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1、分類號:X510710-2015029004博士學(xué)位論文基于廢棄酵母的環(huán)境材料制備及性能研究馮蝶靜導(dǎo)師姓名職稱白波教授申請學(xué)位級別工學(xué)博士學(xué)科專業(yè)名稱環(huán)境工程論文提交日期2018年4月16日論文答辯日期2018年6月8日學(xué)位授予單位長安大學(xué)FabricationandPropertiesResearchofWasteYeast-BasedEcomaterialsADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：DiejingFengSupervisor：Prof.Bo
2、BaiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要隨著人類文明進(jìn)程的不斷推進(jìn)和全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，材料和能源的需求和消耗逐年增長。由此導(dǎo)致的不可再生資源的過度消耗和日益嚴(yán)重的環(huán)境問題促使人們致力于研究開發(fā)基于可再生物質(zhì)的多功能、高性能的環(huán)境材料，其中一個有效途徑是對生物質(zhì)廢棄物的資源化再利用。廢棄酵母主要是釀酒工業(yè)的副產(chǎn)物，資源豐富、價格低廉、安全無毒，具有獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生化性質(zhì)。通過固定化微生物技術(shù)，可以簡便有效地將酵母的天然特性引入到新型的環(huán)境材料中，提高附加值。本文以廢棄酵母為基質(zhì)，通過細(xì)胞壁
3、表面屬性，與載體結(jié)合或交聯(lián)固定等固定化微生物技術(shù)，構(gòu)建了一系列基于廢棄酵母的環(huán)境材料，將酵母的獨(dú)特功能與載體材料相結(jié)合，進(jìn)一步改善并提高其綜合性能。主要研究內(nèi)容如下：(1)聚丙烯酸(Polyacrylicacid,PAA)固定化酵母高吸水復(fù)合材料的制備及性能研究采用丙烯酸為單體，過硫酸鉀為引發(fā)劑，N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，通過溶液聚合反應(yīng)，在酵母細(xì)胞壁表面接枝聚合，制備PAA固定化酵母高吸水復(fù)合材料。最佳實(shí)驗(yàn)條件為：丙烯酸單體與酵母的質(zhì)量比值為8，引發(fā)劑用量為1.4wt%，交聯(lián)劑用量為0.002mol/L，單體
4、中和度為80%。所制備的PAA固定化酵母高吸水復(fù)合材料的吸水倍率高達(dá)354.2g/g，吸鹽水能力為54.9g/g，保水率為83.65%。通過酵母細(xì)胞壁和PAA上的羧基、羥基、氨基等親水性官能團(tuán)，對亞甲基藍(lán)染料的最大吸附去除率為92.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原始酵母的吸附性能。(2)聚丙烯酸/聚乙烯醇(Polyacrylicacid/polyvinylalcohol,PAA/PVA)互穿網(wǎng)絡(luò)固定化酵母復(fù)合材料的制備及其性能研究采用PVA為填充材料，丙烯酸為單體，過硫酸鉀為引發(fā)劑，N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，通過溶液聚合反應(yīng)，
5、制備PAA/PVA互穿網(wǎng)絡(luò)固定化酵母復(fù)合材料。在PAA固定化酵母復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，PVA的加入提高了熱穩(wěn)定性，吸熱峰溫度為Tm=423.9oC，PAA/PVA互穿網(wǎng)絡(luò)的形成改善了機(jī)械穩(wěn)定性，使其能夠抗剪切力。PAA/PVA互穿網(wǎng)絡(luò)固定化酵母復(fù)合材料的等電點(diǎn)約為4.8，大量羧基的存在使其吸水性能和染料吸附性能表現(xiàn)出pH敏感性，吸水倍率和染料吸附量在弱堿溶液中達(dá)到最大，且吸附機(jī)理為化學(xué)吸附，對陽離子染料具有選擇吸附性。(3)檸檬酸交聯(lián)固定化酵母復(fù)合材料的制備及其性能研究i采用檸檬酸為交聯(lián)劑，在半干狀態(tài)下與酵母細(xì)胞壁上的羥基發(fā)
6、生酯化反應(yīng)，制備了微凝膠狀的檸檬酸交聯(lián)固定化酵母復(fù)合材料，體積約為單個酵母細(xì)胞的36倍。反應(yīng)溫度為120oC時，熱化學(xué)交聯(lián)效果最佳，所制得的檸檬酸交聯(lián)固定化酵母復(fù)合材料的羧基含量為483mEq/100g，酯化度為45%，等電點(diǎn)為3.1，吸水倍率為38.1g/g，耐鹽性和pH敏感性較好。通過控制介質(zhì)溶液的pH值，檸檬酸交聯(lián)固定化酵母復(fù)合材料對酮洛芬具有控釋性能。(4)殼聚糖包埋固定化酵母復(fù)合材料的制備及其性能研究采用殼聚糖為載體，通過溶膠凝膠法，將酵母包埋在殼聚糖微球中，形成了殼聚糖包埋固定化酵母復(fù)合材料。殼聚糖通過氫鍵作
7、用形成了蜂窩狀、孔徑約為0.2μm的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。殼聚糖包埋固定化酵母復(fù)合材料不僅保留了酵母的細(xì)胞壁堅韌性、細(xì)胞儲水功能及耐受性，還綜合了殼聚糖交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的水凝膠特性，吸水倍率在酵母含量為40wt%時達(dá)到31.7g/g，且耐鹽性、pH敏感性、耐溫性、重復(fù)利用性能良好，對化肥具有pH可控釋放性能。(5)海藻酸鈉/聚乙烯醇(Sodiumalginate/polyvinylalcohol,NaAlg/PVA)包埋固定化酵母復(fù)合材料的制備及其性能研究2+采用NaAlg、PVA為載體，通過離子凝膠法，NaAlg上的?COO-基團(tuán)與Ca離
8、子絡(luò)合，凝膠成微球，將酵母包埋在微球中；通過檸檬酸的熱化學(xué)修飾，檸檬酸羧基與微球上的羥基經(jīng)酯化反應(yīng)，在微球表面交聯(lián)形成了棕褐色的擴(kuò)散保護(hù)層，由此兩步合成了直徑約為3~4mm的可生物降解的NaAlg/PVA包埋固定化酵母復(fù)合材料。最佳交聯(lián)條件為，NaAlg與檸檬酸質(zhì)量比為1:1，所制得的NaAlg/PVA包埋固定化酵母
