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利用淀粉发酵产酸合成PHA的研究

作　者: 周晓杰
导　师: 赵林
学　校: 天津大学
专　业: 环境科学
关键词: 淀粉厌氧酸化聚羟基脂肪酸酯活性污泥
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)是许多微生物合成的胞内碳源储藏性物质。作为一种生物可降解塑料,它不仅具有高分子材料的热塑性,还能以可再生生物资源为基本生产原料,因而倍受关注。但是较高的成本限制了PHA的大规模使用。为了降低PHA的生产成本,近年来国内外进行了许多利用混合菌种和有机废水合成PHA的研究。本论文研究了以淀粉发酵产物为碳源合成PHA的情况,主要研究结果如下:(1)考察了水解酸化阶段温度、底物浓度、pH值和反应时间对发酵末端产物产量和组成的影响。结果发现,温度为35℃时,酸化率和挥发性脂肪酸(VFA)最高;而不同的淀粉浓度、pH值和反应时间不仅影响酸化率和发酵产物产量,而且会改变发酵产物构成。确定了最佳的酸化条件:温度35℃,淀粉浓度为4g/L,pH值为5.5,反应时间为12h。在该酸化条件下进行厌氧发酵,VFA含量为3.11g/L,其中丁酸为主,乙酸和丙酸也有一定的含量。(2)PHA合成反应过程中,研究了混合菌种对混合酸的利用速率。结果表明,混合菌种对丁酸的利用速率最快,乙酸、丙酸、戊酸消耗缓慢。反应8h后,各有机酸基本被消耗完,PHA量也达到最大值,为1.6g/L,占细胞干重的34.7%。(3)提取合成的PHA,采用气相色谱-质谱联用分析、核磁共振、热失重、差式扫描量热方法对其结构和热性质进行表征。核磁共振图谱结果分析得此PHA样品为聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)共聚物,3HV的含量占8.9 mol%。热分析结果表明,此PHA的熔点为150℃,分解温度在270℃。因此,活性污泥能够利用淀粉废水的酸化产物合成为PHBV共聚物,产物熔点低,并且具有较好的热稳定性质。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-30
  1.1 淀粉废水生产概况  7-16
    1.1.1 我国淀粉工业发展概况  7
    1.1.2 淀粉废水来源及其水质特征  7-10
    1.1.3 淀粉废水处理技术现状与发展趋势  10-16
  1.2 有机废水水解酸化处理技术  16-22
    1.2.1 厌氧发酵产酸原理  16-18
    1.2.2 厌氧发酵过程中的菌群  18-19
    1.2.3 厌氧发酵产酸的影响因素  19-22
  1.3 生物合成PHA的研究现状  22-28
    1.3.1 合成PHA的微生物  23-24
    1.3.2 合成PHA的碳源  24-25
    1.3.3 活性污泥合成PHA的影响因素  25-27
    1.3.4 不同碳源合成PHA的途径  27-28
  1.4 研究目的、意义和研究内容  28-30
    1.4.1 研究目的和意义  28-29
    1.4.2 研究内容  29-30
第二章活性污泥驯化  30-43
  2.1 分析测试项目和方法  30-33
    2.1.1 MLSS的测定  30
    2.1.2 VFA的测定  30-33
    2.1.3 酸化率  33
  2.2 厌氧活性污泥的驯化  33-39
    2.2.1 实验装置  33
    2.2.2 污泥来源  33-34
    2.2.3 驯化方法  34
    2.2.4 检测指标  34
    2.2.5 驯化结果与讨论  34-39
  2.3 活性污泥中PHA合成菌的筛选富集  39-41
    2.3.1 实验装置  40
    2.3.2 驯化原理和方法  40-41
    2.3.3 驯化结果  41
  2.4 本章小结  41-43
第三章厌氧发酵产酸规律的研究  43-57
  3.1 实验材料与方法  43-44
    3.1.1 主要实验仪器  43
    3.1.2 实验装置  43-44
    3.1.3 实验方法  44
  3.2 分析方法  44-45
  3.3 实验用水  45
  3.4 实验结果与讨论  45-56
    3.4.1 VFA标准曲线制作  45-47
    3.4.2 温度对发酵产酸结果的影响  47-48
    3.4.3 淀粉浓度对发酵产酸结果的影响  48-51
    3.4.4 pH值对发酵产酸结果的影响  51-53
    3.4.5 反应时间对发酵产酸结果的影响  53-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章利用淀粉发酵产物合成PHA  57-67
  4.1 实验器材  57
  4.2 实验装置  57-58
  4.3 实验方法  58-60
    4.3.1 好氧瞬时供料工艺  58-59
    4.3.2 PHA的合成及提取  59
    4.3.3 分析方法  59-60
  4.4 实验结果与讨论  60-66
    4.4.1 PHA的提取结果  60-61
    4.4.2 PHA合成反应中VFA的变化规律  61
    4.4.3 PHA的结构分析  61-64
    4.4.4 PHA的热性质分析  64-66
  4.5 本章小结  66-67
第五章结论与展望  67-69
  5.1 主要结论  67
  5.2 研究展望  67-69
参考文献  69-75
发表论文和参加科研情况说明  75-76
致谢  76

利用淀粉发酵产酸合成PHA的研究

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