链锚-超分子介体制备、拟均相催化多氯联苯生物净化机理和调控策略研究

批准号:
51708389
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
逯彩彩
依托单位:
学科分类:
E1002.城市污水处理与资源化
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
郭建博、韩立、杨丹、谢珍、陶华强
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中文摘要
基于多氯联苯厌氧代谢速率慢、非水溶性介体非均相催化效率低以及介体不能有效回收的问题,项目提出一种链锚-超分子介体生物催化剂的构建策略。拟①通过环糊精包结介体,制备环糊精介体包合物,构筑非水溶性介体的拟均相生物催化剂,提高非水溶性介体的催化效能;通过磁性Fe3O4纳米粒子固定环糊精介体包合物,制备链锚-超分子介体生物催化剂,实现介体的有效分离与回收;②链锚-超分子介体用于催化加速PCBs的厌氧脱氯过程,验证其催化效能,解析生物催化机理,完善胞外介体呼吸电子传递链体系,构建介体调控电子传递构-效模型;③研发与链锚-超分子介体生物催化剂相适配的生物反应器系统,实现介体的高效催化和有效回收;同时考察相关参数对多氯联苯生物转化效率及中间产物生成的影响,建立介体催化-生物降解高效协同调控策略,形成新的厌氧生物强化技术系统,并拓展其在处理实际废水中的应用。
英文摘要
The project carries out to overcome the drawbacks of slow anaerobic biotransformation rate of polychlorinated biphenyls (PCBs), heterogeneous catalysis of redox mediator (RM) and loss of RM as water flow. Chain anchor supramolecular mediator (CA-SM) biological catalysts with a high catalytic efficiency and easy recovery is to be prepared. Firstly, cyclodextrin (CD) clathrates RM molecules to obtain the CD-RM inclusions. Then, CD-RM inclusions are immobilized to magnetic nanoparticles, producing CA-SM biological catalysts. Due to the separation of magnetic nanoparticles in the external magnetic field, the CA-SM biological catalysts can easily separete and reuse. The CA-SM biological catalysts employ for catalyzing anaerobic dechloridation of PCBs. Catalytic mechanism is analysised and the extracellular mediators of the respiratory electron transport chain system constructed. Last but not the least, bioreactor system matching with CA-SM biological catalysts will develop to achieve RM’s effective recovery and biotransformation of PCBs. At the same time, the influence of the relevant parameters and the intermediate product during PCBs biological conversion are studied. The strategy of efficient biodegradatation for PCBs and new technology is to be established to strengthen anaerobic system, which will provide reference for the evolvement and promoting further utilizations in practical wastewater treatment process.
微生物修复具有价格低廉,环境负面影响小等优势,但是厌氧代谢速率缓慢成为污染物完全生物降解的限速步骤。氧化还原介体作为电子穿梭体可加速电子转移反应的电子传递速率,催化强化难降解污染物的生物转化,为此本项目做了三方面的工作:.1. 本项目探讨了卟啉和金属卟啉类介体强化反硝化生物转化的机理和性能研究。血红素、叶绿素、卟啉对于反硝化均具有优良的催化性能,它们可以使反应活化能降低,并使得EPS中蛋白和腐殖酸类有利于电子传递物质增加,多糖等不利于电子传递物质减少,使EPS电子传递能力增强。这些卟啉化合物可参与反硝化的电子传递链,进而加速电子传递。叶绿素对硝酸盐和亚硝酸盐的生物还原都展现出良好催化效果,有望应用于富氮水体富营养化的控制。.2. 超分子介体的制备及其强化污染物生物转化的性能研究。首先,研究了超分子强化微生物活性及其污染物生物转化的机理研究。环糊精可强化反硝化过程并对微生物的生物特性产生影响。环糊精可改变细胞膜通透性、微生物的生物量、体系的电子传递活性、胞外聚合物和酶活性等多方面。环糊精通过强化微生物的生物特性和电子传递特性提高了反硝化性能,扩宽了环糊精在环境治理中的应用。其次,采用共沉淀法制备超分子介体包合物,相对于蒽醌介体,超分子介体可以使蒽醌在水体系中的表观溶解度增大10倍以上,构筑了拟均相催化反应体系,进而实现了更高的催化性能。.3. 磁性纳米粒子固定化的介体的制备及其相适配反应器的构建。水溶性的介体在使用过程中的随水流失,造成了成本增加和二次污染,本项目将蒽醌介体修饰在磁性纳米粒子的表面,制备了醌介体磁性纳米材料,其对偶氮染料生物脱色效能具有良好的催化效能。并为醌介体磁性纳米材料的回收和重复利用设计了生物反应器,为介体的工业化应用提供技术支持。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
A quasi-homogeneous catalysis and electron transfer chain for biodecolorization of azo dye by immobilized phenazine redox mediator
固定化吩嗪氧化还原介体用于偶氮染料生物脱色的准均相催化和电子转移链
DOI:10.1016/j.ibiod.2017.09.018
发表时间:2018
期刊:International Biodeterioration & Biodegradation
影响因子:4.8
作者:Yang Dan;Guo Jianbo;Lu Caicai;Song Yuanyuan;Li Haiyan;Chen Zhi;Xie Zhen
通讯作者:Xie Zhen
Rapid of cultivation dissimilatory perchlorate reducing granular sludge and characterization of the granulation process
异化高氯酸盐颗粒污泥的快速培养及造粒过程表征
DOI:10.1016/j.biortech.2018.12.070
发表时间:2019
期刊:Bioresource Technology
影响因子:11.4
作者:Yin Pengna;Guo Jianbo;Xiao Shumin;Chen Zhi;Song Yuanyuan;Ren Xiaoning
通讯作者:Ren Xiaoning
DOI:10.19674/j.cnki.issn1000-6923.2018.0461
发表时间:2018
期刊:中国环境科学
影响因子:--
作者:李昆;李海波;李瑶峰;林心仪;李宝鑫;宋圆圆;郭建博
通讯作者:郭建博
Chlorophyll as natural redox mediators for the denitrification process
叶绿素作为反硝化过程的天然氧化还原介质
DOI:10.1016/j.ibiod.2020.104895
发表时间:2020-03
期刊:International Biodeterioration & Biodegradation
影响因子:4.8
作者:Lu Caicai;Xie Zhen;Guo Jianbo;Song Yuanyuan;Xing Yajuan;Han Yi;Li Haibo;Hou Yanan
通讯作者:Hou Yanan
Effect and ameliorative mechanisms of polyoxometalates on the denitrification under sulfonamide antibiotics stress
多金属氧酸盐对磺胺类抗生素胁迫下反硝化作用的影响及改善机制
DOI:10.1016/j.biortech.2020.123073
发表时间:2020-06-01
期刊:BIORESOURCE TECHNOLOGY
影响因子:11.4
作者:Guo, Haixiao;Chen, Zhi;Hou, Yanan
通讯作者:Hou, Yanan
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