化学生物学专业开题报告

时间：2022-11-19 00:17:00 开题报告我要投稿

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化学生物学专业开题报告范例

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化学生物学专业开题报告范例

　　毕业论文(设计)题目：粗毛栓菌菌丝球对直接染料、阳离子染料的吸附研究

　　1、立题依据

　　随着纺织工业的迅速发展，染料的品种和数量日益增加，其生产废水已成为水环境的重点污染源之一。据统计，在染料生产过程中，每生产1吨染料，要随废水损失2%的产品。而在印染过程中损失量更大，为所用染料的10%左右[1]。根据美国C.I(Color Index)，目前的染料已有数万种之多，它们不但具有特定的颜色，而且结构复杂，以高分子络合物为多，结构很难被打破，生物降解性较低，大多都具有潜在毒性，在环境中的归趋依赖于很多未知因子。加之染料生产具有品种多、批量少、更新快的特点，致使染料废水难找到行之有效的处理方法[2]，是当前国内外水污染控制领域急需解决的一大难题。另据报道，染料废水中含有的苯环基、偶氮基等基团的染料使人易患膀胱癌[3]，所以即使染料废水中残存染料组分的浓度很低，排入水体后也会造成水体的色度明显增加，对水体生态系统造成严重的危害，而最终将导致水体生态系统的破坏。

　　目前，世界染料年产量约为80万吨～90万吨，并以0.5%的速度增长。我国染料的工业产量已达90万吨/年，占世界染料总产量的25%，成为世界上最大的染料生产国，已成为名副其实的染料生产与使用大国[4]。同时，染料生产的品种也向多样化方向发展，从1856年至今，染料品种已高达上万种，各国经常生产使用的约2000种[5]。按其化学结构，染料可分为：偶氮染料、蒽醌染料、靛旋染料、硫化染料、菁染料、三芳基甲烷染料和杂环染料[6]。染料属于高度稳定的有机物，具有耐光、耐热、抗物理(如水洗)与化学(如洗涤品)处理、抵御生物降解等特性。染料在生产的过程中，大约会有10%～15%的染料随废水排出。染料生产废水具有“三高一低”(COD高、色度高、盐度高和BOD/COD比值低)的特点，属于难生化降解的有机工业废水[7]。目前，国内外常用的处理方法可分为两大类：物理化学法和生物法。物理化学法主要包括：吸附法(如活性炭吸附)、絮凝沉降法、膜过滤法、化学氧化法(如Fenton氧化法、氧化法)、辐照法、离子交换法、电解法等。一般来讲物理化学法能够获得较高的处理效率，但是存在的主要问题是处理量较小、处理费用较高，投加的化学药品还会引起二次污染，因而寻求一种高效、价廉的处理方法，成为各国研究学者关注目标。生物吸附剂能吸附多种污染物，是一种具有潜力的污染物处理方法，物理化学法相比生物吸附法以其无二次污染、可再回收利用重金属、染料以及生物吸附剂、节能、高效等优点受到广大学者的亲睐，已经成为处理持久性有机污染物研究的热点和重点。

　　生物吸附法最早由Ruchhoft提出，以活性污泥为吸附剂去除废水中的(Pu)。此后，国内外研究者围绕生物吸附剂进行了广泛而深入的研究。早期的生物吸附剂主要指微生物，如原核微生物中的细菌、放线菌，真核微生物中的酵母菌、霉菌等，以及藻类，但目前生物吸附剂的研究范围已不仅限于微生物，例如吸附剂可以是动植物碎片等无生命的生物物质，也可以是活的植物系统。近年来对微生物吸附染料的研究多是利用粉末状菌体或固定化细胞，存在固液分离难或工艺复杂，处理成本高等问题，利用微生物液态发酵产生的菌丝球进行吸附处理，可以克服上述问题。

　　20世纪80年代《Science》首次报道了白腐真菌中的黄孢原毛平革菌(Phaner- ochaete chrysosporium)能向胞外分泌降解木质素的酶，使降解木质素研究取得了重大进展[8]。1983年，Glenn和Gold[9]首次证明了黄孢原毛平革菌对一些聚合染料的脱色降解作用，他们以Poly B-411、Poly R-481和Poly Y-606 三种染料为处理对象，指出这些聚合染料可以在木质素过氧化物酶的催化下降解。1988年，Bumpus和Brock研究发现，黄孢原毛平草菌对碱性紫5BN这种三苯甲烷染料具有脱色降解效果。其降解过程中存在着去甲基化作用。1990年，Cripps等[10]又报道了黄孢原毛平革菌能够降解偶氮染料和杂环染料。从此，开始了利用白腐真菌对染料工业废水进行脱色降解处理的规律化研究。

　　近年来，对于染料污水的处理研究大多集中于真菌体对染料的生物降解研究，尤其是以黄孢原毛平革菌为多，而对降解作用的前序阶段——吸附作用往往关注不多。而与生物降解相比，降解过程中往往生成有毒性的中问产物(如苯胺)，影响染料的后续生化降解，而生物吸附法可循环多次使用生物吸附具有脱色速度快，同时对染料具吸附广谱性，不会产生有毒的代谢产物，而且还有可能为含染料废水的大规模处理和回收提供一条经济可行的途径等优点。因此近几年，国外许多研究者正尝试微生物生物吸附剂的开发研究，所用的微生物有细菌、酵母菌、真菌、藻类和活性污泥等，目前研究较多的重金属生物吸附剂有酿酒酵母、黑曲霉、根霉、小球藻等[11]，如1999年，李清彪等[12]通过控制黄孢展齿革菌菌丝球的培养条件吸附水溶液中的铅离子，吸附率达95%，而研究染料生物吸附剂的文献很少。

　　由于真菌对染料吸附具有较高的广谱性，吸附染料后的菌丝球在停止搅拌后迅速沉入水底而极易固液分离，废水中染料可以被快速去除而排放或进入后续处理，使真菌吸附剂用于大水量含染料废水处理成为可能。目前国内外对霉菌吸附染料的研究较多，我国在青霉菌吸附染料的特性方面进行了较多的研究，2007年，倪建国、李蒙英等[12]人对绿曲霉进行了吸附脱色研究发现，在16℃～36℃下，绿曲霉对活性黄M-3RE的去除率在95.1%～97.9%之间，但其是在无菌条件下进行的脱色，因而极大的限制了其在实际生产中的推广。

　　对于白腐真菌处理染料废水的研究，自从1980年，Eaton D.报道了白腐真菌Phanerochaete chrososporium和Tinctopotia sp. 对含木质素的纸浆和造纸废水的生物脱色[14]，便开始了白腐真菌处理染料废水的研究，但后续研究大多是集中在对染料降解脱色上，而于染料吸附脱色的研究较少，在我国更是很少且大多是在无菌条件下进行的。同时目前，由于直接染料和阳离子染料与其他染料相比，具有相对分子质量大、结构复杂、水溶性较差的特点，因此其染色废水的脱色就变得更加困难，对这方面的研究很少[15]。

　　染料大部分为人工合成的芳香烃化合物，种类繁多、结构复杂，且具有色度高、难生物降解、毒性大等特点，是危害环境极大的一类工业废水[16]。

　　近年来，染料废水的处理有大量物理化学的方法，处理后的废水基本上都能达标排放，但仍含有大量有毒有害物质不能为环境所分解。传统的生物法虽可以解决部分上述问题且运行费用低、处理量较大，但可生化性差，不能被生物完全降解，生成的中间产物结构复杂、具有毒性或致癌性，从而使其处理染料废水效果不佳。

　　目前关于处理染料的研究大部分都趋向于利用活菌的吸附来处理染料，并且一般只能在灭菌条件下进行，因而极大地限制了这些方法的实际应用。而白腐真菌的菌丝球则能在开放体系对染料进行吸附，且采用此类菌体的菌丝球不会出现白腐真菌降解染料的过程中产生较多死亡白腐真菌菌体的情况[17]，同时由于白腐真菌还能降解木质纤维素，并且可产生非专一性的酶系，对许多难降解的有机化合物也有一定作用，可用于处理造纸污水、重金属废水等，具有诱人的应用前景，因而对其的研究目前仍主要集中于生物降解脱色，而对生物吸附脱色却报道的很少。

　　2、研究的主要内容

　　本实验首次提出并设计出了利用粗毛栓菌的菌丝球来吸附直接染料和阳离子染料的方法：在灭菌条件下，利用菌丝球来吸附处理直接染料和阳离子染料。从而达到治理染料污水的目的，并更加接近于自然状态下的情况，从而为它的实际应用奠定一定的基础;同时，粗毛栓菌(T. gallica)是近年来发现的一种新的、高产漆酶的白腐真，在本实验中吸附染料后的其菌丝球还能经解析后还能多次利用，具有重要的实际意义和利用价值。

　　3、预期研究结果

　　3.1 确定粗毛栓菌菌丝球对染料吸附的最佳条件

　　通过研究找出粗毛栓菌菌丝球对染料吸附的最佳条件的最佳pH、温度、染料浓度以及吸附时间。

　　3.2 初步探索出粗毛栓菌菌丝球对染料吸附的机制

　　4、论文进度安排

　　第一阶段：2009.4-2009.5，粗毛栓菌的活化及扩大培养;

　　第二阶段：2009.5-2009.6，制备粗毛栓菌菌丝球;撰写开题报告并准备开题报告答辩。第三阶段：2009.6-2009.7，粗毛栓菌菌丝球对直接染料和阳离子的染料吸附机制研究; 第四阶段：2009.7-2009.8，在不同pH、温度、染料浓度等条件下粗毛栓菌菌丝球对染料的吸附研究;

　　第五阶段：2009.8-2009.9，对本项研究进行讨论、分析、评估、整理、撰写论文。

　　参考文献

　　[1] 胥维昌, 染料行业废水处理现状和展望[J]. 染料工业, 2002, 39(6): 35-39.

　　[2] 樊毓新, 周增炎. 染料废水的处理方法现状与发展前景[J]. 环境保护, 2002, 30(9): 22-23, 26

　　[3] 石油化学工业部化工设计院. 污染环境的工业有害物[M]. 北京: 石油化学工业出版社. 1976, 247-253

　　[4] 化工百科全书编辑部. 化工百科全书(13) [V]. 北京: 化学工业出版社, 1997

　　[5] 李慧蓉. 白腐菌对染料的脱色降解及应用前景[J]. 染料工业, chemo- heterotrophic bacteriaassociated with the in-situ bioremediation of a waste-oil contaminated site [J]. Microbial Ecology, 1993, 26(2): 161-188

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