硝酸改性秸秆水热炭结构表征与铅吸附机制研究

以玉米秸秆为原料,采用不同质量分数(10%和30%)的硝酸溶液在水热炭化前、后对样品进行改性处理,结合理化结构表征以及等温吸附模型、吸附动力学模型的拟合结果,探究了硝酸改性秸秆水热炭对铅离子的吸附机制。结果表明,经硝酸改性处理的秸秆水热炭均会形成丰富的含氧基团,水热炭化前,经HNO_(3)改性的秸秆炭(10%N-JG和30%N-JG)呈现粗糙多孔的表面形貌和发达的中孔结构,并形成了三维无序的大尺寸微晶结构;水热炭化后,经HNO_(3)改性的秸秆炭(JG 10%N和JG 30%N)产生了大量分布均匀、尺寸相近的微孔,并形成了三维有序的小尺寸微晶结构。通过对比发现,10%N-JG和30%N-JG对铅离子吸附效果最优,分别在3.5 h和3 h达到吸附平衡,理论最大吸附量可达247.51 mg/g和280.09 mg/g。10%N-JG和30%N-JG均符合准一级、准二级动力学模型以及Freundlich等温吸附模型,说明物理扩散和化学吸附在铅离子吸附过程中的作用同等重要。研究发现,秸秆水热炭主要依靠含氧官能团的化学吸附作用脱除水中的铅离子,其发达的中孔结构更有利于铅离子进入颗粒内部,增大了内部孔道上含氧基团对铅离子的捕捉机率,从而保证了水热炭对铅离子的高效吸附。

秸秆水热炭与热裂解炭结构表征及铅吸附机制研究

以玉米秸秆为原料,在不同温度下(280℃和320℃),分别采用水热炭化法和热裂解炭化法制备秸秆水热炭和热裂解炭,对比分析了两种生物质炭的结构差异,并结合等温吸附模型和吸附动力学模型研究了秸秆水热炭和热裂解炭对铅离子的吸附机制。结果表明:随着反应温度的升高,水热炭的脱氢效果更显著,形成了无序的晶体结构及丰富的表面含氧官能团;热裂解炭的脱氧效果更显著,其表面含氧官能团较少,且形成了有序的晶体结构。水热炭的孔隙率先增大、后减小,呈现致密、平滑的表面形貌;热裂解炭的孔隙率持续增加,具有显著的中孔结构特征,呈现粗糙多孔的表面形貌。秸秆水热炭和热裂解炭分别在4 h和10 h达到吸附平衡,理论平衡吸附量分别可达214.16 mg/g和133.99 mg/g。秸秆热裂解炭对铅离子吸附符合准一级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,表明其吸附反应为多分子层吸附过程;而秸秆水热炭对铅离子吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,表明其吸附反应为单分子层吸附过程。结合两种生物质炭的结构特征可知,热裂解炭主要依靠铅离子在其孔隙内的扩散运动进行物理吸附,其中大尺寸中孔的存在更有利于铅离子克服空间障碍进入孔隙,但吸附能力相对较弱,且容易脱附。络合反应是水热炭脱除水中铅离子主要机制,即含氧官能团与铅离子结合形成络合物的化学吸附,其吸附能力较强,且不容易脱附。

响应面法优化松茸蛋白的提取工艺

以松茸为原料,采用超声波辅助碱提法提取松茸蛋白,以蛋白提取率为指标进行单因素试验,并利用Box-Behnken响应面法优化松茸蛋白提取工艺,最终确定松茸蛋白提取的工艺流程。结果表明,在料液比为1∶50,超声时间为20 min,温度为74℃,pH为9.0的条件下进行碱提1.5 h,此时提取率最高,为8.30%。采用90%的饱和硫酸铵对松茸蛋白溶液进行盐析,透析和除盐后进行冷冻干燥,得到松茸蛋白干粉。试验证明经响应面法优化后的松茸蛋白提取率有明显提高,为松茸蛋白的开发与利用奠定了基础。

ldhL-ldb0094基因敲除对保加利亚乳杆菌产L-乳酸的影响

以保加利亚乳杆菌Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CICC21101为出发菌株,利用PCR扩增L-乳酸脱氢酶(ldhL)基因上下游序列ldhL1、ldhL2,获得ldhL基因缺失且包含上下游序列的片段,连接到乳酸菌专用温敏性基因敲除质粒pGhost4,将构建好的敲除载体电转入保加利亚乳杆菌CICC21101,低温筛选。结果表明,成功获得敲除ldhL基因的敲除突变株,敲除后的工程菌D-乳酸产量由30. 5g/L降为4. 8g/L,L-乳酸的产量由25. 4g/L增至58. 3g/L,光学纯度由54. 56%增至90%。同时发现ldhL-ldb0094基因的敲除致使ldhL-ldb1020表达的上调,D-乳酸脱氢酶(ldbD)基因表达量没有变化,ldhL基因敲除株的成功构建将为进一步研究该基因在保加利亚乳杆菌中的功能及后续高光学活性D-乳酸工程菌构建奠定基础。

高效表达内切葡聚糖酶酿酒酵母工程菌的构建

内切葡聚糖酶(EG)是纤维素酶的重要组分,在纤维素降解酶系中发辉重要作用。由于天然微生物来源的内切葡聚糖酶产量低,极大地制约了其生产和应用,所以对内切葡聚糖酶进行高效异源表达是解决这一问题的有效途径。为了获得高效内切葡聚糖酶酿酒酵母工程菌,本研究从纤维梭菌中克隆了内切葡聚糖酶(EG)基因,全长1996 bp,编码440个氨基酸,并与来源于酿酒酵母的PGK启动子序列、来源于pPIC9K质粒的α-信号肽序列以及来源于pSH65质粒的CYC1终止子序列通过重叠延伸PCR法构建完整表达盒(PαEGC),通过整合rDNA的方法构建内切葡聚糖酶酿酒酵母的表达载体,在酿酒酵母中进行内切葡聚糖酶的随机多拷贝表达。利用微滴数字PCR鉴定内切葡聚糖酶拷贝数,并探索拷贝数与蛋白表达量之间的关系。通过rDNA整合法获得了拷贝数为1、3、4、7、9、11、15、16、19、21、22、23的内切葡聚糖酶酿酒酵母工程菌,结果表明当拷贝数为15时,酶活性最高,为351 U/mL。本研究成功构建了内切葡聚糖酶酿酒酵母工程菌,为其他工业酶异源高效表达提供参考和借鉴。