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化學(xué)生物學(xué)專業(yè)開題報(bào)告范例
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畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：粗毛栓菌菌絲球?qū)χ苯尤玖稀㈥栯x子染料的吸附研究
1、立題依據(jù)
隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，染料的品種和數(shù)量日益增加，其生產(chǎn)廢水已成為水環(huán)境的重點(diǎn)污染源之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在染料生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn)1噸染料，要隨廢水損失2%的產(chǎn)品。而在印染過程中損失量更大，為所用染料的10%左右[1]。根據(jù)美國(guó)C.I(Color Index)，目前的染料已有數(shù)萬種之多，它們不但具有特定的顏色，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以高分子絡(luò)合物為多，結(jié)構(gòu)很難被打破，生物降解性較低，大多都具有潛在毒性，在環(huán)境中的歸趨依賴于很多未知因子。加之染料生產(chǎn)具有品種多、批量少、更新快的特點(diǎn)，致使染料廢水難找到行之有效的處理方法[2]，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外水污染控制領(lǐng)域急需解決的一大難題。另據(jù)報(bào)道，染料廢水中含有的苯環(huán)基、偶氮基等基團(tuán)的染料使人易患膀胱癌[3]，所以即使染料廢水中殘存染料組分的濃度很低，排入水體后也會(huì)造成水體的色度明顯增加，對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害，而最終將導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞。
目前，世界染料年產(chǎn)量約為80萬噸～90萬噸，并以0.5%的速度增長(zhǎng)。我國(guó)染料的工業(yè)產(chǎn)量已達(dá)90萬噸/年，占世界染料總產(chǎn)量的25%，成為世界上最大的染料生產(chǎn)國(guó)，已成為名副其實(shí)的染料生產(chǎn)與使用大國(guó)[4]。同時(shí)，染料生產(chǎn)的品種也向多樣化方向發(fā)展，從1856年至今，染料品種已高達(dá)上萬種，各國(guó)經(jīng)常生產(chǎn)使用的約2000種[5]。按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，染料可分為：偶氮染料、蒽醌染料、靛旋染料、硫化染料、菁染料、三芳基甲烷染料和雜環(huán)染料[6]。染料屬于高度穩(wěn)定的有機(jī)物，具有耐光、耐熱、抗物理(如水洗)與化學(xué)(如洗滌品)處理、抵御生物降解等特性。染料在生產(chǎn)的過程中，大約會(huì)有10%～15%的染料隨廢水排出。染料生產(chǎn)廢水具有“三高一低”(COD高、色度高、鹽度高和BOD/COD比值低)的特點(diǎn)，屬于難生化降解的有機(jī)工業(yè)廢水[7]。目前，國(guó)內(nèi)外常用的處理方法可分為兩大類：物理化學(xué)法和生物法。物理化學(xué)法主要包括：吸附法(如活性炭吸附)、絮凝沉降法、膜過濾法、化學(xué)氧化法(如Fenton氧化法、氧化法)、輻照法、離子交換法、電解法等。一般來講物理化學(xué)法能夠獲得較高的處理效率，但是存在的主要問題是處理量較小、處理費(fèi)用較高，投加的化學(xué)藥品還會(huì)引起二次污染，因而尋求一種高效、價(jià)廉的處理方法，成為各國(guó)研究學(xué)者關(guān)注目標(biāo)。生物吸附劑能吸附多種污染物，是一種具有潛力的污染物處理方法，物理化學(xué)法相比生物吸附法以其無二次污染、可再回收利用重金屬、染料以及生物吸附劑、節(jié)能、高效等優(yōu)點(diǎn)受到廣大學(xué)者的親睞，已經(jīng)成為處理持久性有機(jī)污染物研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。
生物吸附法最早由Ruchhoft提出，以活性污泥為吸附劑去除廢水中的(Pu)。此后，國(guó)內(nèi)外研究者圍繞生物吸附劑進(jìn)行了廣泛而深入的研究。早期的生物吸附劑主要指微生物，如原核微生物中的細(xì)菌、放線菌，真核微生物中的酵母菌、霉菌等，以及藻類，但目前生物吸附劑的研究范圍已不僅限于微生物，例如吸附劑可以是動(dòng)植物碎片等無生命的生物物質(zhì)，也可以是活的植物系統(tǒng)。近年來對(duì)微生物吸附染料的研究多是利用粉末狀菌體或固定化細(xì)胞，存在固液分離難或工藝復(fù)雜，處理成本高等問題，利用微生物液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)生的菌絲球進(jìn)行吸附處理，可以克服上述問題。
20世紀(jì)80年代《Science》首次報(bào)道了白腐真菌中的黃孢原毛平革菌(Phaner- ochaete chrysosporium)能向胞外分泌降解木質(zhì)素的酶，使降解木質(zhì)素研究取得了重大進(jìn)展[8]。1983年，Glenn和Gold[9]首次證明了黃孢原毛平革菌對(duì)一些聚合染料的脫色降解作用，他們以Poly B-411、Poly R-481和Poly Y-606 三種染料為處理對(duì)象，指出這些聚合染料可以在木質(zhì)素過氧化物酶的催化下降解。1988年，Bumpus和Brock研究發(fā)現(xiàn)，黃孢原毛平草菌對(duì)堿性紫5BN這種三苯甲烷染料具有脫色降解效果。其降解過程中存在著去甲基化作用。1990年，Cripps等[10]又報(bào)道了黃孢原毛平革菌能夠降解偶氮染料和雜環(huán)染料。從此，開始了利用白腐真菌對(duì)染料工業(yè)廢水進(jìn)行脫色降解處理的規(guī)律化研究。
近年來，對(duì)于染料污水的處理研究大多集中于真菌體對(duì)染料的生物降解研究，尤其是以黃孢原毛平革菌為多，而對(duì)降解作用的前序階段——吸附作用往往關(guān)注不多。而與生物降解相比，降解過程中往往生成有毒性的中問產(chǎn)物(如苯胺)，影響染料的后續(xù)生化降解，而生物吸附法可循環(huán)多次使用生物吸附具有脫色速度快，同時(shí)對(duì)染料具吸附廣譜性，不會(huì)產(chǎn)生有毒的代謝產(chǎn)物，而且還有可能為含染料廢水的大規(guī)模處理和回收提供一條經(jīng)濟(jì)可行的途徑等優(yōu)點(diǎn)。因此近幾年，國(guó)外許多研究者正嘗試微生物生物吸附劑的開發(fā)研究，所用的微生物有細(xì)菌、酵母菌、真菌、藻類和活性污泥等，目前研究較多的重金屬生物吸附劑有釀酒酵母、黑曲霉、根霉、小球藻等[11]，如1999年，李清彪等[12]通過控制黃孢展齒革菌菌絲球的培養(yǎng)條件吸附水溶液中的鉛離子，吸附率達(dá)95%，而研究染料生物吸附劑的文獻(xiàn)很少。
由于真菌對(duì)染料吸附具有較高的廣譜性，吸附染料后的菌絲球在停止攪拌后迅速沉入水底而極易固液分離，廢水中染料可以被快速去除而排放或進(jìn)入后續(xù)處理，使真菌吸附劑用于大水量含染料廢水處理成為可能。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)霉菌吸附染料的研究較多，我國(guó)在青霉菌吸附染料的特性方面進(jìn)行了較多的研究，2007年，倪建國(guó)、李蒙英等[12]人對(duì)綠曲霉進(jìn)行了吸附脫色研究發(fā)現(xiàn)，在16℃～36℃下，綠曲霉對(duì)活性黃M-3RE的去除率在95.1%～97.9%之間，但其是在無菌條件下進(jìn)行的脫色，因而極大的限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣。
對(duì)于白腐真菌處理染料廢水的研究，自從1980年，Eaton D.報(bào)道了白腐真菌Phanerochaete chrososporium和Tinctopotia sp. 對(duì)含木質(zhì)素的紙漿和造紙廢水的生物脫色[14]，便開始了白腐真菌處理染料廢水的研究，但后續(xù)研究大多是集中在對(duì)染料降解脫色上，而于染料吸附脫色的研究較少，在我國(guó)更是很少且大多是在無菌條件下進(jìn)行的。同時(shí)目前，由于直接染料和陽離子染料與其他染料相比，具有相對(duì)分子質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、水溶性較差的特點(diǎn)，因此其染色廢水的脫色就變得更加困難，對(duì)這方面的研究很少[15]。
染料大部分為人工合成的芳香烴化合物，種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且具有色度高、難生物降解、毒性大等特點(diǎn)，是危害環(huán)境極大的一類工業(yè)廢水[16]。
近年來，染料廢水的處理有大量物理化學(xué)的方法，處理后的廢水基本上都能達(dá)標(biāo)排放，但仍含有大量有毒有害物質(zhì)不能為環(huán)境所分解。傳統(tǒng)的生物法雖可以解決部分上述問題且運(yùn)行費(fèi)用低、處理量較大，但可生化性差，不能被生物完全降解，生成的中間產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有毒性或致癌性，從而使其處理染料廢水效果不佳。
目前關(guān)于處理染料的研究大部分都趨向于利用活菌的吸附來處理染料，并且一般只能在滅菌條件下進(jìn)行，因而極大地限制了這些方法的實(shí)際應(yīng)用。而白腐真菌的菌絲球則能在開放體系對(duì)染料進(jìn)行吸附，且采用此類菌體的菌絲球不會(huì)出現(xiàn)白腐真菌降解染料的過程中產(chǎn)生較多死亡白腐真菌菌體的情況[17]，同時(shí)由于白腐真菌還能降解木質(zhì)纖維素，并且可產(chǎn)生非專一性的酶系，對(duì)許多難降解的有機(jī)化合物也有一定作用，可用于處理造紙污水、重金屬?gòu)U水等，具有誘人的應(yīng)用前景，因而對(duì)其的研究目前仍主要集中于生物降解脫色，而對(duì)生物吸附脫色卻報(bào)道的很少。
2、研究的主要內(nèi)容
本實(shí)驗(yàn)首次提出并設(shè)計(jì)出了利用粗毛栓菌的菌絲球來吸附直接染料和陽離子染料的方法：在滅菌條件下，利用菌絲球來吸附處理直接染料和陽離子染料。從而達(dá)到治理染料污水的目的，并更加接近于自然狀態(tài)下的情況，從而為它的實(shí)際應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ);同時(shí)，粗毛栓菌(T. gallica)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的、高產(chǎn)漆酶的白腐真，在本實(shí)驗(yàn)中吸附染料后的其菌絲球還能經(jīng)解析后還能多次利用，具有重要的實(shí)際意義和利用價(jià)值。
3、預(yù)期研究結(jié)果
3.1 確定粗毛栓菌菌絲球?qū)θ玖衔降淖罴褩l件
通過研究找出粗毛栓菌菌絲球?qū)θ玖衔降淖罴褩l件的最佳pH、溫度、染料濃度以及吸附時(shí)間。
3.2 初步探索出粗毛栓菌菌絲球?qū)θ玖衔降臋C(jī)制
4、論文進(jìn)度安排
第一階段：2009.4-2009.5，粗毛栓菌的活化及擴(kuò)大培養(yǎng);
第二階段：2009.5-2009.6，制備粗毛栓菌菌絲球;撰寫開題報(bào)告并準(zhǔn)備開題報(bào)告答辯。 第三階段：2009.6-2009.7，粗毛栓菌菌絲球?qū)χ苯尤玖虾完栯x子的染料吸附機(jī)制研究; 第四階段：2009.7-2009.8，在不同pH、溫度、染料濃度等條件下粗毛栓菌菌絲球?qū)θ玖系奈窖芯?
第五階段：2009.8-2009.9，對(duì)本項(xiàng)研究進(jìn)行討論、分析、評(píng)估、整理、撰寫論文。
參考文獻(xiàn)
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[4] 化工百科全書編輯部. 化工百科全書(13) [V]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1997
[5] 李慧蓉. 白腐菌對(duì)染料的脫色降解及應(yīng)用前景[J]. 染料工業(yè), chemo- heterotrophic bacteriaassociated with the in-situ bioremediation of a waste-oil contaminated site [J]. Microbial Ecology, 1993, 26(2): 161-188
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