论文部分内容阅读
随着高分子科学的迅猛发展,高分子材料被广泛地应用于社会的各行各业,给人们的生活带来了极大的便利,同时相关的塑料废弃物也因为处理方法有限和二次污染严重等问题对环境造成较大的负面影响。为了从根本上解决塑料废弃物造成的污染问题,越来越多的研究者开始关注生物可降解材料的研究。聚乙烯醇（PVA）是生物可降解高分子的一种,因为其优良的粘合性,机械性,抗静电性和对生物体无毒等特点被广泛用于食品,农业,建筑和医疗等行业。PVA虽然可以被生物降解,但降解速率缓慢且容易聚集在水中,这会造成水体溶氧降低,影响水生生物活性。为了解决相关问题,加速相关PVA材料的生物降解,研究者们基于PVA降解菌做了大量研究。本研究从降解后的聚乙烯醇基复合材料表面筛选出了PVA降解菌,对筛选出的降解菌进行了鉴定和降解能力的比较,得出了降解能力较强的菌株,进一步优化了菌株的降解条件。对在该菌株作用下PVA的降解热力学和降解动力学进行了研究。最后利用傅里叶红外光谱仪,渗透凝胶色谱仪和核磁共振波谱仪分别对降解过程中PVA的官能团,分子量和立构体进行了表征,进一步探讨了PVA的降解机理。本文主要的研究内容及结果如下:1、从经过堆肥降解的聚乙烯醇基复合材料的表面筛得了三株PVA降解菌株CP01、DG01和DG02。结合生理生化试验和16S rDNA鉴定,将CP01、DG01和DG02分别命名为Bacillus cereus.CP01、Bacillus cereus.DG01和Bacillus cereus.DG02。2、对三株菌的PVA降解能力进行了比较。从平板透明圈直径、PVA降解率和CO2释放量上看,DG01菌株都要高于其他2株菌。从三株菌的活菌浓度来看,DG01能较好地适应含有PVA的生长环境。3、对菌株DG01降解PVA的温度,初始pH和酵母粉浓度进行了单因素优化,对PVA培养基的无机盐成份进行了响应面优化。在最佳温度,初始pH,酵母粉浓度和无机盐培养基成份的条件下,48 h内PVA的降解率可达到46.73±1.26%,平均降解速率达到0.701±0.019 g/（d·L）。4、菌株DG01作用下PVA降解的动力学分析结果表明,PVA的生物降解符合一级降解动力学,且当初始浓度为1.5 g/L时,其动力学常数最大。这说明PVA浓度过高会抑制PVA的降解。通过对热力学实验结果分析可知,DG01降解PVA的活化能为67023.3 J/mol,该活化能相对较低,说明在菌株DG01的作用下,PVA的降解易发生。5、采用红外光谱仪,渗透排阻色谱仪和核磁共振仪对PVA降解的过程进行了表征。通过降解前后样品的红外光谱可知,降解后的样品在波数1714 cm-1、1372 cm-1和1322cm-1的位置出现了新的吸收峰,这表明在降解过程中产生了羰基。通过渗透排阻色谱可知,PVA在降解过程中分子量逐渐降低。核磁共振氢谱表明,PVA分子的全同立构的含量随着降解时间逐步减少,说明菌株DG01优先降解PVA的全同立构部分。