新分離菌株對燃料油中有機硫的代謝途徑及脫硫特性研究.pdf

1、燃料油燃燒引起的SO2排放是形成酸雨的主要原因。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對高品質(zhì)清潔燃油的需求越來越大，而現(xiàn)狀則是高含硫原油的不斷增加，日益嚴格的環(huán)境控制標準迫切需要開發(fā)燃燒前深度脫硫技術(shù)。生物脫硫(Biodesulfurization，BDS)技術(shù)具有選擇性高、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備投資和操作費用低等優(yōu)點，是可能取代或補充傳統(tǒng)的加氫催化脫硫，實現(xiàn)燃料油深度脫硫最有效的技術(shù)之一。本論文圍繞新分離的專一性脫硫菌株分支桿菌(Mycobacter

2、iumsp.)ZD-19，研究了該菌的生長脫硫特性，各種有機硫化合物的代謝途徑以及模擬燃料油中休止細胞的脫硫特性。 首先，分離、篩選得到高活性的專一性脫硫菌。根據(jù)脫硫微生物的生長特性和代謝機理，從采集的不同污泥和土樣中分離得到7株以4S途徑代謝，專一切斷二苯并噻吩(Dibenzothiophene，DBT)中C-S鍵，生成2-羥基聯(lián)苯(2-Hydroxybiphenyl，2-HBP)的菌株。通過對菌株脫硫活性和特性比較，本實驗選

3、擇19＃菌株進一步研究。16SrDNA的鑒定表明，19＃菌株屬于分枝桿菌屬(Mycobacteriumsp.)，命名為ZD-19。 第二，考察新分離的分支桿菌ZD-19的脫硫能力。ZD-19具有較廣的底物脫硫范圍，除能以DBT為硫源生長外，還能分別以噻吩(Thiophene，TH)、苯并噻吩(Benzothiophene，BTH)、4,6-二甲基二苯并噻吩(4，6-Dimethyldibenzothiophene，4,6-DMD

4、BT)和二苯硫醚(Diphenylsulfid，DPS)為硫源生長，ZD-19休止細胞對各種有機硫化合物脫硫能力依次為TH＞BTH＞DPS＞DBT＞4,6-DMDBT，顯示了較好的燃料油生物脫硫工業(yè)應(yīng)用前景。同時，從DBT和4,6-DMDBT混合硫化物脫硫情況來看，ZD-19對兩種底物的脫硫是同時進行的，總硫的脫硫活性只與含硫底物的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。 第三，研究ZD-19對不同有機硫化物的代謝途徑。通過GC-MS檢測分析，DBT代

5、謝產(chǎn)生的終產(chǎn)物為2-甲氧基聯(lián)苯(2-Methoxybiphenyl，2-MBP)，可能是從傳統(tǒng)4S代謝產(chǎn)物2-HBP苯環(huán)上連接的羥基甲基化生成，延伸了傳統(tǒng)的4S途徑。菌株代謝DBT烷烴取代物如4,6-DMDBT時，同樣能把單羥基二甲基DBT的羥基甲基化，進一步證明了ZD-19具有延伸4S途徑的代謝特性。另外，ZD-19代謝二苯硫醚的產(chǎn)物分析研究發(fā)現(xiàn)，ZD-19將二苯硫醚氧化成水溶性的二苯硫醚亞砜和砜，但沒有檢測到進一步的氧化使硫從二苯硫

6、醚分子中釋放出來。這條氧化途徑類似于DBT脫硫中的Kodama途徑。 傳統(tǒng)4S途徑的代謝終產(chǎn)物2-HBP具有生物毒性，對ZD-19細胞生長和脫硫均存在抑制。當初始2-HBP投加濃度0.1mmol/L時，細胞生長減少一半；隨著2-HBP濃度增加到0.5mmol/L，細胞基本停止生長，休止細胞的脫硫活性也被抑制，只為初始活性的2/3；當2-HBP濃度增加到2.0mmol/L，休止細胞喪失脫硫能力。根據(jù)GC-MS分析，在ZD-19休止

7、細胞降解DBT過程中，DBT的降解產(chǎn)物2-HBP會被完全轉(zhuǎn)化，生成新產(chǎn)物2-MBP。2-MBP相比于2-HBP，極性較小，可能對細胞的毒性也較小，分支桿菌ZD-19區(qū)別于傳統(tǒng)4S途徑的代謝特性，可能有助于部分消除產(chǎn)物對細胞生長和脫硫的抑制。 第四，以正十六烷為模擬油相，考察油水相比、細胞濃度、DBT濃度等對休止細胞脫硫活性的影響。實驗結(jié)果表明，正十六烷的加入能促進ZD-19休止細胞的脫硫反應(yīng)，但是油包水的狀態(tài)會使休止細胞受到毒害