三苯基甲烷染料的微生物脱色

合成染料是一类重要的有机化合物，广泛应用于纺织、造纸、胶片、皮革、塑料、食品、化妆品和医药行业。目前，我国合成染料和颜料行业的年产量已超过100万吨。在生产和使用过程中，每年约有11％以上的染料会随废水排放到环境中。在水环境中，少量染料便可阻碍光线进入深水系统，导致藻类和浮游植物的光合作用受到干扰甚至被抑制。其中，三苯基甲烷染料结构稳定，难以被生物降解，造成了大量环境问题，引起广泛关注。
本书试图以三苯基甲烷染料的来源、脱色方法和机理为主线讨论其微生物脱色原理。本书第1章介绍了染料的历史、发展和组成，并详细阐述了三苯基甲烷染料及其危害；第2章综述了三苯基甲烷染料的脱色方法和影响因素，重点讨论了微生物吸附和微生物脱色以及脱色酶；第3章到第6章详细分析了浊点系统中嗜水气单胞菌对三苯基甲烷染料的萃取微生物脱色。其中，第3章介绍了菌种的脱色机理，第4章介绍了染料在浊点系统中的分配规律，第5章分析了浊点系统中的萃取微生物脱色，第6章主要涉及增溶剂的回收与再利用。本书是笔者对博士期间的研究成果和国内外相关文献的全面综述，力争描绘出三苯基甲烷染料萃取微生物脱色的研究前景。限于笔者的知识和见解，疏漏之处恳请读者不吝指正。
在本书出版之际，十分感谢我的博士生导师广东省微生物研究所的郭俊研究员的谆谆教诲，感谢广东省微生物研究所的孙国萍和许玫英研究员的悉心指导。笔者在萃取微生物降解领域的一点见解和收获得益于上海交通大学王志龙研究员的倾囊相授和华南理工大学吴振强教授的多年教导。书中涉及浊点系统中有机污染物的微生物降解的相关研究内容得到了国家自然科学基金（NO.21866015，21407070）、江西省自然科学基金（NO.20192BAB203016，20151BAB213019）和华南应用微生物国家重点实验室开放课题（NO.sklam002—2015）的资助。江西理工大学对本书出版提供经费资助。特此声明并致以诚挚的感谢。

潘涛
江西理工大学
2020年4月

潘涛，江西理工大学副教授，硕士生导师。主研方向：浊点系统、环境微生物学。具体为浊点系统中疏水性有机污染物的生物降解。主持国家自然科学基金1项，发表论文10余篇，誉获国家发明专利授权2项。研究领域主要是浊点系统、环境微生物学；基于介质工程的污染修复、环境胁迫与微生物代谢响应。

本书以三苯基甲烷染料的来源、脱色方法和机理为主线讨论了其微生物脱色原理。首先介绍了三苯基甲烷染料的基础知识及其危害，并综述了三苯基甲烷染料的脱色方法和影响因素，在此基础上，详细分析了浊点系统中嗜水气单胞菌对三苯基甲烷染料的萃取微生物脱色，包括菌种的脱色机理、染料在浊点系统中的分配规律、浊点系统中的萃取微生物脱色，以及增溶剂的回收与再利用。
本书可供从事微生物降解研究的相关人员及污水处理相关的技术人员参考使用。

第1章三苯基甲烷染料及其危害/1
1.1染料的历史及发展2
1.1.1染料的历史2
1.1.2染料行业发展概况3
1.2染料的分类5
1.2.1天然染料8
1.2.2合成染料9
1.3三苯基甲烷染料13
1.3.1三苯基甲烷染料的发现13
1.3.2三苯基甲烷染料的结构14
1.3.3三苯基甲烷染料的化学性质15
1.3.4三苯基甲烷染料的应用17
1.4三苯基甲烷染料的危害18
1.4.1结晶紫18
1.4.2孔雀石绿20
参考文献21

第2章三苯基甲烷染料的脱色/27
2.1脱色方法28
2.1.1物理法28
2.1.2化学法31
2.1.3生物法33
2.2生物物理吸附34
2.2.1植物类34
2.2.2动物类38
2.2.3微生物类38
2.3微生物转化或降解39
2.3.1细菌40
2.3.2真菌42
2.3.3放线菌43
2.3.4藻类44
2.3.5混合菌群44
2.4微生物脱色的影响因素45
2.4.1碳源45
2.4.2氮源46
2.4.3pH46
2.4.4温度46
2.4.5溶解氧47
2.4.6染料浓度47
2.5脱色酶47
2.5.1氧化酶48
2.5.2还原酶49
参考文献51

第3章嗜水气单胞菌对三苯基甲烷染料的脱色/67
3.1脱色菌分离鉴定与脱色酶表达68
3.1.1菌种分离与鉴定68
3.1.2脱色酶的分离与纯化71
3.1.3染料脱色特性75
3.1.4脱色酶的克隆与表达77
3.2菌种培养与产物分析82
3.2.1菌种与培养基82
3.2.2培养条件与脱色实验83
3.2.3分析方法83
3.3三苯基甲烷染料的脱色特性84
3.3.1聚合酶链反应鉴定复筛菌株84
3.3.2细胞沉淀与上清液的颜色变化86
3.3.3紫外可见分光光度计分析染料脱色过程88
3.3.4薄层色谱初步分析脱色产物90
3.3.5高效液相色谱分析脱色产物91
3.3.6质量平衡91
3.3.7活菌体和死菌体的吸附能力对比91
参考文献94

第4章三苯基甲烷染料在浊点系统中的分配/97
4.1浊点系统98
4.1.1浊点系统的基本性质98
4.1.2有机溶剂对微生物毒性的lg P规则104
4.1.3浊点系统中物质分配的lg P准则107
4.1.4表面活性剂在环境污染治理中的应用107
4.2三苯基甲烷染料的浊点萃取过程112
4.2.1染料与非离子表面活性剂储备液113
4.2.2染料的浊点萃取步骤114
4.2.3表面活性剂与染料浓度分析方法114
4.3三苯基甲烷染料的浊点萃取特性与增溶平衡115
4.3.1染料浓度对浊点的影响115
4.3.2浓度和温度对染料分配行为的影响115
4.3.3凝聚层相体积的改变119
4.3.4电解质的影响120
4.3.5稀相的溶剂萃取121
4.3.6增溶平衡计算122
4.3.7三苯基甲烷染料在浊点系统中的分配规律124
参考文献126

第5章浊点系统中三苯基甲烷染料的微生物脱色/133
5.1浊点系统中的生物过程134
5.1.1溶质的增溶134
5.1.2浊点系统的生物相容性134
5.1.3浊点系统中的生物转化136
5.1.4浊点系统中的萃取发酵138
5.1.5浊点系统中的生物降解139
5.2萃取微生物脱色的菌种培养与产物检测140
5.2.1萃取微生物脱色的菌种及培养基141
5.2.2染料的分析方法141
5.3萃取微生物脱色过程与机理142
5.3.1非离子表面活性剂的筛选142
5.3.2混合表面活性剂浓度对脱色率的影响143
5.3.3浊点系统中的细胞生长曲线与染料脱色曲线144
5.3.4染料及其代谢产物在浊点系统中的分配145
5.3.5四种三苯基甲烷染料在浊点系统中的萃取微生物脱色146
参考文献147

第6章非离子表面活性剂的回收/155
6.1表面活性剂的回收方法156
6.1.1常规方法156
6.1.2Winsor微乳液回收非离子表面活性剂157
6.1.3表面活性剂与室温离子液体的相互作用162
6.2表面活性剂-水-离子液体三元微乳液166
6.2.1确定表面活性剂-水-离子液体三元微乳液两相区边界167
6.2.2电导法测定单相区微乳液类型167
6.2.3染料与非离子表面活性剂的检测167
6.2.4建立标准曲线169
6.3三元微乳液回收非离子表面活性剂的相分离机理173
6.3.1离子液体的筛选173
6.3.2表面活性剂-水-离子液体三元微乳液的建立174
6.3.3温度调节的偏析型相分离和缔合型相分离176
6.3.4偏析型相分离回收非离子表面活性剂178
6.3.5离子液体的回收179
6.3.6离子液体回收混合非离子表面活性剂181
参考文献184