确定菌种通过电极直接传递和氢气传递两种方式获得电子,为进一步研究微生物电合成技术提供参考。     

利用微生物燃料电池同步降解沼液和三苯基氯化锡

微生物燃料电池(MFC)作为一种同步产电和除污的新型电化学装置,为有效处理难降解有机污染物提供了一种途径。基于阴极Fenton反应,提出了一种耦合典型双室MFC中阳极沼液产电及阴极降解有机锡的新方法。结果表明,阳极产电生物膜经驯化后MFC的最高电压提高了50.32%,而且电压稳定时间延长了1倍。MFC运行结束后,阳极沼液COD、总氮、总磷的去除率分别为85.35%±1.53%、59.20%±5.24%、44.98%±3.57%。阴极三苯基氯化锡(TPTC)的降解率随其初始浓度增加而降低。在添加100μmol·L~(-1) TPTC时,MFC的最高输出电压为280.2m V,最大功率密度为145.62 m W·m-2。TPTC在14 d后完全降解,降解效率为91.88%,降解速率约为0.273μmol·L~(-1)·h~(-1)。研究结果可为利用MFC同步处理阳极有机废水和阴极有机污染物的实际应用提供基础支持。     

活性污泥的连续流发酵产氢实验研究

采用好氧活性污泥为种泥,以连续流搅拌槽式反应器(CSTR)作为发酵生物制氢反应装置,对发酵法生物制氢系统的启动和运行进行了实验研究。反应器有效容积为10L,接种污泥取自哈尔滨啤酒厂有机废水好氧生物处理系统的二沉池。反应器在污泥接种量为6.09 g·L~(-1),进水有机物浓度2000 mg COD·L~(-1),pH 5～7,HRT 8 h和(35±1)℃的条件下启动,运行27 d后达到稳定的乙醇型发酵状态,最高产气速率和产氢速率分别达到10.1 L·d~(-1)和5.8 L·d~(-1)。在进水有机物浓度提高到4000 mg COD·L~(-1),其他控制条件不变的情况下,系统可在3 d内重新达到新的平衡,最高产气速率和产氢速率分别达到20.7 L·d~(-1)和10.8 L·d~(-1),而氢气含量和发酵类型未发生改变。     

3种有机酸对镉污染黄壤上龙葵生长及镉吸收的影响

采用盆栽试验方法,探讨添加3种有机酸(草酸、柠檬酸和氨三乙酸)在两个用量梯度下(2.5 mmol·kg~(-1)和5 mmol·kg~(-1))对镉污染黄壤上龙葵生长及Cd吸收的影响。结果表明:与对照(不添加有机酸)相比,施用用量为2.5mmol·kg~(-1)氨三乙酸和草酸时对龙葵的生长具有明显的促进效果。3种有机酸的添加并未对黄壤的pH值产生明显影响,但草酸、柠檬酸和氨三乙酸处理组土壤的有效态镉质量分数较对照分别增加了33.32%～44.34%、35.77%～38.22%和39.85%～44.14%。同时,3种有机酸的添加均提高了龙葵地上部Cd质量分数,其中5 mmol·kg~(-1)柠檬酸的加入使龙葵地上部分Cd质量分数达最大值843.54 mg·kg~(-1),比对照增加了30.50%。此外,当施用2.5 mmol·kg~(-1)的氨三乙酸时,龙葵地上部镉提取量达最大,是对照的4.06倍。综上,添加有机酸能促进龙葵生长对Cd的吸收,以氨三乙酸施用量为2.5 mmol·kg~(-1)时对龙葵修复Cd污染黄壤的强化效果最优。     

连续微氧导入沼气发酵过程H2S原位脱除研究

建立微氧连续通入沼气厌氧发酵中试装置,实现H_2S原位脱除的目的。以水稻秸秆为原料进行高温(55℃)发酵,探究沼气微氧发酵过程中通氧量对H_2S原位脱除及微生物群落特征的影响。结果表明,微量O_2的通入使得发酵平稳期沼气产气量、甲烷产量及甲烷体积分数明显增加,但与O_2通入量不成正比;通氧量以150 mL·L~(-1)·d~(-1)为宜,此时沼气产气量高出对照组约23%,甲烷产量也最大,并高出对照组约27%。H_2S的去除率随通氧量的增加而提高,通氧量为150 mL·L~(-1)·d~(-1)时,H_2S脱除效率达98.0%,且沼气中残留的O_2体积分数可控制在0.5%以下;微量O_2的通入可明显促进挥发性脂肪酸的降解,pH可维持在7.0～8.5,有效提高了沼液中化学需氧量及总固体的降解率。微氧条件下发酵液中微生物多样性仅有轻微变化,古菌和细菌的群落结构也未受明显影响。     

氢化物发生-原子荧光法测定食品容器等样品中锑含量

本文研究了用氢化物发生-原子荧光法测定食品容器等样品中的锑含量,样品用4%乙酸提取,采用原子荧光光度计进行测定。本文实验利用添加法测定回收率,其平均回收率为97.73%-102. 11%,本方法RSD小于2.0%,最低检出限0.001mg·L~(-1)。     

钙离子和蓝光对深绿木霉Tr775在液体发酵过程中分生孢子产量的影响

在深绿木霉(Trichoderma atroviride)Tr775液体发酵过程中添加钙离子(Ca~(2+))和蓝光(400~480 nm),考察Ca~(2+)添加量、Ca~(2+)添加时间、蓝光添加时间对其分生孢子产量的影响,并在10 L发酵罐中进行Ca~(2+)和蓝光的组合添加实验,考察Ca~(2+)和蓝光对分生孢子产量是否可产生协同效应。结果表明,当Ca~(2+)添加量从54.6 mmol·L~(-1)增加至127.4mmol·L~(-1)时,Tr775的产孢量显著(P≤0.05)高于Ca~(2+)添加量为0.0 mmol·L~(-1)和18.2 mmol·L~(-1)的处理;但当Ca~(2+)添加量达到163.8 mmol·L~(-1)时,Tr775产孢量出现显著(P≤0.05)下降。在发酵过程的不同时段分别添加Ca~(2+)(91.0mmol·L~(-1))或蓝光,Tr775产孢量随着发酵时间的延长而降低,在第72 h时添加Ca~(2+)或蓝光,Tr775产孢量与未添加Ca~(2+)或蓝光处理之间无显著性差异。与单独添加Ca~(2+)或蓝光相比较,在液体发酵的第0 h时同时添加Ca~(2+)和蓝光,对Tr775产孢量的增加无显著性影响。     

羧酸改性HKUST-1提高甲烷吸附容量

为提高吸附材料对甲烷的吸附容量,采用溶剂热法合成了金属有机骨架材料HKUST-1,并进行了改性研究。HKUST-1的优化合成工艺条件为:原料摩尔比n(Cu(NO_3)_2·3H_2O):n(H_3BTC):n(DMF):n(C_2H_5OH):n(H_2O)=1.7:1:46:60:100,晶化温度为80℃,晶化时间24 h。合成HKUST-1在25℃、3.5 MPa下的甲烷吸附容量为11.9mmol/g。乙酸改性HKUST-1可以提高甲烷吸附容量,当反应母液中V_(HAc)/V_(solvent)=5.8%时,合成HAc-HK-1(5.8%)的甲烷吸附容量达到12.6 mmol/g。分子模拟结果表明,加入乙酸可以调控HKUST-1晶体孔道结构,增大比表面积和孔容,提高甲烷吸附容量。     

Tween 80强化-活化过硫酸钠氧化修复多环芳烃污染土壤

考察了在典型非离子表面活性剂Tween 80辅助增溶作用下,活化过硫酸钠(SPS)对多环芳烃(PAHs)污染土壤的氧化修复性能。研究结果表明,室温下10%(20 g·L~(-1))的Tween 80对PAHs的平均洗脱效率达到37.8%,连续淋洗样品4次,PAHs平均解吸率可达89.5%以上。当使用柠檬酸(CA)络合硫酸亚铁为活化剂时,在84mmol·L~(-1) SPS浓度条件下,将反应Fe(Ⅱ)浓度由0.84 mmol·L~(-1)增加至4.2 mmol·L~(-1),PAHs的平均去除率可从64.3%提高至73.5%。但当Fe(Ⅱ)浓度继续增大时,PAHs的去除率反而降低。固定SPS与Fe(Ⅱ)摩尔比为20:1,当SPS浓度持续增加至168 mmol·L~(-1)时,总PAHs的平均去除率可提高到86.1%,之后SPS浓度对PAHs的去除率无显著影响。在活化SPS体系中添加0.25%的Tween 80后,与不加Tween 80的反应系统相比,PAHs平均去除率提高约14%。最终优化结果显示,在0.25%Tween80,42 mmol·L~(-1) SPS,2.1 mmol·L~(-1) Fe(Ⅱ)浓度条件下,受污染土壤中PAHs平均去除率可达到90.0%。因此,Tween 80强化过硫酸钠可作为PAHs污染场地氧化修复的有效手段。     

高效液相色谱法检测中成药中非法添加的布洛芬

建立了高效液相色谱法快速检测中成药中非法添加的布洛芬的方法。以乙醇为萃取溶剂,采用超声溶剂萃取法进行前处理,配合高效液相色谱法,C18色谱柱,流动相:乙腈-0.02mol·L~(-1)乙酸铵溶液(0.1%乙酸,60/40,V/V),用冰醋酸调节pH=6,在检测波长263nm、流速0.5mL·min~(-1)条件下进行检测。此方法下,含有布洛芬的样品制剂在10 min内快速出峰,且不同浓度的标准品中,布洛芬在1～200μg·L~(-1)范围内具有良好的线性关系,相关系数R~2≥0.9988,最低检出限为2.9μg·L~(-1),最低定量限为4.1μg·L~(-1)。不同浓度水平的布洛芬,平均回收率为84.8%～92.4%,变异系数≤13.6%。检测了网购的3种中成药,检出了2批非法添加的阳性样品。本方法可简便地对中成药中的布洛芬进行有效提取并快速分离,可作为中成药中违禁添加布洛芬的有效检测方法。     

PET微塑料对污泥和厨余垃圾共消化的影响

探索了中温条件下不同粒径聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料（30 μm和250 μm）在0、0.45、1.44、2.88 mg/g总固体（TS）的添加量下,对剩余污泥和厨余垃圾厌氧共消化过程中每日甲烷产量、累计甲烷产量、溶解性化学需氧量、氨氮、挥发性脂肪酸以及微生物群落结构的影响。结果表明,PET微塑料会抑制甲烷产量、增加氨抑制、酸抑制风险。在微塑料投加量为2.88 mg/g TS时,累计甲烷产量分别下降了54.49 %（30 μm） 和 49.58 %（250 μm）。微生物结果表明：添加微塑料后细菌的多样性增加,古菌的多样性降低。在共消化过程,微塑料抑制了产酸菌Prevotella、 Proteiniphilum的丰度,同时也抑制了产甲烷菌Methanosaeta的丰度,减弱乙酸产甲烷的途径。相关性分析表明,微塑料的粒径与Euryarchaetota呈显著正相关（r=0.945、p<0.01）。微塑料粒径越小,对产甲烷菌丰度抑制越明显,与其他细菌相比,产甲烷菌对微塑料更为敏感。     

ORP调控对马克斯克鲁维酵母发酵纤维素水解液的影响

采用通气的方式进行氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)调控,研究在添加抑制物条件下Kluyveromyces marxianus 1727-5利用葡萄糖、木糖以及两者混合体系的发酵性能,在此基础上考察了ORP调控策略对玉米秸秆水解液发酵的影响。研究结果表明:在调控ORP策略下,多种混合抑制物对酵母生长代谢造成的损害得以有效改善,细胞活性高,木糖、葡萄糖代谢速率加快。葡萄糖与木糖共发酵时,ORP调控至-150 mV时,葡萄糖发酵时间缩短近30%,木糖醇浓度由3 g·L~(-1)增加到10 g·L~(-1)。ORP调控策略也同样能有效缓解玉米秸秆水解液中较高浓度的多种抑制物对酵母细胞的胁迫,ORP为-100 mV时,相比于对照组,在保持终点乙醇不变的情况下,葡萄糖的发酵时间缩短了22%;木糖消耗由4.88 g·L~(-1)增至10.27 g·L~(-1),木糖醇得率也由0.20 g·g~(-1)提高至0.48 g·g~(-1)。