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杰兴,Nanzhe歌,Xiangwei陈,李盎宏伟倪, ”微生物絮凝剂絮凝效率和机制卡马西平的提取肺炎克雷伯菌j - 1”,古生菌, 卷。2020年, 文章的ID8811516, 8 页面, 2020年。 https://doi.org/10.1155/2020/8811516
微生物絮凝剂絮凝效率和机制卡马西平的提取肺炎克雷伯菌j - 1
文摘
微生物絮凝剂(MFX)提取肺炎克雷伯菌j - 1被用来去除卡马西平在废水和生活污水。影响因素和絮凝机理进行了研究。最优卡马西平MFX移除条件是7 - 8的pH值,7毫升的絮凝剂,0.1毫升的混凝剂,和35°C,去除率达到81.75%。MFX卡马西平的高效的去除生活污水(75.03%)和二次沉淀池废水(69.76%)。符合一级动力学方程拟合吸附过程比pseudo-second-order动力学方程,表明吸附是不纯的化学吸附。絮状物尺寸的分析表明,卡马西平,MFX之间的排斥力减弱在碱性条件下,它可以帮助絮体的生长和一致性,提高卡马西平去除效率。足够的剂量MFX可以产生更大的絮体,但过度剂量MFX将减少卡马西平去除率的增加静电斥力。3 d-eem和红外光谱的分析表明,羟基、氨基、羧基MFX删除卡马西平发挥了重要作用。作为一种环保、高效微生物絮凝剂,MFX卡马西平去除潜在的实际应用。
1。介绍
卡马西平(卡马西平),一个典型的制药和个人护理产品(PPCP) [1- - - - - -3),是一个医学用于治疗癫痫、抑郁、舌咽神经神经痛、三叉神经痛,中央部分尿崩症(4]。毒性实验表明,卡马西平的LD50是4205毫克/公斤(老鼠)。卡马西平一直在污水处理中发现站自1998年以来,它已经发现,卡马西平在水中的浓度高于其他PPCPs近年来(5]。卡马西平广泛存在于城市污水处理厂的废水、地表水和土壤。卡马西平可能最终进入饮用水和地下水通过环境迁移和转换3,6]。
它可以从环境中卡马西平的污染状况,卡马西平广泛存在于各种环境介质迁移和转换后,具有良好的稳定性和耐久性,允许它存在于环境很长一段时间(7,8]。因此,迫切需要提高卡马西平的去除效率PPCP污染物的研究。
微生物絮凝剂(MFX),从微生物中提取,广泛存在,是无毒、环保9- - - - - -11]。有许多化学组(如羟基、羧基和氨基)在MFX,允许MFX有良好的结合能力和污染物和具有良好絮凝效率(12- - - - - -15]。除了去除废水的浊度,已经证明,MFX可以处理含重金属废水16- - - - - -18)和抗生素(19- - - - - -21]。MFX因为没有二次污染,是一个最有前途的材料处理废水的22]。
直到现在,大多数研究使用MFX准备研究MFX去除效率的解决方案。事实上,实际废水的成分复杂得多比在一次有准备的解决方案(23]。还有许多其他的实际废水中污染物,这些污染物可能与卡马西平竞争,这将减少卡马西平MFX去除效率。因此,除了准备解决方案,同样重要的是要进行实验在实际废水除卡马西平。
在这项研究中,MFX用于去除废水卡马西平。卡马西平的去除效率进行了测试在不同条件下(pH值,MFX剂量,剂量的促凝剂,和温度)。MFX考虑到实际应用,卡马西平的去除效率MFX也研究了国内在二次沉淀池污水和废水。卡马西平絮凝的吸附动力学和机理进行了研究。
2。材料和方法
2.1。材料和试剂
MFX的提取肺炎克雷伯菌j - 1 (CGMCC No。6243)是描述在我们以前的工作(19]。简单地说,生产MFX j - 1接种和发酵。MFX被酒精提取的提取和纯化了超纯水透析。干MFX粉末是通过真空冷冻干燥和储存在4°C。
卡马西平,CaCl2,使用的试剂准备MFX买来Bailingwei科技有限公司有限公司超纯水(18米Ω/ cm, Milli-Q),分析纯试剂用于这项工作。
2.2。批量吸附实验
股票卡马西平的解决方案(5 mg / L)制备超纯水溶解卡马西平和储存在4°C,供以后使用。股票卡马西平的解决方案是适当稀释获得实验解决方案。MFX (1 g / L)和助凝剂(CaCl210%)被添加到初始卡马西平的解决方案(1 mg / L, 1升)。絮凝和搅拌一段时间后,样品被允许站20分钟。0.45吸附后,MFX隔开μ过滤膜和卡马西平的浓度是由高效液相色谱法(高效液相色谱法、日本岛津公司LC-10A (SPD /取消/ RFD),日本)。所有的实验数据都一式三份的平均值测量。吸附能力( ,毫克/克)的卡马西平MFX计算如下: 在哪里和最初,平衡卡马西平浓度(毫克/升),分别卡马西平的体积操作解决方案(L),然后呢的剂量MFX (g)。
MFX也用于吸附卡马西平在国内污水处理和污水从次要从哈尔滨太平污水处理厂沉淀池。卡马西平的吸附过程是类似的解决方案。所不同的是,卡马西平浓度生活污水和生活污水的二次沉淀池是远低于准备卡马西平的解决方案;因此,通过乙酸乙酯液液萃取样本进行预处理。具体而言,同样体积的乙酸乙酯是添加到过滤上层清液,样品动摇了10分钟,然后,它被允许代表分层。上层清液液萃取,动摇了5分钟,然后允许分层。上层清液液萃取。旋转蒸发和氮吹后收集上层液体,这是重新溶解与色谱级甲醇。卡马西平浓度的高效液相色谱测定(高效液相色谱法、水域,美国)。三个平行样品每个样品的准备。 Carbamazepine (20 μg / L)被用作标准样品的回收率上升的标准。
2.3。吸附动力学
吸附动力学的MFX卡马西平使用符合一级和pseudo-second-order动力学模型进行了讨论。卡马西平的初始浓度的pH值是7,CaCl2(0.1毫升,10%)作为助凝剂。吸附时间5、10、15、20、30、40、50和60分钟。显示在pseudo-second-order和符合一级动力学模型 在哪里和平衡吸附容量和吸附能力在一个特定的时刻,分别(毫克/克),吸附时间(分钟),然后呢和是符合一级的速率常数和pseudo-second-order动力学模型,分别。
2.4。卡马西平在MFX吸附机制的分析
粒度仪(英国莫尔文MS2000)被用来监控不同的微生物絮凝剂的发展和计算增长率的絮体吸附过程。官能团是由傅里叶变换红外光谱(红外光谱,优秀的100)。三维荧光分光光度法(3 d-eem FP6500 JASCO,日本)被用来获得EEM光谱,荧光反应是通过扫描发射光谱从220年到650海里,通过改变激发波长从220到500纳米。荧光猝灭,完成添加卡马西平MFX解决方案,用于评估的吸附特征。
3所示。结果与讨论
3.1。去除效率的影响因素通过MFX卡马西平
一般来说,评估MFX的吸附容量,污染物的去除效率需要在不同条件下进行测试。在这项研究中,由MFX卡马西平的吸附性能,研究了在不同条件下通过改变pH值,MFX剂量,剂量的助凝剂,分别和温度。
3.1.1。pH值
pH值是吸附过程中的一个重要参数。pH值不仅影响MFX的官能团,还影响卡马西平的表面电荷(24,25]。卡马西平的去除率MFX测试 -10年,结果如图所示1(一)。很明显,卡马西平的去除率MFX增加 来 和减少 来 。MFX显示在酸性条件下卡马西平去除效果差。在 ,的去除率仅为5.14%。然而,卡马西平nonacidic条件下去除率变得更好。在 ,MFX有最好的卡马西平去除率(65.26%),和去除率下降明显 -10年。这表明,酸性和过度碱性条件都不适合由MFX卡马西平的移除。这是因为pH值条件的变化改变了表面电荷的数量和属性MFX和卡马西平和过酸和过度碱性条件可以削弱中和效应之间的聚合反应,阻碍MFX和卡马西平(20.]。因此,去除的最佳pH值范围的卡马西平MFX 7 - 8。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.1.2。剂量的MFX
的用量MFX是另一个重要的因素,会影响去除率卡马西平(26]。卡马西平的去除率MFX添加不同剂量的MFX后测试,结果如图所示1 (b)。卡马西平去除率增加剂量时增加从1毫升到7毫升然后减少MFX随着剂量的增加。MFX表现最好的剂量时是7毫升和最大去除率为73.06%。当9毫升剂量MFX卡马西平,去除率呈下降的趋势。这是因为当MFX的剂量很低,MFX的数量并不足以消除卡马西平即使MFX达到吸附饱和。然而,当剂量太高,过度MFX可能会影响整个系统的电荷性质和破坏平衡,后来减少了卡马西平去除率。这结果是类似于其他研究[27]。
3.1.3。助凝剂的用量
艾滋病可以改善混凝剂的絮凝条件通过调整系统的电荷属性(21]。在这项研究中,CaCl2添加助凝剂,去除率和卡马西平MFX不同剂量的助凝剂如图1 (c)。的CaCl2剂量的样品1到6 0毫升,0.1毫升,0.3毫升,0.5毫升,1毫升,分别和1.5毫升。可以看出,由MFX卡马西平去除率为54.73%时没有添加促凝剂,证明MFX可以单独删除卡马西平。当用量为0.1毫升,卡马西平去除率增加,达到的最大去除率77.17%。然而,随着CaCl的增加2剂量,卡马西平去除率逐渐减少。这是因为卡马西平被MFX通过吸附大分子之间的桥接,和助凝剂可以加强吸附桥接通过调整系统的电荷性质。然而,过度的助凝剂的用量将引入过多的正电荷,在MFX绑定到带负电荷吸附网站,阻碍卡马西平和MFX的连接。因此,助凝剂的最佳用量需要由吸附实验。在这项研究中,最佳用量为0.1毫升。
3.1.4。温度
温度是另一个重要的因素,会影响卡马西平MFX[去除效率的26]。图1 (d)显示了卡马西平去除率由MFX 15°C, 20°C, 25°C, 30°C,分别和35°C。可以看出,随着温度的增加去除率增加。15°C的去除率仅为22.06%,但在35°C增加到81.75%。一般来说,一个适当的温度升高可以加速分子之间的随机运动,然后增加分子间的碰撞概率,提高卡马西平MFX去除率。然而,过高的温度会导致MFX的失活,从而减少卡马西平去除率(28]。在这项研究中,MFX表现最好的35°C,显示MFX有效甚至在35°C。
总之,最优卡马西平移除条件MFX pH值7 - 8,7毫升的絮凝剂,0.1毫升的混凝剂,35°C。去除率达到81.75%。
3.2。卡马西平去除生活污水
上述实验证明MFX卡马西平去除效率很好准备卡马西平解决方案(1 mg / L)。然而,卡马西平浓度生活污水通常是几十上百μg / L。此外,生活污水的成分比准备卡马西平的解决方案(复杂得多23]。尽管生活污水含有大量的悬浮固体胶粒有利于絮体的形成,竞争吸附的网站MFX卡马西平和其他成分之间可能导致卡马西平去除率的下降。数据2(一)和2(b)的去除率在生活污水和二次沉淀池废水。可以看出MFX是有效的去除卡马西平在国内污水(75.03%)和二次沉淀池废水(69.76%),这表明对卡马西平MFX有很好的去除效果。
3.3。吸附动力学
吸附动力学是重要的学习时吸附机制。动力学分析污染物的吸附时间对吸附的影响通过描述吸附率,然后探讨了吸附机理。通常,一阶、二阶、符合一级和pseudo-second-order动力学方程用于分析吸附动力学。在这项研究中,MFX和卡马西平反应物的吸附过程。基于MFX的特点和每个动力学方程的适用范围,符合一级和pseudo-second-order动力学方程选择适合本研究的实验数据。
一阶动力学,反应速率与反应物的浓度成正比,而符合一级动力学反应速率与吸附剂和被吸附物的浓度。当一种物质的浓度远远超过其他,它表明一阶动力学反应的特征(29日,30.]。
数据3(一)和3(b)的拟合结果符合一级和pseudo-second-order动力学方程。表1显示这些动力学方程的参数。在图3(一)在20分钟达到吸附平衡,吸附反应和最大吸附容量为62.32毫克每克MFX卡马西平。在实际的实验中,最大吸附容量是62.99毫克/克和吸附时间是30分钟,这是符合预测的值符合一级动力学方程。在图3(b),预测的吸附没有在60分钟,达到吸附平衡和预测的最大吸附容量(66.89毫克/克,60分钟)超过实际价值。此外,符合一级动力学方程是0.976,远高于pseudo-second-order动力学方程。这些结果表明,卡马西平的吸附MFX更符合符合一级动力学方程。
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根据其他研究,描述吸附过程的一阶动力学是由物质运输。pseudo-second-order动力学模拟了二阶动力学,描述一个化学反应,伴随着电子共享或转移。卡马西平的吸附符合一级动力学特MFX-fitted比pseudo-second-order动能,这表明吸附并不是纯化学吸附(17]。
3.4。MFX卡马西平吸附机制
初步实验结果表明,pH值,MFX用量、混凝剂的用量,温度会影响卡马西平MFX去除率。的用量MFX和pH值的主要因素;因此,絮凝形态学用于进一步研究卡马西平MFX去除机制。絮状物大小的变化在不同的pH值在不同的时间/剂量MFX图所示4。絮体在不同pH条件下表现出相似的变化趋势在整个凝固过程。絮凝过程缓慢在酸性条件下,颗粒大小是相对较小的稳定阶段。此外,没有明显的沉降 。絮凝过程是最快的 。pH值大于7.5时,絮体的生长明显加快,絮体的沉降速度快,pH值变化不明显的变得更大。这是因为MFX和卡马西平的表面电荷密度很低一个弱碱性的条件下,它可以削弱卡马西平和MFX之间的排斥力可以帮助絮体的生长和一致性31日]。
(一)
(b)
在图4 (b),最大絮状物大小是最小的剂量的MFX时2毫升(1064μ米),絮状物与MFX用量的增加规模变得更大。然而,当剂量10毫升(1235μ米),絮状物的大小成为小于7毫升剂量下(1288μ米)。此外,絮状物的生长在低剂量的MFX慢,和稳定时期的维修时间短,是不导电的卡马西平。这是因为过低的剂量MFX不能提供足够的吸附为卡马西平,MFX和卡马西平之间的碰撞概率很低。因此,足够的剂量MFX可以产生更大的絮体。然而,动态平衡时间也很短,高剂量的MFX,因为有大量的相同的电荷MFX过剩,增加静电排斥。类似的现象在凝固的研究发现了微生物絮凝剂和高岭土,这是由于吸附架桥作用。
调查是否有化学反应在卡马西平和MFX之间,3 d-eem和红外光谱被用来分析样品吸附前后。数据5(一个)- - - - - -5 (c)卡马西平的额水溶液,MFX卡马西平的沉淀吸附后,分别和液体后浮在表面的吸附。在图5(一个)可以看出,卡马西平水溶液只有一个吸收峰 。这个峰值属于一级(胡敏酸区),这是典型的外源有机物造成的。在这项研究中,这个峰值是由于卡马西平(32]。在图5 (b)吸附后的沉淀,显示了两个高浓度吸收峰 和 ,这是蛋白质的特征峰MFX[的主要活性成分20.]。没有发现卡马西平的峰值特征光谱中,因为卡马西平已经吸附在MFX通过分子间作用力,这并不是一个自由分子能被探测到的。在图5 (c)中可以看到,三个明显的吸收峰的光谱浮在表面的吸附。的峰值 卡马西平的特征峰。的峰值 属于酪氨酸和苯环结构蛋白与生物来源,它代表的是少量的MFX或其衍生品的活性成分。峰值与色氨酸 消失,一种类似富里酸的新高峰 出现了。这个峰值是一个新的峰值后MFX吸附卡马西平,这表明,化学反应发生在卡马西平和MFX tryptophan-like组件。
(一)
(b)
(c)
(d)
进一步证明卡马西平和MFX之间发生化学反应,红外光谱被用来分析MFX吸附前后的卡马西平(图5 (d))。之前MFX吸附的红外光谱谱相比,有一个新的的红外光谱谱峰MFX吸附后,伴随着multipeak位移。新高峰出现在3590.22厘米1相对应的特征峰的羟基。联想的伸缩振动引起的吸收峰羟基在3309.94厘米1表现出3291.88厘米的红移1峰的形状变得更广泛。这证明了吸附的羟基扮演了一个角色由MFX卡马西平,这是通过氢键。氨基酸的吸收峰由振动引起的2435.06厘米1表现出2321.08厘米的红移1,强度明显减弱。1654.45厘米的长而窄的吸收峰1是羧基的特征峰,这表现出峰蓝移1669.71厘米吗1。峰值为1549.75厘米1弯曲振动造成的酰胺表现出1546.45厘米的红移1证明了活跃氨基MFX参与蛋白质的吸附反应。1080.57厘米的长而窄的吸收峰1作为一个典型的吸收峰的糖衍生品包括切断和C-O-C的伸展运动和振动。表现出峰值1047.34厘米的红移1吸附后的卡马西平。这些结果证明了羟基、氨基和羧基团体都参与了吸附反应和扮演了一个角色在卡马西平的去除MFX [17]。
4所示。结论
MFX被用来去除卡马西平。MFX卡马西平的高效的去除生活污水和二次沉淀池废水。符合一级动力学方程可以描述吸附过程。吸附是一个复合的过程,包括物理和化学吸附。MFX表现最好的在碱性条件下,因为卡马西平和MFX之间的排斥力减弱,它可以帮助絮体的生长和连贯性。足够的剂量MFX可以产生更大的絮体,但过度剂量MFX将减少卡马西平去除效率由于静电斥力的增加。羟基、氨基和羧基团体MFX删除卡马西平发挥了重要作用。作为一种广泛存在、无毒,环保微生物絮凝剂,MFX有潜在的实际应用卡马西平去除生活污水、废水卡马西平,和自然水体。
数据可用性
的数据支持本研究的发现可以从相应的作者杰兴,在合理的请求。
的利益冲突
没有潜在的利益冲突存在于这个工作;因此,没有什么能影响作者的客观性和行动。的利益冲突,包括直接的财务关系,间接金融关系、人际关系、学术竞争,和知识的热情,这个工作是绝对不存在的。
确认
这项工作是财政支持的国家科技重大项目(2014 zx07201 - 012)。
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