【摘 要】
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四溴双酚A(TBBPA)作为使用最广泛的溴代阻燃剂,被大量应用于电子产品的印刷电路板中,随着电子产品的快速更新换代,电子垃圾日益增多,使得TBBPA成为电子垃圾拆解地普遍存在的污染物。TBBPA在环境中表现出持久性有机污染物的特性,会给生态环境及人类健康带来危害。微生物降解是去除环境中有机污染物的有效途径,其中白腐真菌由于具有广谱的降解能力及独特的木质素降解酶系,在有机污染物的微生物修复中具有广阔
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四溴双酚A(TBBPA)作为使用最广泛的溴代阻燃剂,被大量应用于电子产品的印刷电路板中,随着电子产品的快速更新换代,电子垃圾日益增多,使得TBBPA成为电子垃圾拆解地普遍存在的污染物。TBBPA在环境中表现出持久性有机污染物的特性,会给生态环境及人类健康带来危害。微生物降解是去除环境中有机污染物的有效途径,其中白腐真菌由于具有广谱的降解能力及独特的木质素降解酶系,在有机污染物的微生物修复中具有广阔的应用前景。然而目前对TBBPA的微生物修复研究主要集中于细菌的作用,而关于白腐真菌的研究则很少。因此,本实验选用一种新型白腐真菌菌株—乳白耙齿菌F17(Irpex lacteus F17)作为实验菌株,开展了I.lacteus F17好氧降解TBBPA特性的研究,并初步探讨了TBBPA的生物降解途径,主要研究成果如下:TBBPA的生物降解受到I.lacteus F17的生长状况的影响,因此首先通过单因素优化实验确定了I.lacteus F17的最适生长条件为p H 5.0、转速160 r/min,温度30℃。其次,通过在降解体系中分别添加不同浓度的苯酚、葡萄糖、丙酮酸钠、柠檬酸钠和酵母粉作为I.lacteus F17降解TBBPA的共代谢基质,考察了它们对TBBPA生物降解的影响。实验结果表明,适宜浓度苯酚、葡萄糖、丙酮酸钠和柠檬酸钠的加入会促进I.lacteus F17对TBBPA的降解,其中,以葡萄糖为共代谢基质时,促进效果最显著,因此可选择葡萄糖作为I.lacteus F17降解TBBPA的最优共代谢基质,并且当葡萄糖在降解体系中的浓度为8 g/L时降解率达到最大,为76.0%。共代谢实验表明,虽然I.lacteus F17在无共代谢基质时对TBBPA也有一定的降解效果,然而适宜共代谢基质的加入能显著提高其对TBBPA的生物降解效率。在以葡萄糖为最优共代谢基质的条件下,通过单因素优化实验分别考察了降解体系初始p H、菌悬液接种量以及TBBPA初始浓度对I.lacteus F17降解TBBPA的影响。结果表明,I.lacteus F17在较宽的p H范围内(p H4~8)能有效降解TBBPA,TBBPA降解的最佳条件为葡萄糖8 g/L,p H 5.0,菌悬液接种量5%,TBBPA初始浓度5 mg/L。在最优降解条件下反应12 d,TBBPA的降解率为78.4%。此外,Mn2+(10~80μmol/L)的存在能显著提高TBBPA的生物降解率,在低浓度范围内(10~50μmol/L),TBBPA的降解率随Mn2+浓度的增大而增大,降解率最大可达77.9%。然而,降解体系中浓度较高的Mn2+(80μmol/L)对I.lacteus F17的生长及降解酶的分泌产生了一定的抑制作用,从而导致TBBPA的生物降解率有所下降。经实验确定,Mn2+的最适添加浓度应为50μmol/L。在此基础上进一步研究了I.lacteus F17降解TBBPA过程中Mn P酶活力与TBBPA降解率的关系,发现Mn P酶活力会影响TBBPA的生物降解效果。利用GC-MS对TBBPA降解过程中的中间产物进行检测,发现7种代谢产物,包括1-(3-溴-4-羟基)苯乙酮、对羟基苯甲酸、双酚(BPA)、2,5-二羟基苯乙酮、2,4-二羟基苯乙酮、2,5-二羟基苯甲酸和2,4-二羟基苯甲酸。通过对比产物与TBBPA的结构,结合相关文献,推导出I.lacteus F17降解TBBPA的两条途径:一是TBBPA依次经部分还原脱溴→β-断裂→羟基化→去质子或氧化形成1-(3-溴-4-羟基)苯乙酮和对羟基苯甲酸;另一条途径则是TBBPA经完全脱溴生成BPA,随后BPA的两个苯环之间的化学键断裂后,经过一系列反应,分别生成2,5-二羟基苯乙酮和2,4-二羟基苯乙酮,最后2,5-二羟基苯乙酮和2,4-二羟基苯乙酮进一步反应生成2,5-二羟基苯甲酸和2,4-二羟基苯甲酸,该途径能有效避免BPA的积累。
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