化學生物學專業開題報告范例參考

　　畢業論文(設計)題目：粗毛栓菌菌絲球對直接染料、陽離子染料的吸附研究

　　1、立題依據

　　隨著紡織工業的迅速發展，染料的品種和數量日益增加，其生產廢水已成為水環境的重點污染源之一。據統計，在染料生產過程中，每生產1噸染料，要隨廢水損失2%的產品。而在印染過程中損失量更大，為所用染料的10%左右[1]。根據美國c.i(color index)，目前的染料已有數萬種之多，它們不但具有特定的顏色，而且結構復雜，以高分子絡合物為多，結構很難被打破，生物降解性較低，大多都具有潛在毒性，在環境中的歸趨依賴于很多未知因子。加之染料生產具有品種多、批量少、更新快的特點，致使染料廢水難找到行之有效的處理方法[2]，是當前國內外水污染控制領域急需解決的一大難題。另據報道，染料廢水中含有的苯環基、偶氮基等基團的染料使人易患膀胱癌[3]，所以即使染料廢水中殘存染料組分的濃度很低，排入水體后也會造成水體的色度明顯增加，對水體生態系統造成嚴重的危害，而最終將導致水體生態系統的破壞。

　　目前，世界染料年產量約為80萬噸～90萬噸，并以0.5%的速度增長。我國染料的工業產量已達90萬噸/年，占世界染料總產量的25%，成為世界上最大的染料生產國，已成為名副其實的染料生產與使用大國[4]。同時，染料生產的品種也向多樣化方向發展，從1856年至今，染料品種已高達上萬種，各國經常生產使用的約2017種[5]。按其化學結構，染料可分為：偶氮染料、蒽醌染料、靛旋染料、硫化染料、菁染料、三芳基甲烷染料和雜環染料[6]。染料屬于高度穩定的有機物，具有耐光、耐熱、抗物理(如水洗)與化學(如洗滌品)處理、抵御生物降解等特性。染料在生產的過程中，大約會有10%～15%的染料隨廢水排出。染料生產廢水具有“三高一低”(cod高、色度高、鹽度高和bod/cod比值低)的特點，屬于難生化降解的有機工業廢水[7]。目前，國內外常用的處理方法可分為兩大類：物理化學法和生物法。物理化學法主要包括：吸附法(如活性炭吸附)、絮凝沉降法、膜過濾法、化學氧化法(如fenton氧化法、氧化法)、輻照法、離子交換法、電解法等。一般來講物理化學法能夠獲得較高的處理效率，但是存在的主要問題是處理量較小、處理費用較高，投加的化學藥品還會引起二次污染，因而尋求一種高效、價廉的處理方法，成為各國研究學者關注目標。生物吸附劑能吸附多種污染物，是一種具有潛力的污染物處理方法，物理化學法相比生物吸附法以其無二次污染、可再回收利用重金屬、染料以及生物吸附劑、節能、高效等優點受到廣大學者的親睞，已經成為處理持久性有機污染物研究的熱點和重點。

　　生物吸附法最早由ruchhoft提出，以活性污泥為吸附劑去除廢水中的(pu)。此后，國內外研究者圍繞生物吸附劑進行了廣泛而深入的研究。早期的生物吸附劑主要指微生物，如原核微生物中的細菌、放線菌，真核微生物中的酵母菌、霉菌等，以及藻類，但目前生物吸附劑的研究范圍已不僅限于微生物，例如吸附劑可以是動植物碎片等無生命的生物物質，也可以是活的植物系統。近年來對微生物吸附染料的研究多是利用粉末狀菌體或固定化細胞，存在固液分離難或工藝復雜，處理成本高等問題，利用微生物液態發酵產生的菌絲球進行吸附處理，可以克服上述問題。

　　20世紀80年代《science》首次報道了白腐真菌中的黃孢原毛平革菌(phaner- ochaete chrysosporium)能向胞外分泌降解木質素的酶，使降解木質素研究取得了重大進展[8]。1983年，glenn和gold[9]首次證明了黃孢原毛平革菌對一些聚合染料的脫色降解作用，他們以poly b-411、poly r-481和poly y-606 三種染料為處理對象，指出這些聚合染料可以在木質素過氧化物酶的催化下降解。1988年，bumpus和brock研究發現，黃孢原毛平草菌對堿性紫5bn這種三苯甲烷染料具有脫色降解效果。其降解過程中存在著去甲基化作用。1990年，cripps等[10]又報道了黃孢原毛平革菌能夠降解偶氮染料和雜環染料。從此，開始了利用白腐真菌對染料工業廢水進行脫色降解處理的規律化研究。

　　近年來，對于染料污水的處理研究大多集中于真菌體對染料的生物降解研究，尤其是以黃孢原毛平革菌為多，而對降解作用的前序階段——吸附作用往往關注不多。而與生物降解相比，降解過程中往往生成有毒性的中問產物(如苯胺)，影響染料的后續生化降解，而生物吸附法可循環多次使用生物吸附具有脫色速度快，同時對染料具吸附廣譜性，不會產生有毒的代謝產物，而且還有可能為含染料廢水的大規模處理和回收提供一條經濟可行的途徑等優點。因此近幾年，國外許多研究者正嘗試微生物生物吸附劑的開發研究，所用的微生物有細菌、酵母菌、真菌、藻類和活性污泥等，目前研究較多的重金屬生物吸附劑有釀酒酵母、黑曲霉、根霉、小球藻等[11]，如1999年，李清彪等[12]通過控制黃孢展齒革菌菌絲球的培養條件吸附水溶液中的鉛離子，吸附率達95%，而研究染料生物吸附劑的文獻很少。

　　由于真菌對染料吸附具有較高的廣譜性，吸附染料后的菌絲球在停止攪拌后迅速沉入水底而極易固液分離，廢水中染料可以被快速去除而排放或進入后續處理，使真菌吸附劑用于大水量含染料廢水處理成為可能。目前國內外對霉菌吸附染料的研究較多，我國在青霉菌吸附染料的特性方面進行了較多的研究，2017年，倪建國、李蒙英等[12]人對綠曲霉進行了吸附脫色研究發現，在16℃～36℃下，綠曲霉對活性黃m-3re的去除率在95.1%～97.9%之間，但其是在無菌條件下進行的脫色，因而極大的限制了其在實際生產中的推廣。

　　對于白腐真菌處理染料廢水的研究，自從1980年，eaton d.報道了白腐真菌phanerochaete chrososporium和tinctopotia sp. 對含木質素的紙漿和造紙廢水的生物脫色[14]，便開始了白腐真菌處理染料廢水的研究，但后續研究大多是集中在對染料降解脫色上，而于染料吸附脫色的研究較少，在我國更是很少且大多是在無菌條件下進行的。同時目前，由于直接染料和陽離子染料與其他染料相比，具有相對分子質量大、結構復雜、水溶性較差的特點，因此其染色廢水的脫色就變得更加困難，對這方面的研究很少[15]。

　　染料大部分為人工合成的芳香烴化合物，種類繁多、結構復雜，且具有色度高、難生物降解、毒性大等特點，是危害環境極大的一類工業廢水[16]。

　　近年來，染料廢水的處理有大量物理化學的方法，處理后的廢水基本上都能達標排放，但仍含有大量有毒有害物質不能為環境所分解。傳統的生物法雖可以解決部分上述問題且運行費用低、處理量較大，但可生化性差，不能被生物完全降解，生成的中間產物結構復雜、具有毒性或致癌性，從而使其處理染料廢水效果不佳。

　　目前關于處理染料的研究大部分都趨向于利用活菌的吸附來處理染料，并且一般只能在滅菌條件下進行，因而極大地限制了這些方法的實際應用。而白腐真菌的菌絲球則能在開放體系對染料進行吸附，且采用此類菌體的菌絲球不會出現白腐真菌降解染料的過程中產生較多死亡白腐真菌菌體的情況[17]，同時由于白腐真菌還能降解木質纖維素，并且可產生非專一性的酶系，對許多難降解的有機化合物也有一定作用，可用于處理造紙污水、重金屬廢水等，具有誘人的應用前景，因而對其的研究目前仍主要集中于生物降解脫色，而對生物吸附脫色卻報道的很少。

　　2、研究的主要內容

　　本實驗首次提出并設計出了利用粗毛栓菌的菌絲球來吸附直接染料和陽離子染料的方法：在滅菌條件下，利用菌絲球來吸附處理直接染料和陽離子染料。從而達到治理染料污水的目的，并更加接近于自然狀態下的情況，從而為它的實際應用奠定一定的基礎;同時，粗毛栓菌(t. gallica)是近年來發現的一種新的、高產漆酶的白腐真，在本實驗中吸附染料后的其菌絲球還能經解析后還能多次利用，具有重要的實際意義和利用價值。

　　3、預期研究結果

　　3.1 確定粗毛栓菌菌絲球對染料吸附的最佳條件

　　通過研究找出粗毛栓菌菌絲球對染料吸附的最佳條件的最佳ph、溫度、染料濃度以及吸附時間。

　　3.2 初步探索出粗毛栓菌菌絲球對染料吸附的機制

　　根據不同條件下粗毛栓菌菌絲球對染料的吸附結果，推測其吸附機制。

　　4、論文進度安排

　　第一階段：2017.4-2017.5，粗毛栓菌的活化及擴大培養;

　　第二階段：2017.5-2017.6，制備粗毛栓菌菌絲球;撰寫開題報告并準備開題報告答辯。 第三階段：2017.6-2017.7，粗毛栓菌菌絲球對直接染料和陽離子的染料吸附機制研究; 第四階段：2017.7-2017.8，在不同ph、溫度、染料濃度等條件下粗毛栓菌菌絲球對染料的吸附研究;

　　第五階段：2017.8-2017.9，對本項研究進行討論、分析、評估、整理、撰寫論文。

　　參考文獻

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