微生物对聚丙烯酰胺降解作用的研究进展

发布日期:2015-06-23 18:20:16
一、引言
高分子材料性能优越,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:但是在使用之后如果不能够被及时的_,就会对环境造成很 大的污染。而降解高分子材料的最为重要的生力军就是微生物,通过微生物的自身代谢或 者是代谢产物对聚合物发生作用,从而实现对聚合物的降解。聚丙烯酸胺是目前最为主 要的聚合物,因此研究对聚丙烯酰胺进行生物降解就成了当前科学研究的前沿科学,经过 数十年的研究,对聚丙烯醜胺的微生物降解取得了非常重要的成绩,本文正是基于这个背 景,通过分析微生物对聚丙烯酸胺降解原理和作用,并提出一些通过微生物降解聚丙烯酰 ^魏途径。
二、微生物降解聚丙烯R胺的原理
(一)微生物的降解过程分析
当前微生物对聚合物的生物降解原理主要有三种途径。其一是通过生物的物理作用, 也就是通过微生物自身细胞的增长而让聚合物组分电离、水解,出现机械性分解,逐渐形 成低聚物碎片。其二就是通过生物的化学作用。微生物能够和聚合物产生化学反应,并产 魏的物质,比細02和民0^5质。其或是生^||^用。生麟能够对高奸材料进行 腐蚀或者对高分子材料进行氧化而才生崩裂。利用生物薄进行降解主要使用到跑外酶和胞 内酶两种,微生物分泌的胞外海能够让高分子结构链断裂,于是就转变成低聚物或者是单 体物质,然后这些低聚物就能够进入微生物细胞而被分解。微生物对聚合物降解过程可以 用图1来表示。
(二)聚合物的可生物降解性分析
聚合物其分子置的大小以及结晶度和物理状态会对其可生物降解性能产生很大的影 响,通常来说分子童越高,聚合物就越难被微生物降解。另外高分子聚合物在分子置以及 形态结构类似的前提下,其化学结构的差异也会影响这些高分子聚合物可生物降解性能。 目前聚丙烯醜胺种类很多,目前基本上都具有一定的可生物降解性,这也是研究生物降解 的重要因素,从而有利于以最小的成本来改善聚丙烯酸胺对环境的污染。
三、微生物对各种聚丙烯酰胺的降解作用分析 (―)非离子型聚丙嫌酸胺的降解
非离子型的聚丙烯醜胺主要是由丙烯跌胺单体进行聚合而成,主要的特性是分子链上 不带有可电离的基团,在水中不会被电离,不过其分子链上的酸胺基却很容易水解,所以 具有一定的阴离子电性。美国Grula等专家通过细菌植入的方式对非离子聚丙烯酸胺进行了 降解研究,发现离子聚丙烯既胺生物可降解性较好,而非离子聚丙烯酸胺的生物可降解性 较差,其降解的部分是聚丙烯醜胺分子链的一部分,其中敢胺部分则不能够被生物降解。
(二)阴离子聚丙烯酸胺的生物降解作用
阴离子聚丙烯联胺主要能够通过非离子型的聚丙烯酸胺水解或者将丙烯酸胺以及丙烯 酸单体聚合形成。目前对阴离子型的聚丙嫌酸胺的生物降解研究相对比较丰畜。其中美国 Kumar等专家对其进行了实验研究,利用一株单细胞菌实现了对阴离子聚丙烯酸胺的生物 降解。研究者曾经一度认为聚丙烯既按只能够被用作氮源,然而近年来阴离子聚丙烯醜胺 也能够被用作磷源的菌株进行分解,这一点我国专家李宜强等进行了实验研究并取得了成 功。
.(三)阳离子聚丙烯联胺的生物降解作用
阳离子聚丙烯酸胺主要是有丙烯醜胺以及二烯丙基二甲基氣化铵和丙烯酰氧乙基三甲 基氣化铵等多种单体进行聚合形成。带有正电荷的基团包含了叔胺盐以及季胺盐,这种阳 离子聚丙嫌酸胺其生物抗性更强。美国Mouiato等专家通过实驗研究表明,阳离子聚丙嫌酰 胺在好氧培养基中能够实现部分降解,而且也能够作为碳源被降解成C〇2,另外Grnla在对 阴离子聚丙烯醜胺和非离子聚丙烯联胺以及阳离子聚丙烯扶胺进行综合生物降解实验,发 现阳离子聚丙嫌酸胺具有极强的生物毒性。
四、徽生降解聚丙烯酰胺的新方法
虽然微生物对于聚丙烯醜胺的降解具有一定的效果,但是聚丙烯醜胺中的碳链骨架结 构却表现出较强的生物抗性。如果不能够打破ft链骨架,那么降解的作用就不够明显。所 以利用微生物进行降解,就需要更加强大的酶进行反应,然后再进行下一步的代谢。其中 美国Barr等专家利用白腐真菌降解木质素的基本原理来进行了分析,之所以白腐真菌对木 质素产生降解性,其关键是在于其分泌了一种氧化物海,而这种生物酶不是直接作用在分 子链段,而是和自由基进行反应,产生催化效应,通过后续的氧化还原反应来实现对聚合 物的讲解。正是如此美国SutherlandW究了利用白腐真菌实现了对非水溶性的交联聚丙嫌酰 胺的方法,其实验结果真菌能够明显的让聚丙嫌酸肢实现了降解。
基于白腐真菌其特殊的性能,那么就能够对含有聚丙烯酸胺的污水处理就可以采用下 面的方法进行。第一可以利用一些微生物分泌联胺酶,从而对聚丙烯联胺高分子链上的氨 基进行消耗。然后利用真菌在限氮或者其他营养物质的前提下,产生氧化物酶,实现对聚 丙烯廉肤自由基的催化反应,将大部分的聚丙燦酸胺分子吸收到真菌体内,进而破坏聚丙 烯默胺的碳链骨架结构。最后筛选具有高效的降解菌系,对聚丙嫌联胺进行完全分解,从 而实Stxm水生物雜处理。
五、结语
总而言之,聚丙烯既按不再是一种抗生物降解的聚合物,其破链骨架在真菌的作用下 能够有效被截断,进而实现对整个高分子的生物降解。当然这种研究还主要停留在实验的 层面,其广泛的应用还需要进一步深入研究,才能够实现对聚丙烯酸胺的高效微生物降 解。