化學(xué)生物學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)題報告(化學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)題報告)

化學(xué)生物學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)題報告

化學(xué)生物學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)題報告

題目：粗毛栓菌菌絲球對直接染料、陽(yáng)離子染料的吸附研究

1、立題依據

隨著(zhù)紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，染料的品種和數量日益增加，其生產(chǎn)廢水已成為水環(huán)境的重點(diǎn)污染源之一。據統計，在染料生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中損失量更大，為所用染料的10%左右[1]。根據美國C.I(Color Index)，目前的染料已有數萬(wàn)種之多，它們不但具有特定的顏色，而且結構復雜，以高分子絡(luò )合物為多，結構很難被打破，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(lài)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]，是當前國內外水污染控制領(lǐng)域急需解決的一大難題。另?yè)蟮溃玖蠌U水中含有的苯環(huán)基、偶氮基等基團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，對水體生態(tài)系統造成嚴重的危害，而最終將導致水體生態(tài)系統的破壞。

目前，世界染料年產(chǎn)量約為80萬(wàn)噸～90萬(wàn)噸，并以0.5%的速度增長(cháng)。我國染料的工業(yè)產(chǎn)量已達90萬(wàn)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，已成為名副其實(shí)的染料生產(chǎn)與使用大國[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，染料品種已高達上萬(wàn)種，各國經(jīng)常生產(chǎn)使用的約2000種[5]。按其化學(xué)結構，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]。染料屬于高度穩定的有機物，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(guò)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工業(yè)廢水[7]。目前，國內外常用的處理方法可分為兩大類(lèi)：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(guò)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(lái)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(wèn)題是處理量較小、處理費用較高，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，成為各國研究學(xué)者關(guān)注目標。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(wú)二次污染、可再回收利用重金屬、染料以及生物吸附劑、節能、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，國內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菌、放線(xiàn)菌，真核微生物中的酵母菌、霉菌等，以及藻類(lèi)，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(wú)生命的生物物質(zhì)，也可以是活的植物系統。近年來(lái)對微生物吸附染料的研究多是利用粉末狀菌體或固定化細胞，存在固液分離難或工藝復雜，處理成本高等問(wèn)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(wèn)題。

20世紀80年代《Science》首次報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 三種染料為處理對象，指出這些聚合染料可以在木質(zhì)素過(guò)氧化物酶的催化下降解。1988年，Bumpus和Brock研究發(fā)現，黃孢原毛平草菌對堿性紫5BN這種三苯甲烷染料具有脫色降解效果。其降解過(guò)程中存在著(zhù)去甲基化作用。1990年，Cripps等[10]又報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(kāi)始了利用白腐真菌對染料工業(yè)廢水進(jìn)行脫色降解處理的規律化研究。

近年來(lái)，對于染料污水的處理研究大多集中于真菌體對染料的生物降解研究，尤其是以黃孢原毛平革菌為多，而對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(guò)程中往往生成有毒性的中問(wèn)產(chǎn)物(如苯胺)，影響染料的后續生化降解，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模處理和回收提供一條經(jīng)濟可行的途徑等優(yōu)點(diǎn)。因此近幾年，國外許多研究者正嘗試微生物生物吸附劑的開(kāi)發(fā)研究，所用的微生物有細菌、酵母菌、真菌、藻類(lèi)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(guò)控制黃孢展齒革菌菌絲球的培養條件吸附水溶液中的鉛離子，吸附率達95%，而研究染料生物吸附劑的文獻很少。

由于真菌對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。目前國內外對霉菌吸附染料的研究較多，我國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、李蒙英等[12]人對綠曲霉進(jìn)行了吸附脫色研究發(fā)現，在16℃～36℃下，綠曲霉對活性黃M-3RE的去除率在95.1%～97.9%之間，但其是在無(wú)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。

對于白腐真菌處理染料廢水的研究，自從1980年，Eaton D.報道了白腐真菌Phanerochaete chrososporium和Tinctopotia sp. 對含木質(zhì)素的紙漿和造紙廢水的生物脫色[14]，便開(kāi)始了白腐真菌處理染料廢水的研究，但后續研究大多是集中在對染料降解脫色上，而于染料吸附脫色的研究較少，在我國更是很少且大多是在無(wú)菌條件下進(jìn)行的。同時(shí)目前，由于直接染料和陽(yáng)離子染料與其他染料相比，具有相對分子質(zhì)量大、結構復雜、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(lèi)繁多、結構復雜，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(lèi)工業(yè)廢水[16]。

近年來(lái)，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標排放，但仍含有大量有毒有害物質(zhì)不能為環(huán)境所分解。傳統的生物法雖可以解決部分上述問(wèn)題且運行費用低、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)物結構復雜、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(lái)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)際應用。而白腐真菌的菌絲球則能在開(kāi)放體系對染料進(jìn)行吸附，且采用此類(lèi)菌體的菌絲球不會(huì )出現白腐真菌降解染料的過(guò)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(zhuān)一性的酶系，對許多難降解的有機化合物也有一定作用，可用于處理造紙污水、重金屬廢水等，具有誘人的應用前景，因而對其的研究目前仍主要集中于生物降解脫色，而對生物吸附脫色卻報道的很少。

2、研究的主要內容

本實(shí)驗首次提出并設計出了利用粗毛栓菌的菌絲球來(lái)吸附直接染料和陽(yáng)離子染料的方法：在滅菌條件下，利用菌絲球來(lái)吸附處理直接染料和陽(yáng)離子染料。從而達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)際應用奠定一定的基礎;同時(shí)，粗毛栓菌(T. gallica)是近年來(lái)發(fā)現的一種新的、高產(chǎn)漆酶的白腐真，在本實(shí)驗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、預期研究結果

3.1 確定粗毛栓菌菌絲球對染料吸附的最佳條件

通過(guò)研究找出粗毛栓菌菌絲球對染料吸附的最佳條件的最佳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對染料吸附的機制

根據不同條件下粗毛栓菌菌絲球對染料的吸附結果，推測其吸附機制。

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大培養;

第二階段：2009.5-2009.6，制備粗毛栓菌菌絲球;撰寫(xiě)開(kāi)題報告并準備開(kāi)題報告答辯。 第三階段：2009.6-2009.7，粗毛栓菌菌絲球對直接染料和陽(yáng)離子的染料吸附機制研究; 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對染料的吸附研究;

第五階段：2009.8-2009.9，對本項研究進(jìn)行討論、分析、評估、整理、撰寫(xiě)論文。

參考文獻

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[3] 石油化學(xué)工業(yè)部化工設計院. 污染環(huán)境的工業(yè)有害物[M]. 北京: 石油化學(xué)工業(yè)出版社. 1976, 247-253

[4] 化工百科全書(shū)編輯部. 化工百科全書(shū)(13) [V]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1997

[5] 李慧蓉. 白腐菌對染料的脫色降解及應用前景[J]. 染料工業(yè), chemo- heterotrophic bacteriaassociated with the in-situ bioremediation of a waste-oil contaminated site [J]. Microbial Ecolog

化學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)題報告

化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生主要學(xué)習化學(xué)方面的知識。本文將介紹化學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)題報告。

化學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)題報告(1)

(論文)題目：年產(chǎn)20萬(wàn)噸甲醇工藝初步設計

綜述本課題研究動(dòng)態(tài)、選題目的及意義 研究動(dòng)態(tài)：

類(lèi)比圖像是以日常事物和生活情景為主要內容，并且能夠實(shí)現類(lèi)比作用的圖像。目前，圖像系統包括類(lèi)比圖像、模型圖像、演示圖像等。其中類(lèi)比圖像是以日常事物和生活環(huán)境(類(lèi)比物)中學(xué)習者所熟悉的內容為依托來(lái)實(shí)現類(lèi)比作用的圖像，并且與類(lèi)比的概念(標準物)具有表面、結構或功能上的相似性。對于美國高中化學(xué)教材(《化學(xué)：概念與應用》)中的類(lèi)比圖像設計很有特色，對于我國的化學(xué)教育者設計類(lèi)比圖像有一定的啟示。

目的及意義：

教科書(shū)的插圖功能作出明確界定,插圖分別具有表征、解釋、組織、轉換和裝飾等5種功能。圖像類(lèi)比含有解釋功能,不僅避免冗長(cháng)的文字敘述,而且以直觀(guān)、簡(jiǎn)明的特點(diǎn)傳遞復雜、抽象的科學(xué)概念,對學(xué)習者的學(xué)習過(guò)程有正面幫助。在教科書(shū)中使用圖像類(lèi)比,有助提高教師教學(xué)活動(dòng)的質(zhì)量和學(xué)習者的學(xué)習成效。新的教材觀(guān)認為教科書(shū)只是提供教學(xué)范例和素材的文本,其價(jià)值在于內容的動(dòng)態(tài)生成。但是教科書(shū)作為師生互動(dòng)的、最有影響力的教學(xué)資料,圖像類(lèi)比的使用情況具有不容低估的意義。

研究基本內容、擬解決的主要問(wèn)題

一、經(jīng)過(guò)廣泛查閱相關(guān)資料選定化學(xué)教學(xué)方法

二、工藝設計

1、選定工藝的概述(意義、前景、詳細工藝流程等)

2、(1)物料衡算并繪制物料流程圖;

(2)對換熱器進(jìn)行熱量衡算，計算出換熱面積;

(3)主要設備選型說(shuō)明;

(4)填寫(xiě)設備一覽表。

三 、繪制管道及儀表流程圖

(1)計算主要管道的管徑;

(2)設計控制方式;

(3)繪制管道及儀表流程圖。

四、用aspen plus軟件進(jìn)行流程模擬

研究方法、步驟及措施 方法： 1 、調查研究 2、 設計 3、 模擬與論證

步驟： 1、通過(guò)調查研究選定工藝設計的方法 2、對選定的工藝方法進(jìn)行

設計 3、運用aspen plus軟件進(jìn)行流程模擬

措施： 1、廣泛查閱相關(guān)資料 2、運用aspen plus、cad、chem office軟件進(jìn)行相關(guān)計算、制圖。

研究進(jìn)度計劃

XX年12月之前： 確定研究課題，進(jìn)一步查閱相關(guān)文獻資料，完成開(kāi)題報告。

XX年3月30日前： 完成設計初稿，提交指導教師。

XX年4月20日前： 完成設計第二稿，提交指導教師。

XX年5月10日前： 完成設計第三稿，提交指導教師，準備答辯。

XX年5月25日前： 根據答辯意見(jiàn)，修改論文。

【化學(xué)專(zhuān)業(yè)從業(yè)分析】

化學(xué)專(zhuān)業(yè)為學(xué)生提供化學(xué)知識方面的職業(yè)才能，同時(shí)，還開(kāi)設包括數學(xué)、物理和生物在內的輔助性的課程。除了使學(xué)生掌握具體科學(xué)基礎知識外，該專(zhuān)業(yè)還培養學(xué)生具有判斷力的思維、試驗技術(shù)、解釋觀(guān)察以及清晰表達思維等能力。

打算從事化學(xué)職業(yè)的學(xué)生將樂(lè )于獨立工作。他們將有超出一般水平的科學(xué)和數學(xué)天賦，有用自己雙手勞動(dòng)，使用技術(shù)材料和操作實(shí)驗的靈巧性。堅韌、耐心、好奇心、獨立、創(chuàng )造力和關(guān)心細節是職業(yè)化學(xué)家必須具備的基本品質(zhì)。

在雙專(zhuān)業(yè)中，學(xué)生可能會(huì )選擇生物與化學(xué)的結合。