【摘 要】
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目前,全球范围内因抗生素污染等引起的问题日益严重。红霉素(Erythromycin,ERY)是大环内酯类抗生素中的一种,具有很强的抗菌作用,应用广泛;而氯霉素(Chloramphenicol,CAP)属于酰胺醇类抗生素,其性质稳定、不易分解、易迁移。这两种抗生素分子结构稳定,很难自然降解,易在环境中不断积聚,造成严重的环境残留和污染,危害人类健康与生态环境。论文以有效去除特定水体中红霉素和氯霉素为
【基金项目】
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国家重点研发项目“畜禽废弃物生物降解与资源转化调控机制”(2018YFD0500200);
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目前,全球范围内因抗生素污染等引起的问题日益严重。红霉素(Erythromycin,ERY)是大环内酯类抗生素中的一种,具有很强的抗菌作用,应用广泛;而氯霉素(Chloramphenicol,CAP)属于酰胺醇类抗生素,其性质稳定、不易分解、易迁移。这两种抗生素分子结构稳定,很难自然降解,易在环境中不断积聚,造成严重的环境残留和污染,危害人类健康与生态环境。论文以有效去除特定水体中红霉素和氯霉素为目标,筛选具有降解活性的微生物,研究其降解特性和机制。同时,探究椰壳活性炭对红霉素和氯霉素的吸附特性,并根据吸附动力学、热力学模型进行分析。基于此,构建了固定微生物的活性炭吸附-降解抗生素的协同体系,系统探究其对红霉素和氯霉素的去除效果和机制。(1)红霉素降解菌的筛选及其降解特性研究筛选得到红霉素的降解菌,鉴定包括菌株Ery-6A和菌株Ery-6B经鉴定属于代尔夫特食酸菌属(Delftia acidovorans)和产吲哚金黄杆菌属(Chryseobacterium indologenes)的复合菌群(简称DC复合菌)。该复合降解菌能以红霉素为唯一碳源生长(浓度为100 mg·L-1),最佳降解条件(温度35℃,转速120 r·min-1,p H 7.0)下,48 h的降解率高达79.91%;同时,外加50 mg·L-1的蔗糖为碳源时,48 h的降解率可达88.68%。此外,降解菌对1000 mg·L-1的高浓度红霉素降解率达到31.95%,除红霉素外,对100 mg·L-1的氯霉素降解率达31.64%。(2)改性活性炭吸附红霉素和氯霉素的特性研究利用改性椰壳活性炭对红霉素和氯霉素进行吸附性能试验,结果表明,经热水洗涤的活性炭吸附性能优于其他处理方式的活性炭(未处理、酸洗和碱洗的活性炭)。在最适条件下,对红霉素和氯霉素的最大吸附量分别达到262.30和315.31 mg·g-1。同时,利用吸附动力学、热力学模型对活性炭吸附红霉素和氯霉素的过程进行拟合,其吸附过程符合准一级动力学模型和Langmuir等温线模型,说明该吸附过程属于单分子层吸附且分子间无相互作用。(3)活性炭固定化复合菌群去除水中红霉素和氯霉素的研究活性炭固定化DC复合菌群不仅能很好吸附红霉素和氯霉素,而且对这两种抗生素有较好的微生物降解作用。结果表明,该复合体系吸附率超过95%,且在48 h时对红霉素的降解率超过50%。与无活性炭游离型的降解菌相比,该复合体系对水中红霉素和氯霉素的去除率有明显提升,分别达到96.95%和99.46%。通过对活性炭及其固定化复合菌群的表征(SEM、FTIR和BET)分析,活性炭的孔隙分布以微孔为主,微孔比表面积占总比表面积超过90%,该孔结构有利于吸附降解菌群,能形成稳定的生物膜,且改性活性炭的芳香化程度加深,降解性能更稳定。另外,对红霉素的微生物降解产物进行表征(LC-MS)分析,降解产物有5种主要可能产物,其中,m/z为716的产物推测为红霉素8,9-脱水-6,9-半缩酮。
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