本论文主要借助表面元素含量、表面官能团、平衡含水率、比表面积、表面电极电位的测定,系统研究了载体表面物化特性对不同菌种的固着及活性的影响。论文内容包括三个部分:兼性反硝化微生物在炭纤维与其它载体表面的固着性对比研究及影响因素和在炭纤维表面的动力学研究;厌氧甲烷菌在炭纤维与其它载体表面的固着性对比研究及影响因素;载体尤其是炭纤维表面特性对好氧、兼性厌氧及厌氧等三种不同菌种固着(固着量和固着速度)的影响规律,探讨炭纤维表面对菌种的广谱适应性。 第一部分研究表明:改性聚丙烯腈(PAN)高强炭纤维(CF)和活性炭纤维(ACF)对兼性反硝化微生物固着化速度快,这与炭材料优异的生物相容性有关;ACF 的固着化速度大于CF,与其比表面积大表面微孔多,吸附速度快有关。通过滴定法和 XPS 研究表明,在表面 C,O 元素含量相差不大的情况下,N 元素含量对微生物固着的影响较为重要。N,O 元素含量越大载体的表面润湿性越大,CF 表面润湿性适中对兼性菌固着最好。适量的表面含氮、含氧官能团能使微生物的固着量达到最大,并且极性较大的含氧官能团对兼性微生物附着的影响较大。对兼性反硝化微生物动力学研究表明反硝化速率与硝氮浓度呈零级反应,反硝化菌浓度与反硝化速度成正比;改性 PAN 基高强度炭纤维做生物膜载体时,相对与其它有机类载体,可以在低温或少加碱仍能保持较高的反硝化速率。 第二部分研究表明:疏水性表面的 CF 载体对厌氧甲烷菌的固着有一定优势。并且 CF 载体固着化速度比有机高分子载体快。 第三部分研究表明:比表面积对微生物的吸附速度影响较大,适当改性的 PAN 基高强度CF 对好氧硝化菌、兼性反硝化菌和厌氧甲烷菌的固着化速度比较快,并且 ACF 的固着化速度快于高强度 CF;好氧菌、兼性菌和厌氧菌对载体表面润湿性要求依次降低;相应的,对与润湿性密切相关的表面 N、O 元素含量的要求也依次降低。 总之,本实验表明作为一种软性填料,经过适当改性的 PAN 基高强度炭纤维是一种生物相容性好、固着化速度快、固着量大、耐微生物分解及化学腐蚀、再生能力强、相对成本较低的优异新型微生物固着化载体。