氧化还原介体厌氧催化酸性红B 生物脱色研究

李芳陈一宁李盈周晓飞

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偶氮染料因具有色度高、成分复杂、可生化性差的特点，成为染料废水处理研究的热点和难点[1,2]。目前，偶氮染料废水脱色的方法主要有活性碳吸附法、膜分离法、混凝法、Fenton试剂法、电化学法、生物法等，其中厌氧生物处理因具有脱色效果好、运行费用低等特点，应用最为广泛[3]。但厌氧阶段反应速度缓慢也成为制约其发展的关键所在。近年来研究表明，通过投加氧化还原介体可使偶氮染料生物脱色反应速率增加一至几个数量级，间接提高染料废水的脱色速率[4,5]。有关醌介体催化偶氮染料生物降解途径的报道较少。因此，本研究考察了四种醌介体对酸性红B生物脱色的催化效果，初步探讨了醌介体催化酸性红B生物脱色的机理，以期为实际应用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验药品

1.1.1 LB培养基：酵母粉 5.0 g·L-1，胰蛋白胨 10.0 g·L-1，NaCl5.0 g·L-1。

1.1.2 实验所用醌介体：蒽醌-1-磺酸钠(α-AQS)、蒽醌-2-磺酸钠 (AQS)、蒽醌-2,6-二磺酸钠 (AQDS)和蒽醌-2,7-二磺酸钠(2,7-AQDS)，均为分析纯。

1.2 醌介体加速酸性红B生物脱色实验

取对数生长期条件下的实验菌，接种到LB培养基中进行好氧培养，待菌群生长至OD660nm值为0.25时，转入密封血清瓶，加入酸性红B，浓度为150mg/L，在培养箱进行厌氧培养，静置无光照，定时取样测定。

1.3 分析项目及方法

1.3.1 酸性红B浓度的测定：采用分光光度法，其可见分光区特征吸收峰的波长为514nm（上海光谱公司：722E可见分光光度计）。

1.3.2 酸性红B生物降解过程UV扫描谱图：设定波长扫描范围为200～600nm，扫描时间为反应进行0、2、4h。（上海天美科学仪器有限公司：UV2600紫外-可见分光光度计）

2 结果与讨论

2.1 四种醌介体对酸性红B生物脱色效率的影响

以实验设定条件为基础，进行醌介体对酸性红B生物脱色实验。脱色过程中定时取样分析（1h），结果如图1所示。

图1 四种醌介体对酸性红B的降解对比

由图1可看出：①四种醌介体均对酸性红B厌氧生物脱色具有加速作用，其加速可能的原因：实验菌株在降解酸性红B的过程中，可进行醌呼吸将电子传递链上的电子传递给醌介体并将其还原为氢醌，醌-氢醌间的氧化还原反应是可逆的，氢醌又可被氧化成醌并将电子传递给电子受体（酸性红B），醌介体在醌呼吸菌、电子受体（酸性红B）间起到加速电子传递的作用，而这种醌-氢醌氧化还原体系在生理生化过程中具有重要意义。生物体的氧化还原作用是以脱氢氧化和加氢还原的方式进行的，整个过程需在微生物体内酶的参与下完成[6]。②四种醌介体加速效果不同，加速快慢顺序为：AQS＞2,7-AQDS＞AQDS＞α-AQS，催化效果存在差异原因可能在于，一方面受到醌介体化学结构活性的影响，另一方面，醌介体的投加可有效降低反应体系的氧化还原电位和酸性红B脱色所需活化能，从而达到催化酸性红B生物降解的效果，但四种醌介体降低程度不同，导致催化效果的差异性[7]。

2.2 AQS对酸性红B生物脱色过程谱图变化影响

依据2.1中实验结果，以催化效果最佳的AQS为醌介体模型化合物，采用紫外-可见(UV)光谱法对AQS催化酸性红B的生物脱色过程展开进一步研究，分别以0,2,4 h取样扫描，结果如图2所示。

图2 AQS催化酸性红B生物降解UV光谱图

由图2可看出，在0～4h过程中，514 nm处吸光度逐渐消失，即酸性红B分子结构中的共轭发色体系即偶氮键已逐渐被氧化破坏，近紫外的大部分吸收峰也呈明显下降趋势，同时在230 nm附近的峰值保持在较为稳定的范围内，说明以AQS为生物催化剂的苯环未被破坏，始终保持其结构的完整性，而在220nm左右的苯环不饱和共轭体系在逐渐降低。这与相关文献[8]报道的传统酸性红B厌氧生物脱色过程一致，表明AQS在催化酸性红B电解脱色的同时，并未改变其脱色降解路径。

3 结论

3.1 四种醌介体均对酸性红B厌氧脱色有加速作用，但催化效果不同，加速快慢顺序为:AQS＞2,7-AQDS＞AQDS＞α-AQS。

3.2 AQS在催化酸性红B生物脱色的同时，并未改变其脱色降解路径。

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[8]崔姗姗,徐宏勇,周思辰,等.氧化还原介体对偶氮染料厌氧脱色的影响[J].哈尔滨理工大学学报,2008,13(2):103-106.