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              微生物對聚丙烯酰胺降解作用的研究進展

              發布日期:2015-06-23 18:20:16
              微生物
              一、引言
              高分子材料性能優越,但是在使用之后如果不能夠被及時的_,就會對環境造成很 大的污染。而降解高分子材料的最為重要的生力軍就是微生物,通過微生物的自身代謝或 者是代謝產物對聚合物發生作用,從而實現對聚合物的降解。聚丙烯酸胺是目前最為主 要的聚合物,因此研究對聚丙烯酰胺進行生物降解就成了當前科學研究的前沿科學,經過 數十年的研究,對聚丙烯醜胺的微生物降解取得了非常重要的成績,本文正是基于這個背 景,通過分析微生物對聚丙烯酸胺降解原理和作用,并提出一些通過微生物降解聚丙烯酰 ^魏途徑。
              二、微生物降解聚丙烯R胺的原理
              (一)微生物的降解過程分析
              當前微生物對聚合物的生物降解原理主要有三種途徑。其一是通過生物的物理作用, 也就是通過微生物自身細胞的增長而讓聚合物組分電離、水解,出現機械性分解,逐漸形 成低聚物碎片。其二就是通過生物的化學作用。微生物能夠和聚合物產生化學反應,并產 魏的物質,比細02和民0^5質。其或是生^||^用。生麟能夠對高奸材料進行 腐蝕或者對高分子材料進行氧化而才生崩裂。利用生物薄進行降解主要使用到跑外酶和胞 內酶兩種,微生物分泌的胞外海能夠讓高分子結構鏈斷裂,于是就轉變成低聚物或者是單 體物質,然后這些低聚物就能夠進入微生物細胞而被分解。微生物對聚合物降解過程可以 用圖1來表示。
              (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結晶度和物理狀態會對其可生物降解性能產生很大的影 響,通常來說分子童越高,聚合物就越難被微生物降解。另外高分子聚合物在分子置以及 形態結構類似的前提下,其化學結構的差異也會影響這些高分子聚合物可生物降解性能。 目前聚丙烯醜胺種類很多,目前基本上都具有一定的可生物降解性,這也是研究生物降解 的重要因素,從而有利于以最小的成本來改善聚丙烯酸胺對環境的污染。
              三、微生物對各種聚丙烯酰胺的降解作用分析 (―)非離子型聚丙嫌酸胺的降解
              非離子型的聚丙烯醜胺主要是由丙烯跌胺單體進行聚合而成,主要的特性是分子鏈上 不帶有可電離的基團,在水中不會被電離,不過其分子鏈上的酸胺基卻很容易水解,所以 具有一定的陰離子電性。美國Grula等專家通過細菌植入的方式對非離子聚丙烯酸胺進行了 降解研究,發現離子聚丙烯既胺生物可降解性較好,而非離子聚丙烯酸胺的生物可降解性 較差,其降解的部分是聚丙烯醜胺分子鏈的一部分,其中敢胺部分則不能夠被生物降解。
              (二)陰離子聚丙烯酸胺的生物降解作用
              陰離子聚丙烯聯胺主要能夠通過非離子型的聚丙烯酸胺水解或者將丙烯酸胺以及丙烯 酸單體聚合形成。目前對陰離子型的聚丙嫌酸胺的生物降解研究相對比較豐畜。其中美國 Kumar等專家對其進行了實驗研究,利用一株單細胞菌實現了對陰離子聚丙烯酸胺的生物 降解。研究者曾經一度認為聚丙烯既按只能夠被用作氮源,然而近年來陰離子聚丙烯醜胺 也能夠被用作磷源的菌株進行分解,這一點我國專家李宜強等進行了實驗研究并取得了成 功。
              .(三)陽離子聚丙烯聯胺的生物降解作用
              陽離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銨和丙烯酰氧乙基三甲 基氣化銨等多種單體進行聚合形成。帶有正電荷的基團包含了叔胺鹽以及季胺鹽,這種陽 離子聚丙嫌酸胺其生物抗性更強。美國Mouiato等專家通過實驗研究表明,陽離子聚丙嫌酰 胺在好氧培養基中能夠實現部分降解,而且也能夠作為碳源被降解成C〇2,另外Grnla在對 陰離子聚丙烯醜胺和非離子聚丙烯聯胺以及陽離子聚丙烯扶胺進行綜合生物降解實驗,發 現陽離子聚丙嫌酸胺具有極強的生物毒性。
              四、徽生降解聚丙烯酰胺的新方法
              雖然微生物對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鏈骨架結 構卻表現出較強的生物抗性。如果不能夠打破ft鏈骨架,那么降解的作用就不夠明顯。所 以利用微生物進行降解,就需要更加強大的酶進行反應,然后再進行下一步的代謝。其中 美國Barr等專家利用白腐真菌降解木質素的基本原理來進行了分析,之所以白腐真菌對木 質素產生降解性,其關鍵是在于其分泌了一種氧化物海,而這種生物酶不是直接作用在分 子鏈段,而是和自由基進行反應,產生催化效應,通過后續的氧化還原反應來實現對聚合 物的講解。正是如此美國SutherlandW究了利用白腐真菌實現了對非水溶性的交聯聚丙嫌酰 胺的方法,其實驗結果真菌能夠明顯的讓聚丙嫌酸肢實現了降解。
              基于白腐真菌其特殊的性能,那么就能夠對含有聚丙烯酸胺的污水處理就可以采用下 面的方法進行。第一可以利用一些微生物分泌聯胺酶,從而對聚丙烯聯胺高分子鏈上的氨 基進行消耗。然后利用真菌在限氮或者其他營養物質的前提下,產生氧化物酶,實現對聚 丙烯廉膚自由基的催化反應,將大部分的聚丙燦酸胺分子吸收到真菌體內,進而破壞聚丙 烯默胺的碳鏈骨架結構。最后篩選具有高效的降解菌系,對聚丙嫌聯胺進行完全分解,從 而實Stxm水生物雜處理。
              五、結語
              總而言之,聚丙烯既按不再是一種抗生物降解的聚合物,其破鏈骨架在真菌的作用下 能夠有效被截斷,進而實現對整個高分子的生物降解。當然這種研究還主要停留在實驗的 層面,其廣泛的應用還需要進一步深入研究,才能夠實現對聚丙烯酸胺的高效微生物降 解。
               
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