氧化還原介體厭氧催化酸性紅B 生物脫色研究

李芳陳一寧李盈周曉飛

（1北方工程設(shè)計(jì)研究有限公司 河北石家莊 050018 2石家莊市求實(shí)中學(xué) 河北石家莊 050018 3大金(中國(guó))投資有限公司 北京 100738 4河北省元氏縣環(huán)境保護(hù)局 河北石家莊 051130）

偶氮染料因具有色度高、成分復(fù)雜、可生化性差的特點(diǎn)，成為染料廢水處理研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1,2]。目前，偶氮染料廢水脫色的方法主要有活性碳吸附法、膜分離法、混凝法、Fenton試劑法、電化學(xué)法、生物法等，其中厭氧生物處理因具有脫色效果好、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛[3]。但厭氧階段反應(yīng)速度緩慢也成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵所在。近年來(lái)研究表明，通過(guò)投加氧化還原介體可使偶氮染料生物脫色反應(yīng)速率增加一至幾個(gè)數(shù)量級(jí)，間接提高染料廢水的脫色速率[4,5]。有關(guān)醌介體催化偶氮染料生物降解途徑的報(bào)道較少。因此，本研究考察了四種醌介體對(duì)酸性紅B生物脫色的催化效果，初步探討了醌介體催化酸性紅B生物脫色的機(jī)理，以期為實(shí)際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

1.1.1 LB培養(yǎng)基：酵母粉 5.0 g·L-1，胰蛋白胨 10.0 g·L-1，NaCl5.0 g·L-1。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)所用醌介體：蒽醌-1-磺酸鈉(α-AQS)、蒽醌-2-磺酸鈉 (AQS)、蒽醌-2,6-二磺酸鈉 (AQDS)和蒽醌-2,7-二磺酸鈉(2,7-AQDS)，均為分析純。

1.2 醌介體加速酸性紅B生物脫色實(shí)驗(yàn)

取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期條件下的實(shí)驗(yàn)菌，接種到LB培養(yǎng)基中進(jìn)行好氧培養(yǎng)，待菌群生長(zhǎng)至OD660nm值為0.25時(shí)，轉(zhuǎn)入密封血清瓶，加入酸性紅B，濃度為150mg/L，在培養(yǎng)箱進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，靜置無(wú)光照，定時(shí)取樣測(cè)定。

1.3 分析項(xiàng)目及方法

1.3.1 酸性紅B濃度的測(cè)定：采用分光光度法，其可見(jiàn)分光區(qū)特征吸收峰的波長(zhǎng)為514nm（上海光譜公司：722E可見(jiàn)分光光度計(jì)）。

1.3.2 酸性紅B生物降解過(guò)程UV掃描譜圖：設(shè)定波長(zhǎng)掃描范圍為200～600nm，掃描時(shí)間為反應(yīng)進(jìn)行0、2、4h。（上海天美科學(xué)儀器有限公司：UV2600紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)）

2 結(jié)果與討論

2.1 四種醌介體對(duì)酸性紅B生物脫色效率的影響

以實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件為基礎(chǔ)，進(jìn)行醌介體對(duì)酸性紅B生物脫色實(shí)驗(yàn)。脫色過(guò)程中定時(shí)取樣分析（1h），結(jié)果如圖1所示。

圖1 四種醌介體對(duì)酸性紅B的降解對(duì)比

由圖1可看出：①四種醌介體均對(duì)酸性紅B厭氧生物脫色具有加速作用，其加速可能的原因：實(shí)驗(yàn)菌株在降解酸性紅B的過(guò)程中，可進(jìn)行醌呼吸將電子傳遞鏈上的電子傳遞給醌介體并將其還原為氫醌，醌-氫醌間的氧化還原反應(yīng)是可逆的，氫醌又可被氧化成醌并將電子傳遞給電子受體（酸性紅B），醌介體在醌呼吸菌、電子受體（酸性紅B）間起到加速電子傳遞的作用，而這種醌-氫醌氧化還原體系在生理生化過(guò)程中具有重要意義。生物體的氧化還原作用是以脫氫氧化和加氫還原的方式進(jìn)行的，整個(gè)過(guò)程需在微生物體內(nèi)酶的參與下完成[6]。②四種醌介體加速效果不同，加速快慢順序?yàn)椋篈QS＞2,7-AQDS＞AQDS＞α-AQS，催化效果存在差異原因可能在于，一方面受到醌介體化學(xué)結(jié)構(gòu)活性的影響，另一方面，醌介體的投加可有效降低反應(yīng)體系的氧化還原電位和酸性紅B脫色所需活化能，從而達(dá)到催化酸性紅B生物降解的效果，但四種醌介體降低程度不同，導(dǎo)致催化效果的差異性[7]。

2.2 AQS對(duì)酸性紅B生物脫色過(guò)程譜圖變化影響

依據(jù)2.1中實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以催化效果最佳的AQS為醌介體模型化合物，采用紫外-可見(jiàn)(UV)光譜法對(duì)AQS催化酸性紅B的生物脫色過(guò)程展開進(jìn)一步研究，分別以0,2,4 h取樣掃描，結(jié)果如圖2所示。

圖2 AQS催化酸性紅B生物降解UV光譜圖

由圖2可看出，在0～4h過(guò)程中，514 nm處吸光度逐漸消失，即酸性紅B分子結(jié)構(gòu)中的共軛發(fā)色體系即偶氮鍵已逐漸被氧化破壞，近紫外的大部分吸收峰也呈明顯下降趨勢(shì)，同時(shí)在230 nm附近的峰值保持在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)，說(shuō)明以AQS為生物催化劑的苯環(huán)未被破壞，始終保持其結(jié)構(gòu)的完整性，而在220nm左右的苯環(huán)不飽和共軛體系在逐漸降低。這與相關(guān)文獻(xiàn)[8]報(bào)道的傳統(tǒng)酸性紅B厭氧生物脫色過(guò)程一致，表明AQS在催化酸性紅B電解脫色的同時(shí)，并未改變其脫色降解路徑。

3 結(jié)論

3.1 四種醌介體均對(duì)酸性紅B厭氧脫色有加速作用，但催化效果不同，加速快慢順序?yàn)?AQS＞2,7-AQDS＞AQDS＞α-AQS。

3.2 AQS在催化酸性紅B生物脫色的同時(shí)，并未改變其脫色降解路徑。

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