期刊名称:应用科学与研究学者杂志
文章类型:研究
收到的日期:2018年5月18日
接受日期:2018年6月01
发表日期:2018年6月14日,
引用:安德里·K,柳德米拉K(2018)破坏型的生物吸附剂基于生物炭木石油污染的消除。SCHĴ申请科学RES。卷:1,ISSU:3(56 - 59)。
版权:©2018 Andrii K等。这是一篇开放获取的文章,在知识共享署名许可协议的条款下发布,该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制,前提是注明原作者和来源。
摘要
创建破坏性类型的吸附剂的期间获得基于生物炭为油氧化性微生物的固定化的碳材料的可能性是成立的。获得从针叶木种生物炭具有用于在创建破坏性类型的油吸附剂的油氧化性微生物的固定化的疏水性表面的特殊性进行了研究。的对相对于油和微生物碳材料的吸附性能木材原料的热处理的不同条件的影响进行了研究。结果发现,这样的生物煤具有亲油表面和相对于油显著吸附性能。所述碳材料是生物相容的。
关键字
吸碳剂,亲油基质,木材热解,疏水性,油氧化微生物。
摘要
创建破坏性类型的吸附剂的期间获得基于生物炭为油氧化性微生物的固定化的碳材料的可能性是成立的。获得从针叶木种生物炭具有用于在创建破坏性类型的油吸附剂的油氧化性微生物的固定化的疏水性表面的特殊性进行了研究。的对相对于油和微生物碳材料的吸附性能木材原料的热处理的不同条件的影响进行了研究。结果发现,这样的生物煤具有亲油表面和相对于油显著吸附性能。所述碳材料是生物相容的。
关键字
吸碳剂,亲油基质,木材热解,疏水性,油氧化微生物。
介绍
现有使用各种天然和合成吸附材料消除石油污染影响的技术仅限于去除石油产品。传统的吸附剂在应用中存在很大的困难。收集石油和石油产品时使用的吸油剂是数公斤重的石油集团,很难从水或土壤表面收集。此外,吸附剂本身也会产生负面影响,因为吸附剂的基础有时会给环境带来额外的污染。
一个很有前途的方向是发展具有物理和化学吸附活性的生物活性吸附剂的技术,对石油和石油产品,以及通过生物降解降解石油产品的能力。生物活性吸附剂以吸附材料为基础,在其表面固定石油氧化微生物,能够对石油污染进行局部化并在局部化状态下进行中和。石油的破坏可以一直进行到最后阶段,那时只剩下生态惰性的石油分解产物。其余的生物吸附剂是起始物质基础。生物活性吸附剂的使用将迅速和有效地定位石油和石油产品的溢出,此外,确保后者的完全分解。
以天然来源的原料为基础,利用具有广谱作用的天然油氧化微生物复合物进行生物活性吸附材料的开发已成为现实。生物炭的孔隙空间是微生物的避难所。假设这是由于生物炭对微生物生物量生长的影响及其活性的增长[1-3]。破坏型生态安全材料将确保石油污染完全本地化,并在本地化状态下分解。摘要从天然原料中获得具有生物活性的环境友好型吸附剂,需要研究吸附、吸附基质与固定化微生物-油破坏者之间相互作用的物理化学模式。
材料和方法
材料:要获得油氧化性微生物的固定化吸附基质,使用基于的木材原料热分解物生物碳材料。使用以下物质作为研究对象:各类在某些热解制度获得木材的裂解产物;不同化学组成的原油;氧化,风化油泥的油;各类石油产品;oiloxidizing从油污染的物体分离和适于在很宽的温度范围内对多种类型的油和石油产品的微生物的培养物。
在实际使用中,有必要考虑到对吸油剂的要求,即吸油剂必须:疏水性,每单位质量吸油量大;吸附水量最小;具有较高的吸附能力和保持能力;是无毒的。
方法:采用x射线相分析和红外光谱对载体的物理化学性质和结构吸附性质进行了研究。采用氩气热脱附快速法研究了载体和生物吸附剂的比表面积。用快速吸附法测定了载体基质和生物吸附剂孔隙的吸附体积。统计交换容量-样品用氢氧化钠溶液处理。相对于油的吸附能力是根据饱和油和原始样品的重量差来确定的。生物吸附剂有效性的标准是通过从表面提取吸收的油的方法破坏后的吸附油和残留量来估计,然后是光比色法测量和计算吸收的总液、油和水[4,5]。用色谱法测定了破坏前后石油及石油产品的化学成分。微生物过程的发展,微生物数量的研究方法的极限稀释和测定的光密度的液体。
结果
碳吸附剂基于来自天然来源的粉末状吸附剂中cellulosecontaining植物原料(木材)热分解物已经为不同的内容的油和石油产品令人满意的吸收能力和是生物相容的。在严格的功能模式的含纤维素植物原料的热解允许获得生物煤与相对于油和石油产品的某些特性。
原料的热解完整的最终产物几乎是纯碳,含有钾,钠,镁钙和铁的氧化物的次要外加剂。热解是基于半纤维素,纤维素热破坏的自由基反应和木质素的温度范围内473.15-523.15,513.15-623.15和523.15-673.15K发生。热处理在低于523.15K的温度下不允许获得稳定的多孔结构。热处理在超过673.15引线的在总体积有所减少并且在孔和大孔的从总孔体积的比例的变化的温度。在含有纤维素的初始原料的热解过程的结构和化学转化确定所得到的碳质材料的性质。在无氧气氛中主材料的热氧化产生的无定形碳。如果热解时间不够,则有X射线两大加洛,是典型的,最大的纤维素。5,52和3,97 A0。
随着热解时间的延长,温度超过673、15K,导致无定形煤结构的破坏,灰分的形成,无机化合物(4,5 A0)的结晶,材料吸附性能的恶化。在此之前,煤中碳的无定形改性已被证实[6,7]。
在实验室中确定了原料热解的最佳条件。最佳热解温度为573.15-623.15 K,热解过程持续时间为25-30 min,可获得优质炭材料,用于吸油和固定化油氧化微生物。当针叶树种木材在功能模式下热氧化时,形成木材生物碳,碳骨架被树脂饱和。不饱和碳原子与树脂物质的分子结合。碳吸附剂的表面变得疏水,并表现出对油的吸附性能。吸附剂的吸附量对时间和热解温度的依赖性极大,达到> 8 g/g。
碳吸附剂的表面的性质会影响吸附性能与吸附材料的表面上的微生物油的析构函数的固定化的可能性,并且字符两者。反应性基团(-COOH,-NH2- , - N2热解过程中煤表面形成的+和- nco -)决定了生物分子在煤表面的保留能力。
对碳吸附剂生物活化前后的红外光谱研究表明,碳吸附剂的谱带强度(1200-1300 cm)有所下降-1),负责酚基的波动和具有羧基特征的波段(1700- 1750 cm-1)的强度。吸附基质与抑油生物配合物存在表面相互作用。这一事实证实了使用碳材料产生生物活性吸附破坏性类型的可能性。
的初始碳基体的生物活化和之后的结构特征的研究显示,在比表面积和变化硫辛酸的含氧官能团的量。吸收生物分子保留在载体的表面上,由于范德瓦耳斯力,氢键和疏水性相互作用。
石油氧化微生物的培养是为了生物活化碳吸附剂,从天然复合物中分离出来,包括各种好氧和微嗜氧类型的微生物破坏者,在不利环境条件下(温度、高污染物浓度等)是稳定的。在自然条件下,微生物积极特性的形成和积累发生。为了获得天然来源的微生物复合物,对石油污染土壤、污水、处理厂捕油器、油泥蓄积器的污泥、油田工业现场废钻井液沉淀池中的沉淀物。为了提高整个油氧化微生物群的生物破坏效率,该微生物混合物适应于各种类型的石油和石油产品和低温。微生物的累积培养是在303.15 - 308.15 K的普通选择性培养基上,在有碳氢化合物存在的情况下进行的,考虑到微生物发育的最佳发育。用于碳载体的生物活化,选择本土文化的最活跃的部分。
已经确定,当所述微生物群体被适配,生理变化具有特定的,有目的的字符和捕获大部分的微生物群体。反应的遗传率,而不改变基本的遗传特性的限度内发生这些变化。较长的细胞进行的负面影响,更加强并固定在它们相应的变化。这一事实可在一个广谱微生物浓缩物的制备中使用。在微生物悬浮液中的营养培养基中提供了最佳的氧化还原条件下,pH值必需,渗透压,离子平衡。营养物质是被掺入到内部细胞代谢的化学化合物。这些矿物盐,微量元素,有机物(油),这是由微生物消化。
细菌作用的速率取决于被微生物降解的碳氢化合物的总表面积。当碳氢化合物分散时,作用的最大活度表现为单位质量接触表面的最大平面。烃类的分散或乳化作用有助于生物群落的积极发展。微生物在吸附剂表面的固定化为石油在吸附状态下的生物降解提供了选择性条件。利用环境中培养的微生物有几个优点:首先,原始的自然种群对环境条件有很好的适应;其次,高稳定性和协同性可以确保目标物质作为唯一的营养来源更全面的使用;第三,微生物回到初始环境具有选择性优势。研究表明,碳吸附基质表面的固定化应只是局部的,以免降低材料相对于油的吸附能力。
结果表明,表面微生物细胞数为120 ~ 200x104个/g时,生物吸附剂的最大吸附量为8 g/g;当细胞数为200-300 × 106细胞/g时,最大吸附量为6 g/g;和细胞的数量——200 - 300×109细胞/ g, biosorbent减少的吸附- 4 g / g(图1)。实验数据表明,细胞的浓度的增加碳吸附剂载体表面的影响,这些石油的生物降解只在最初的时期,但显著降低了碳吸附基质的吸附能力。
图1显示了不同细胞浓度、最大含油饱和度不同的生物活性炭吸附剂表面的石油生物降解动力学:
- 菌落数量120-200 × 104 col/g;最大吸附量8 g/g;
- 菌落数量200-300×106 COL /克;最大吸附为6g /克;
- 菌落数量200-300×108 COL /克;最大吸附为4g /克。
石油烃类的破坏程度是通过直接测定烃类的数量变化和消失量来测定的。在生物降解过程中细菌生长的一个充分的指标可以是水中微生物质量的测定。由于细菌的生命活动而引起的环境状态的变化导致了细菌浊度。通过对剩余油(萃取和光比色法测量)和细菌浊度(离心后干生物量的浊度或重量的测量)的比较测定,我们可以描述微生物物质的发展和石油的生物降解程度。实验数据表明,99%的油的破坏局限于生物吸附剂。石油破坏的最终产物是二氧化碳和水。碳生物吸附剂的残余产物是一种安全的木灰。
复杂的方法油污清理的问题的解决方案 - 吸附+微生物破坏通过使用基于木材的生物炭破坏型的碳吸附剂将增加技术的生态效率和安全性。
结论
研究表明,以木质生物炭为载体的碳基质具有制备破坏性油吸附剂的前景。研究表明,木材原料的种类、热解温度和时间、原料和热解产物的组成对碳基的吸附性能有重要影响。对油的最佳吸附特性是基于针叶树热解产物的碳材料。基质吸附剂吸附能力的主要影响因素是其疏水表面与油的相互作用。碳吸附剂吸收石油和石油产品,并表现出与石油氧化微生物的生物相容性。
水 - 油 - 吸附剂是异构系统。在这种情况下,存在在异构系统中的疏水性相互作用的实际使用。在这种系统中的疏水性相互作用取决于吸附剂颗粒的性质和它们的疏水性的程度。松的热分解物的特征在于,98%的疏水性。行为和系统,其中的疏水性颗粒的存在被确定的吸附材料的疏水性颗粒和烃物质之间完全疏水性相互作用的性质。
碳材料的生物吸附剂的结构,吸附性能的进行了研究证明了使用这样的材料作为用于油破坏微生物生产生物吸附剂的固定化基质的可能性。用于碳载体的生物活化,选择本土文化的最活跃的部分。从接种物通过富集和选择的方法的某些组合物的营养培养基上,得到的微生物菌落。富集在宽的温度范围上的各种类型的油和废油的情况下进行。将得到的微生物悬浮液以需氧和microarophilic条件,降低的温度的适应被进行。在微生物的培养孔载体模仿它们的天然存在的表面上。从环境中使用的接种物使他们的选择优势和高度的油破坏定位于吸附剂。
细菌作用的速率取决于被微生物降解的碳氢化合物的总表面积。当烃被分散,提供每单位质量的接触表面的最大平面时,因为细菌存在和饲料主要在水生环境并且仅在的水和烃接触作用在动作的最大活性表现。
的碳吸油吸附剂的表面上的微生物,析构函数固定,通过处理与微生物悬浮液的吸附剂的琼脂化的基础上,其含有一定量的微生物和营养物的适于种子培养上进行的。由于吸附有机(油)和矿质营养的疏水性煤颗粒的表面上,将创建微生物作用的中心。在吸附剂微生物的生长是微生物的培养异相。
为细菌培养提供了以下条件:活种料(微生物浓缩液);能源和碳源(石油和石油产品);生物量生长所需的所有额外养分;培养基中适宜的理化条件。
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