基本信息
- 项目名称：
- 皮革加脂剂乳化度对其生物降解性的影响研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本论文将加脂剂降解过程作为中性油和乳化成分的共基质降解过程，以多底物细胞生长动力学模型为理论基础，提出加脂剂的降解由其中性油与乳化成分结构和其乳化度三个因素所决定，并对所推导出如下所示的加脂剂乳化度与其生物降解性的半理论模型进行实验统计学验证。
- 详细介绍：
- 本论文以十二烷基硫酸钠为乳化剂，蓖麻油为中性油，采用外乳化法制备不同乳化度的加值剂，并以COD值表征加脂剂的生物降解速率，以多底物微生物生长通用模型为基础，与Monod模型联立得出模型公式，将不同乳化度加脂剂的Monod降解模型参数实验计算结果代入模型，进行统计学检验的方差分析，并验证该模型的合理性。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 加脂剂主要由中性油和乳化成分组成，本项目旨在研究其中性油和乳化成分的组分比是否会对加脂剂的生物降解性产生影响，并了解影响的程度大小。 该项目通过制备不同组分比的加脂剂，并测定其不同浓度下的比降解速率，确定不同组分比下的降解动力学特征参数，研究其各组分比降解动力学参数之间的关系，建立加脂剂各组分比与其生物降解性的剂量-效应模型。
科学性、先进性及独特之处
- 前人研究已确立加脂剂乳化成分亲水基团和中性油脂肪酸结构对加脂剂生物降解性的影响，同时前人研究均以单基质降解理论研究加脂剂降解的结构-效应关系，而本项目将加脂剂降解过程作为中性油和乳化成分的共基质降解过程，以多底物细胞生长动力学模型为理论基础，提出加脂剂的降解由其中性油、乳化成分和其组分比三个因素所决定，并对所推导出的加脂剂各组分比与其生物降解性的半理论模型进行实验验证，该模型国内外均未见相关报道。
应用价值和现实意义
- 皮革工业对环境的污染问题已成为制约皮革产业发展的瓶颈，环境友好型化学品是皮革化学品的重要发展方向。本项目成果可反映加脂剂的乳化度对其生物降解性的影响，对环境友好型皮革加脂剂的产品设计具有一定的指导意义，同时可为皮革厂对环境友好型的加脂剂选择提供理论依据。
学术论文摘要
- 本文将加脂剂降解过程作为中性油和乳化成分的共基质降解过程，提出加脂剂的降解由其中性油与乳化成分结构和其乳化度三个因素所决定。研究发现当加脂剂溶液浓度大于1000mg/L(初始COD浓度＞2000mg/L)时，乳化度对加脂剂生物降解性具有较明显的影响，同时在加脂剂生物降解过程中，两种组分之间存在竞争性抑制作用和界面促进作用两种影响方式，确定了乳化度对加脂剂生物降解影响的方式；同时研究结果还表明，对于十二烷基硫酸钠外乳化蓖麻油加脂剂，当乳化度在0.6左右时，加脂剂的生物降解性能最好，而当加脂剂乳化度在0.48066时，乳化成分对中性油生物降解界面促进作用最大，即中性油对乳化成分生物降解的抑制作用最大；另外本文以多底物细胞生长动力学模型为理论基础，研究不同乳化度加脂剂的生物降解性研究其生物降解性能变化特征，建立了与乳化度相关的如下所示的加脂剂降解半经验动力学模型。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Zhaoyang Luo, Chunchun Xia, et al. The Biodegradabilities of Different Oil-Based Fatliquors [J]. Journal of the American Oil Chemists' Society, Published Online: 7/12/2010. [2] 李彦春,郑力文,刘洁,陈玉峰,吴渝玉. 基于动力学模型的加脂剂生物降解性研究[J]. 中国皮革, 2011(9):9-13. [3] E Stumm Zollinger. Effects of Inhibition and Repression on the Utilization of Substrates by Heterogeneous Bacterial Communities [J]. Applied and Environmental Microbiology, 1966 14(4): 654-664. [4] Yoon H, Klinzing G, Blanch HW. Competition for mixed substrates by microbial populations [J]. Biotechnol Bioeng 1977(19):11930–1210. [5] M.Isabel del-Va1, Cfisfina Otero. Kinetic and spectroscopic behaviour of a lipase—microgel derivative in aqueous and micellar media[J]. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2007(4): 137-147.
同类课题研究水平概述
- 王学川、任永强等人采用呼吸曲线等方法研究了初始浓度和pH值、温度等因素对氧化-亚硫酸化菜籽油加脂剂生物降解的影响，确定了该加脂剂的最佳生物降解环境因子；马佳、周玲等人则以BOD5和COD降解率为表征，研究了制革生产中六种常用加脂剂的生物降解性能，对不同中性油的硫酸化加脂剂进行了排序，得到了以天然油脂为中性油的加脂剂生物降解性优于矿物油加脂剂的结论。范浩军、罗朝阳等人研究了不同亲水基团和脂肪酸结构对皮革加脂剂生物降解性的影响，得出加脂剂双键与羟基数量和其生物降解性正相关。而本课题组则基于降解动力学模型，研究了不同亲水基团的牛蹄油生物降解性能，提出阴离子和非离子加脂剂在低基质浓度（＜1000mg/L）下其结构与微生物的亲和性是影响其生物降解性能的主要因素。加脂剂的生物降解性能主要由其与活性污泥的亲和性所决定。这些研究结果为环境友好型加脂剂的分子设计起到了一定的指导作用，但以往的研究均是以单一限制基质降解理论为基础，将加脂剂作为一种单一化合物，研究加脂剂降解的结构-效应(或剂量-效应)关系，然而加脂剂作为复合物，主要包括中性油和乳化成分两种主要成分，而两种组分的生物降解路径并不是完全一致，因此加脂剂生物降解的本质是复合污染物生物降解过程。双限制性底物降解之间存在着竞争性抑制作用，同时由于加脂剂的自身特点，其乳化成分还存在增加脂肪酸酯结构的中性油可生物利用性的可能性，同时乳化成分的分子结构实际是一种表面活性剂，因此当在水体基质条件下加脂剂乳化成分的增加存在有效提高基质底部气质传递效率的可能性。因此加脂剂乳化度的不同会对加脂剂生物降解性能产生影响。而关于皮革加脂剂乳化度对其生物降解性的影响目前在国内外还未见报道。
