秸秆分解产物光致过氧化氢对铜绿微囊藻抑制效能研究

发布时间：2017-08-14 16:02

  本文关键词：秸秆分解产物光致过氧化氢对铜绿微囊藻抑制效能研究

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【摘要】：水体富营养化带来的日益严重的藻类问题,特别是近几十年水华的频繁发生,给人类的生产、生活带来了严重的危害,同时也造成了严重的生态灾难。这些问题会因为人类活动和自然过程导致的营养物浓度上升变得越来越突出。与此同时,全球范围内对水质的改善需求越来越强烈。因此,探求绿色高效的藻类污染控制方法迫在眉睫。目前,国内外提出治理藻类爆发的方法多种多样,但均面临一定的局限性和二次污染问题。近年来发展起来的利用秸秆控藻方法具有绿色环保、成本低廉的优势,深入研究秸秆抑藻机制对于我国水环境藻类控制方面极具现实意义。但是人们对秸秆抑藻涉及的光化学机理还缺乏认识,导致秸秆抑藻技术缺乏明确的理论支持,限制其在实际工程中的应用。本课题选取我国常见的稻秆、大麦秆和小麦秆为材料,采用波谱分析、活性氧表观量子产率测定、藻类叶绿素a分析、活性氧淬灭等检测技术和手段,从秸秆分解过程和分解产物、秸秆分解产物光致活性氧生成、活性氧中过氧化氢抑藻作用等方面开展秸秆分解产物特性及光化学抑藻效能研究。通过对秸秆分解产物结构及吸光特性考察发现,秸秆分解产物中均含有醌类和酚类官能团,与标准河水腐殖酸SRHA、富里酸SRFA结构相似,这类溶解性有机质是天然水体中重要的光敏剂,能够吸收光子能量发生光敏反应,抑制藻类生长。此外,提高水体中溶解氧含量,能够增加秸秆分解产物含氧官能团种类,有助于秸秆分解产物光化学反应中活性氧ROS的生成。好氧分解的大麦秆表现出特殊的光谱特性(高酚羟基浓度,低E2/E3值),大麦秆中含有的类蛋白结构表明在分解过程中真菌或细菌的作用可能是导致其特殊性的主要原因,不仅改变了分解产物结构,而且产生其他的有机物质。稻秆和小麦秆分解产物中仅出现了类富里酸结构。在光照辐射下,秸秆分解产物均能够发生光化学反应生成ROS(1O2、H_2O_2、·OH),好氧分解秸秆的ROS生成能力高于自然分解。具有特殊光谱特性的大麦秆分解产物表现出显著的H_2O_2和·OH生成能力。好氧分解大麦秆22OHF(14.73?10-5)约为SRHA的3倍,自然分解大麦秆22OHF略高于SRHA;稻秆分解产物22OHF略低于SRHA和SRFA,但高于小麦秆,秸秆分解产物生成·OH的表观量子产率与H_2O_2呈相似规律。SRFA生成1O2的能力高于秸秆分解产物,好氧分解小麦秆21OF(2.75?10-3)略低于SRFA,高于SRHA,约为好氧分解大麦秆的1.5倍。秸秆光化学抑藻实验表明,秸秆分解产物的光敏作用对铜绿微囊藻的生长具有显著的抑制效果,在秸秆分解产物光敏化产生的三种活性氧ROS中,H_2O_2对铜绿微囊藻的抑藻效果约占总抑制效能的70%-80%。因此,具有高H_2O_2生成能力的好氧分解大麦秆对铜绿微囊藻的生长能够发挥快速、明显的抑制效果。
【关键词】：秸秆 分解产物 光敏反应 活性氧 抑藻
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;X712
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 水体富营养化与藻类水华10-13
• 1.1.1 水体富营养化概况10-11
• 1.1.2 藻类水华爆发的主要原因及特征11-12
• 1.1.3 藻类水华形成的主要危害12-13
• 1.2 藻类水华暴发水体修复的主要技术手段13-14
• 1.2.1 物理法控藻技术13-14
• 1.2.2 化学法控藻技术14
• 1.2.3 生物法控藻技术14
• 1.3 新兴绿色环保控藻技术14-15
• 1.4 基于植物化感作用的秸秆控藻技术研究现状15-21
• 1.4.1 秸秆抑藻机理15-16
• 1.4.2 秸秆遮光作用机理16
• 1.4.3 秸秆化学作用机理16
• 1.4.4 秸秆毒性作用机理16-21
• 1.5 国内外作物秸秆处置及利用现状21-22
• 1.6 课题研究内容及意义22-24
• 1.6.1 研究意义22-23
• 1.6.2 研究内容23-24
• 1.6.3 技术路线24
• 1.7 课题特色与创新之处24-26
• 2 秸秆分解有机物差异性研究26-46
• 2.1 实验材料26-28
• 2.1.1 实验试剂与仪器26-27
• 2.1.2 分解秸秆的选取27-28
• 2.1.3 标准天然有机物溶液的配制28
• 2.2 实验方法28-32
• 2.2.1 秸秆分解实验方法28-29
• 2.2.2 表征秸秆分解过程中有机物含量变化29-30
• 2.2.3 秸秆分解有机物TOC-pH测定30-31
• 2.2.4 秸秆分解有机物紫外光谱扫描31
• 2.2.5 秸秆分解有机物傅里叶红外光谱扫描31-32
• 2.2.6 秸秆分解有机物官能团滴定32
• 2.2.7 秸秆分解有机物三维荧光光谱扫描32
• 2.3 结果与分析32-43
• 2.3.1 秸秆分解过程中有机物变化32-35
• 2.3.2 TOC-pH及官能团滴定结果35-37
• 2.3.3 UV-vis光谱扫描结果37-39
• 2.3.4 傅里叶红外光谱扫描结果39-41
• 2.3.5 三维荧光光谱扫描结果41-43
• 2.4 本章小结43-46
• 3 秸秆分解有机物光化学特性研究46-68
• 3.1 实验试剂与仪器46-47
• 3.2 实验方法47-53
• 3.2.1 秸秆分解产物光化学反应实验方法47-48
• 3.2.2 秸秆分解产物光敏生成H_2O_2的检测方法48-49
• 3.2.3 秸秆分解产物光敏生成 1~O2的检测方法49-51
• 3.2.4 秸秆分解产物光敏生成·OH的检测方法51-53
• 3.3 结果与分析53-66
• 3.3.1 秸秆分解产物光致活性氧生成表观量子产率53-54
• 3.3.2 秸秆分解产物光致H_2O_2生成效能评价54-59
• 3.3.3 秸秆分解产物光致1~O2生成效能评价59-63
• 3.3.4 秸秆分解产物光致·OH生成效能63-66
• 3.4 本章小结66-68
• 4 秸秆光敏生成过氧化氢在抑制铜绿微囊藻生长中的地位68-82
• 4.1 实验试剂与仪器68-70
• 4.1.1 铜绿微囊藻的培养68-69
• 4.1.2 实验试剂与仪器69-70
• 4.2 实验方法70-73
• 4.2.1 铜绿微囊藻叶绿素a浓度测定方法70-71
• 4.2.2 铜绿微囊藻抑制效能计算71
• 4.2.3 影响过氧化氢酶对秸秆分解产物抑藻活性的因素71-73
• 4.2.4 过氧化氢酶对秸秆分解产物抑藻效能的影响73
• 4.3 实验结果与分析73-80
• 4.3.1 影响过氧化氢酶对秸秆分解产物抑藻活性的因素73-77
• 4.3.2 过氧化氢酶对秸秆分解产物抑藻效能的影响77-80
• 4.4 本章小结80-82
• 5 结论与展望82-84
• 5.1 研究结论82-83
• 5.2 研究展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-92
• 附录92
• A 作者在攻读硕士学位期间所发表的文章92
• B 作者在攻读硕士学位期间授权的专利92

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本文编号：673471