苯酚 [běn fēn] 科普中國(guó) 本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目審核 貢獻(xiàn)者白庚辛詳情 苯酚(Phenol,C6H5OH)[1]是一種具有特殊氣味的無(wú)色針狀晶體,[2]有毒,是生產(chǎn)某些樹脂、殺菌劑、防腐劑以及藥物(如阿司匹林)的重要原料。也可用于消毒外科器械和排泄物的處理,[3]皮膚殺菌、止癢及中耳炎。熔點(diǎn)43℃,常溫下微溶于水,易溶于有機(jī)溶劑;當(dāng)溫度高于65℃時(shí),能跟水以任意比例互溶。苯酚有腐蝕性,接觸后會(huì)使局部蛋白質(zhì)變性,其溶液沾到皮膚上可用酒精洗滌。[4]小部分苯酚暴露在空氣中被氧氣氧化為醌而呈粉紅色。遇三價(jià)鐵離子變紫,通常用此方法來檢驗(yàn)苯酚。 2017年10月27日,世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考,苯酚在3類致癌物清單中。[5] 中文名 苯酚 英文名 Phenol 別稱 石炭酸、酚、羥基苯 化學(xué)式 C6H5OH 分子量 94.11 發(fā)現(xiàn)歷史 苯酚是德國(guó)化學(xué)家龍格(Runge F)于1834年在煤焦油中發(fā)現(xiàn)的,故又稱石炭酸(Carbolic acid)。使苯酚首次聲名遠(yuǎn)揚(yáng)的應(yīng)歸功于英國(guó)著名的醫(yī)生里斯特。里斯特發(fā)現(xiàn)病人手術(shù)后死因多數(shù)是傷口化膿感染。偶然之下用苯酚稀溶液來噴灑手術(shù)的器械以及醫(yī)生的雙手,結(jié)果病人的感染情況顯著減少。這一發(fā)現(xiàn)使苯酚成為一種強(qiáng)有力的外科消毒劑。里斯特也因此被譽(yù)為“外科消毒之父”。 分子結(jié)構(gòu) 苯酚分子由一個(gè)羥基直接連在苯環(huán)上構(gòu)成。由于苯環(huán)的穩(wěn)定性,這樣的結(jié)構(gòu)幾乎不會(huì)轉(zhuǎn)化為酮式結(jié)構(gòu)[6]。 苯酚共振結(jié)構(gòu)如右上圖。酚羥基的氧原子采用sp2雜化,提供一對(duì)孤電子與苯環(huán)的6個(gè)碳原子共同形成離域鍵。大π鍵加強(qiáng)了烯醇的酸性,羥基的推電子效應(yīng)又加強(qiáng)了O-H鍵的極性,因此苯酚中羥基的氫可以電離出來。 苯酚鹽負(fù)離子則有如右下圖共振結(jié)構(gòu): 摩爾折射率:28.13 摩爾體積(m3/mol):87.8 等張比容(90.2K):222.2 表面張力(dyne/cm):40.9 極化率:11.15[6] 物理性質(zhì) 相對(duì)蒸氣密度(空氣=1):3.24 折射率1.5418 飽和蒸氣壓(kPa):0.13(40.1℃) 燃燒熱(kJ/mol):3050.6 臨界溫度(℃):419.2 臨界壓力(MPa):6.13 辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值:1.46 爆炸上限%(V/V):8.6 引燃溫度(℃):715 爆炸下限%(V/V):1.7 溶解性:可混溶于醚、氯仿、甘油、二硫化碳、凡士林、揮發(fā)油、強(qiáng)堿水溶液。常溫時(shí)易溶于乙醇、甘油、氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑,室溫時(shí)稍溶于水,與大約8%水混合可液化,65℃以上能與水混溶,幾乎不溶于石油醚。[1] 化學(xué)性質(zhì) 可吸收空氣中水分并液化。有特殊臭味,極稀的溶液有甜味。腐蝕性極強(qiáng)?;瘜W(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)。與醛、酮反應(yīng)生成酚醛樹脂、雙酚A,與醋酐;水楊酸反應(yīng)生成醋酸苯酯、水楊酸酯。還可進(jìn)行鹵代、加氫、氧化、烷基化、羧基化、酯化、醚化等反應(yīng)。苯酚在通常溫度下是固體,與鈉不能順利發(fā)生反應(yīng),如果采用加熱熔化苯酚,再加入金屬鈉的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),苯酚易被還原,在加熱時(shí)苯酚顏色發(fā)生變化而影響實(shí)驗(yàn)效果。有人在教學(xué)中采取下面的方法實(shí)驗(yàn),操作簡(jiǎn)單,取得了滿意的實(shí)驗(yàn)效果。在一支試管中加入2-3毫升無(wú)水乙醚,取黃豆粒大小的一塊金屬鈉,用濾紙吸干表面的煤油,放入乙醚中,可以看到鈉不與乙醚發(fā)生反應(yīng)。然后再向試管中加入少量苯酚,振蕩,這時(shí)可觀察到鈉在試管中迅速反應(yīng),產(chǎn)生大量氣體。這一實(shí)驗(yàn)的原理是苯酚溶解在乙醚中,使苯酚與鈉的反應(yīng)得以順利進(jìn)行。 酸堿反應(yīng) 苯酚屬于酚類物質(zhì),有弱酸性,能與堿反應(yīng): PhOH NaOH→PhONa H2O 苯酚Ka=1.28×10-10,酸性介于碳酸兩級(jí)電離之間,因此苯酚不能與NaHCO3等弱堿反應(yīng): PhOˉ CO2 H2O→PhOH HCO3ˉ 此反應(yīng)現(xiàn)象:二氧化碳通入后,溶液中出現(xiàn)白色混濁。 原因:苯酚因溶解度小而析出。 顯色反應(yīng) 苯酚遇三氯化鐵溶液顯紫色,原因是苯酚根離子與Fe形成了有顏色的配合物。 6PhOH FeCl3→H3[Fe(OPh)6](紫色) 3HCl 取代反應(yīng) 親電取代 苯酚由于結(jié)構(gòu)中有苯環(huán),可以在環(huán)上發(fā)生類似苯的親電取代反應(yīng),如硝化、鹵代等:對(duì)比苯的相應(yīng)反應(yīng)可以發(fā)現(xiàn),苯酚環(huán)上的取代比苯容易得多。這是因?yàn)榱u基有給電子效應(yīng),使苯環(huán)電子云密度增加。 值得注意的是,苯酚的親電取代總是發(fā)生在羥基的鄰位和對(duì)位。這是羥基等給電子基團(tuán)的共性。 酚羥基上的取代 酚羥基上的氫原子可以被含碳基團(tuán)取代,生成醚或酯。 氧化還原 苯酚在空氣中久置會(huì)變?yōu)榉奂t色,是因?yàn)樯闪吮锦?/div> 苯酚的氧化產(chǎn)物一般是對(duì)苯醌。這個(gè)反應(yīng)也可以用Br2作氧化劑。 縮合反應(yīng) 苯酚與甲醛在酸或堿的催化下發(fā)生縮合,生成酚醛樹脂。 制備方法 苯酚最早是從煤焦油回收,目前絕大部分是采用合成方法。到20世紀(jì)60年代中期,開始采用異丙苯法生產(chǎn)苯酚、丙酮的技術(shù)路線,已發(fā)展占世界苯酚產(chǎn)量的一半,目前采用該工藝生產(chǎn)的苯酚已占世界苯酚產(chǎn)量的90%以上。其他生產(chǎn)工藝有甲苯氯化法、氯苯法、磺化法。我國(guó)的生產(chǎn)方法有異丙苯法和磺化法兩種。由于磺化法消耗大量硫酸和燒堿,我國(guó)也將只保留少數(shù)磺化法裝置,逐步以異丙苯法生產(chǎn)為主。 磺化法 以苯為原料,用硫酸進(jìn)行磺化生成苯磺酸,用亞硫酸中和,再用燒堿進(jìn)行堿熔,經(jīng)磺化和減壓蒸餾等步驟而制得。原料消耗定額:純苯1004kg/t、硫酸(98%)1284kg/t、亞硫酸鈉1622kg/t、燒堿(折100%)1200kg/t。 異丙苯法 丙烯與苯在三氯化鋁催化劑作用下生成異丙苯,異丙苯經(jīng)氧化生成過氧化異丙苯,再用硫酸或樹脂分解。同時(shí)得到苯酚和丙酮。每噸苯酚約聯(lián)產(chǎn)丙酮0.6t。原料消耗定額:苯1150kg/t、丙烯600kg/t,產(chǎn)率百分之七八十。 氯苯水解法 氯苯在高溫高壓371攝氏度下與苛性鈉水溶液進(jìn)行催化水解,生成苯鈉,再用酸中和得到苯酚。 粗酚精制法 由煤焦油粗酚精制而得。 苯氧化法 苯在固體鉬催化劑存在下,高溫下進(jìn)行氯氧化反應(yīng),生成氯苯和水,氯苯進(jìn)行催化水解,得到苯酚和氯化氫,氯化氫循環(huán)使用。[4] 甲苯氧化法 甲苯在鈷鹽催化劑的作用下,用空氣氧化生成苯甲酸,然后在銅催化劑的作用下苯甲酸再與空氣和水蒸汽作用轉(zhuǎn)化為苯酚和二氧化碳。 注意事項(xiàng) 健康危害 苯酚對(duì)皮膚、粘膜有強(qiáng)烈的腐蝕作用,可抑制中樞神經(jīng)或損害肝、腎功能。急性中毒:吸入高濃度蒸氣可致頭痛、頭暈、乏力、視物模糊、肺水腫等。誤服引起消化道灼傷,出現(xiàn)燒灼痛,呼出氣帶酚味,嘔吐物或大便可帶血液,有胃腸穿孔的可能,可出現(xiàn)休克、肺水腫、肝或腎損害,出現(xiàn)急性腎功能衰竭,可死于呼吸衰竭。眼接觸可致灼傷??山?jīng)灼傷皮膚吸收經(jīng)一定潛伏期后引起急性腎功能衰竭。慢性中毒:可引起頭痛、頭暈、咳嗽、食欲減退、惡心、嘔吐,嚴(yán)重者引起蛋白尿??芍缕ぱ?。 環(huán)境危害:對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重危害,對(duì)水體和大氣可造成污染。 燃爆危險(xiǎn):該品可燃,高毒,具強(qiáng)腐蝕性,可致人體灼傷。 急救措施 1 皮膚接觸:立即脫去污染的衣著,用甘油、聚乙烯乙二醇或聚乙烯乙二醇和酒精混合液 (7:3)抹洗,然后用水徹底清洗。或用大量流動(dòng)清水沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。 2 眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動(dòng)清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。 吸入:迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。 3 食入:立即給飲植物油15~30mL。催吐。就醫(yī)。 消防措施 1 危險(xiǎn)特性:遇明火、高熱可燃。 2 有害燃燒產(chǎn)物:一氧化碳、二氧化碳。 3 滅火方法:消防人員須佩戴防毒面具、穿全身消防服,在上風(fēng)向滅火。 4 滅火劑:水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳。 泄漏應(yīng)急處理 1 應(yīng)急處理:隔離泄漏污染區(qū),限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴防塵面具(全面罩),穿防毒服。 2 小量泄漏:用干石灰、蘇打灰覆蓋。 3 大量泄漏:收集回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。 操作處置儲(chǔ)存 1 操作注意事項(xiàng):密閉操作,提供充分的局部排風(fēng)。盡可能采取隔離操作。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn),嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩,戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡,穿透氣型防毒服,戴防化學(xué)品手套。遠(yuǎn)離火種、熱源,工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。避免產(chǎn)生粉塵。避免與氧化劑、酸類、堿類接觸。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸,防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。 5.2 儲(chǔ)存注意事項(xiàng):儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。避免光照。庫(kù)溫不超過30℃,相對(duì)濕度不超過70%。包裝密封。應(yīng)與氧化劑、酸類、堿類、食用化學(xué)品分開存放,切忌混儲(chǔ)。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行極毒物品“五雙”管理制度。 允許極限 美國(guó)TWA:19mg/m3,ACGIH 美國(guó)IDLH:100ppm 英國(guó)TWA :19mg/m3, HSE 德國(guó)MAC :19mg/m3,DFG 前蘇聯(lián)MAC :0.01mg/m3( 居民區(qū)測(cè)定:用氫氧化鈉收集在起泡器內(nèi),用硫酸解吸后進(jìn)行氣相色譜分析 水中允許極限 前蘇聯(lián) MAC:0.001mg/l(飲用水) 中國(guó) MAC:0.002mg/l 測(cè)定:用二氯甲烷萃取,用帶火焰離或電子探測(cè)器的的 氣相色譜儀分析或氣相色譜加質(zhì)譜儀分析 相關(guān)實(shí)驗(yàn) 酚的酸性 1. 在試管中取2mL苯酚溶液,滴加石蕊試劑,觀察現(xiàn)象。 2. 在三支試管中分別取少量苯酚固體,并分別向其中加入2—3毫升氫氧化鈉溶液、2—3mL碳酸鈉溶液、2—3mL碳酸氫鈉溶液,充分振蕩,觀察并比較現(xiàn)象(注意加鹽溶液的試管中是否有氣泡。) 3. 在試管中取2mL氫氧化鈉溶液,滴加2—3滴酚酞試液,再加入少量苯酚固體,觀察顏色變化。 交流現(xiàn)象 1. 苯酚不能使石蕊變紅。 2. 苯酚固體易溶于氫氧化鈉溶液和碳酸鈉溶液,無(wú)氣泡產(chǎn)生;難溶于碳酸氫鈉溶液。 3. 苯酚使紅色溶液(滴有酚酞試液的氫氧化鈉溶液)逐漸變淺。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 苯酚具有弱酸性,酸性介于碳酸和碳酸氫根離子之間。由于苯酚的酸性太弱,以至于不能使石蕊試劑變紅。(石蕊試液的變色范圍是:pH值5~8) 演示實(shí)驗(yàn) 在剛才制取的苯酚溶液中邊振蕩邊逐滴加入氫氧化鈉溶液,至恰好澄清,生成物為苯酚鈉。再持續(xù)通入二氧化碳?xì)怏w,溶液又變渾濁(二氧化碳與水生成碳酸,碳酸與苯酚鈉反應(yīng)生成苯酚與碳酸氫鈉)。 綜上所述,根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的原理可知酸性: H2CO3 > > NaHCO3 。亦可知碳酸的酸性比苯酚的酸性強(qiáng)。 應(yīng)用領(lǐng)域 工業(yè) 苯酚是重要的有機(jī)化工原料,用它可制取酚醛樹脂、己內(nèi)酰胺、雙酚A、水楊酸、苦味酸、五氯酚、2,4-D、己二酸、酚酞n-乙酰乙氧基苯胺等化工產(chǎn)品及中間體,在化工原料、烷基酚、合成纖維、塑料、合成橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、染料、涂料和煉油等工業(yè)中有著重要用途。此外,苯酚還可用作溶劑、實(shí)驗(yàn)試劑和消毒劑,苯酚的水溶液可以使植物細(xì)胞內(nèi)染色體上蛋白質(zhì)與DNA分離,便于對(duì)DNA進(jìn)行染色。 醫(yī)療 【用法與用量】 1.器械消毒及排泄物處理1%~5%水溶液。 2.皮膚殺菌與止癢:2%軟膏涂患處。 3.中耳炎用1%~2%苯酚甘油滴耳,每日3次。 廣泛用于制造酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、錦綸纖維、增塑劑、顯影劑、防腐劑、殺蟲劑、殺菌劑、染料、醫(yī)藥、香料和炸藥等 【制劑與規(guī)格】 1.苯酚軟膏:2%。 2.苯酚甘油:①1%;②2%。 【給藥說明】本品對(duì)組織穿透力強(qiáng),僅在小面積皮膚上使用。高濃度外用可引起組織損傷,甚至壞死。水溶液用于體表,濃度不宜超過2%,外用后不加封包。 【不良反應(yīng)】本品對(duì)組織有腐蝕性和刺激性。曾報(bào)道在通風(fēng)較差的場(chǎng)所,以苯酚消毒清潔搖籃和床墊等,引起新生兒高膽紅素血癥,對(duì)嬰兒已證實(shí)有致命性。 【禁忌證】尿布皮炎患兒及6個(gè)月以下嬰兒禁用。避免應(yīng)用在破損皮膚和傷口。 【特點(diǎn)】一種重要的苯系中間體。又稱石炭酸。低熔點(diǎn)(40.91℃)白色 晶體 ,在空氣中放置及光照下變紅 ,有臭味,沸點(diǎn)181.84℃。對(duì)人有毒,要注意防止觸及皮膚。工業(yè)上主要由異丙苯制得。苯酚產(chǎn)量大,1984年,世界總生產(chǎn)能力約為5兆噸。苯酚用途廣泛。第一次世界大戰(zhàn)前,苯酚的唯一來源是從煤焦油中提取。絕大部分是通過合成方法得到。有磺化法、氯苯法、異丙苯法等方法。分子結(jié)構(gòu): 苯環(huán)上的C原子以sp2雜化軌道成鍵,O原子以sp3雜化軌道成鍵。 苯酚主要用于制造酚醛樹脂 ,雙酚A及己內(nèi)酰胺。其中生產(chǎn)酚醛樹脂是其最大用途 ,占苯酚產(chǎn)量一半以上 。此外,有相當(dāng)數(shù)量的苯酚用于生產(chǎn)鹵代酚類。從一氯苯酚到五氯苯酚,它們可用于生產(chǎn)2,4-二氯苯氧乙酸( 2,4-滴 )和 2,4,5-三氯苯氧乙酸(2,4,5-涕 )等除草劑;五氯苯酚是木材防腐劑;其他鹵代酚衍生物可作為殺螨劑、皮革防腐劑和殺菌劑 。由苯酚所制得的烷基苯酚是制備烷基酚-甲醛類聚合物的單體,并可作為抗氧劑、非離子表面活性劑、增塑劑、石油產(chǎn)品添加劑。苯酚也是很多醫(yī)藥(如水楊酸、阿司匹林及磺胺藥等)、合成香料、染料(如分散紅3B)的原料。此外,苯酚的稀水溶液可直接用作防腐劑和消毒劑。 貯存方法 1、儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。避免光照。庫(kù)溫不超過30℃,相對(duì)濕度不超過70%。包裝密封。 2、應(yīng)與氧化劑、酸類、堿類、食用化學(xué)品分開存放,切忌混儲(chǔ)。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。 3、儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行極毒物品“五雙”管理制度。 降解特性研究 對(duì)于苯酚降解的研究,國(guó)外起步較早。 到目前為止,已經(jīng)有許多苯酚降解菌株得到了分離和研究。 目前已分離鑒定的微生物包括根瘤菌(rhizobia)、藻類 (alga Ochromaonas)、酵母菌(Yeast trichosporon)、醋酸鈣不動(dòng)桿菌 (A.calcoaceticus)、 假單胞菌 (pseudomonas.Sp)、真養(yǎng)產(chǎn)堿菌(Alcaligenes eutrophus)、 反硝化菌(Denitrifying bacteria)等苯酚降解菌。 最常見的酚降解菌是假單胞菌(Pseudomonas)和不動(dòng)桿菌(Acinetobacter),它們對(duì)酚的最大降解濃度一般在 1 200 mg/L 以下。 沈錫輝等分離到 1 株能以苯酚、苯甲酸、對(duì)甲 酚、苯為唯一碳源和能源生長(zhǎng)、具有同時(shí)降解單環(huán)和 雙環(huán)芳烴能力的細(xì)菌菌株,經(jīng)生理生化、16SrRNA 基 因序列分析等鑒定為紅球菌 PNAN5 菌株。在溫度為 20~40 ℃,pH7.0~9.0 范圍內(nèi)該菌株降解苯酚的效率 保持在 80% ~100%之間,苯酚濃度在 2~10 mmol/L 范圍內(nèi)變化對(duì)降解效率沒有明顯的影響。該菌株通 過鄰苯二酚 1,2—雙加氧酶催化的開環(huán)途徑降解芳 烴,不同于已知的渾濁紅球菌,后者是通過鄰苯二酚 2,3—雙加氧酶催化芳烴降解。 探討了初始苯酚濃度、TOC 以及酵母生物量間的相互關(guān)系。結(jié)果表明,苯酚的降解同酵母 生長(zhǎng)有極大的相關(guān)性,初始苯酚濃度升高,抑制酵母 生物量增加,轉(zhuǎn)化率下降;在苯酚的降解過程中,TOC 的下降與苯酚同步,苯酚完全降解后 TOC 主要來 自酵母代謝產(chǎn)物。 對(duì)于初始苯酚質(zhì)量濃度為 559.0 mg/L 的培養(yǎng)液, 降解 90%的苯酚可獲得酵母 (生物量)328.2 mg/L, 并可使培養(yǎng)液 TOC 降解約 87.3%。分離出 9 株好 氧降酚顆粒,編號(hào)為Ⅰ1-Ⅰ9,經(jīng) 16SrRNA 基因序列 分析鑒定,包含了醋酸鈣不動(dòng)桿菌屬、假單胞菌屬、芽 抱桿菌屬,除了Ⅰ3 外均表現(xiàn)出高效降酚能力,Ⅰ1 和 Ⅰ5 菌株在苯酚濃度為 500 mg/L 時(shí),與其他菌株相 比具有很快的生長(zhǎng)速度,Ⅰ2,Ⅰ6 和Ⅰ8 菌株則表現(xiàn) 出很強(qiáng)的聚集能力,并且隨著 pH 值的升高這種能 力減弱,Ⅰ3 菌株與其他相比降酚能力低,但是可以 增強(qiáng)Ⅰ2 和Ⅰ8 菌株的聚集能力。 在低濃度含氧條件下分離 出 27 株降酚菌,苯酚作為單一碳源和能源,表現(xiàn)出既具 有降酚能力同時(shí)又具有降低硝酸鹽含量的能力,結(jié)果表 明好氧降解 50 μmol 苯酚同時(shí)有 140~200 μmol 硝酸 鹽的減少。從巴西東北部地區(qū)的煉油廢水中分離出好氧降酚菌,熱帶假絲酵母菌可 以在苯酚濃度為 500 mg/L 或者 1 000 mg/L 的環(huán)境 中生存,并且以苯酚作為唯一碳源,隨著濃度的增 加,降解處理所需時(shí)間越長(zhǎng),在處理中期菌株釋放出 大量的多糖以減弱高濃度苯酚的毒害作用,結(jié)果表明這種菌株既具有很強(qiáng)的苯酚降解能力同時(shí)可以作為一種表面活性劑,為處理含油廢水提供參考。從工業(yè)含酚廢水中分 離出來的熱帶假絲酵母菌可以處理濃度為 1 000 mg/L 的苯酚,并對(duì)其生長(zhǎng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析 結(jié)果表明,在參數(shù)為 μmax=0.174/h,KS=11.2 mg/L,Ki=298 mg/L 時(shí)生長(zhǎng)最佳。從活性污泥中成功分離出一種 新的苯酚降解菌 EDP3,可以在含有苯酚、苯甲酸鈉、 對(duì)羥基苯甲酸、苯乙酸、苯、乙苯、苯甲醇等的有氧環(huán) 境中生長(zhǎng),在室溫 25 °C 時(shí)可以降解 1 000 mg/L 的苯酚。從受紙漿廢水污染的土壤里分離得到假單胞菌 MTCC 4996 可以在 156 h 內(nèi)降解濃 度高達(dá) 1 300 mg/ L 的苯酚廢水,完全降解的 pH 變 化范圍是 6.0~7.0,溫度范圍是 15~ 45 ℃,最佳降解條 件是 pH 為 7.0,溫度為 37 ℃,振蕩速率為100~125 r/ min 時(shí)完全降解需要 66 h,而靜止?fàn)顟B(tài)則需要 84 h, 低濃度的葡萄糖和蛋白胨可以提高苯酚處理效果, 苯酚的降解速率與添加的金屬離子有關(guān),低濃度的 Fe,Cu,Pb,Zn,Mn,Hg 可以提高降解速率。在有氧環(huán)境中分離出的 產(chǎn)堿桿菌 P5 在有氧氣和硝酸鹽存在的條件下最大 降酚濃度為 0.29 mmol/L,但是在只有氧氣存在的條 件下僅有 0.16 mmol/L。 分離出的好氧醋酸鈣不動(dòng)桿 菌,可以高效降解高濃度苯酚,在具有熱敏感性的黏 附素蛋白參與下該菌還具有高效的聚集性。 在 SBR 處理系統(tǒng)中連續(xù)培養(yǎng) 1 周,這種降解菌可以固定化 成 2~3 mm 的顆粒,具有穩(wěn)定的屬性并且可以處理 200~2 000 mg/L 的苯酚。相應(yīng)的在 VSS 中的降酚速 率是 993.6 和 519.3 mg/d,同時(shí)單一的菌株也可以在 1 500 mg/L 苯酚濃度下生存,通過共聚焦激光掃描 顯微鏡測(cè)試顯示,醋酸鈣不動(dòng)桿菌主要存活在距外 表面 200~250 μm 以下,并有胞外聚合物覆蓋以抵抗 苯酚的毒性,對(duì)聚集進(jìn)行的分析測(cè)試表明有可能是 分泌蛋白的作用。[7] 苯酚降解基因的研究現(xiàn)狀 苯酚的降解基因通常成簇排列,位于大質(zhì)粒上或染色體上。在好氧菌中,苯酚羥化酶基因是降解苯 酚的關(guān)鍵基因,編碼苯酚降解途徑的第一個(gè)酶,負(fù)責(zé) 將苯酚轉(zhuǎn)化為鄰苯二酚;將鄰苯二酚開環(huán)裂解為三 羧酸(TCA)產(chǎn)物,是由鄰位和間位酶負(fù)責(zé)的。鄰苯二 酚的進(jìn)一步降解具有不同的途徑和酶系統(tǒng):鄰苯二 酚 2,3-雙加氧酶 (C23O,間位裂解),或鄰苯二酚 1,2-雙加氧酶 (CatA,鄰位裂解)。 這類雙加氧酶 (C23O,CatA),分別由 C23O 和 CatA 等雙加氧酶基 因編碼,它們?cè)诓煌慕到饩芯哂懈叨鹊耐葱?。從白色念珠?TL3 中提取出鄰苯二酚 1,2-雙加氧酶,它具有很高 的耐酚性和高效的降酚性能。它是由 puriWed 酶通 過硫酸銨沉淀,葡聚糖 G-75 凝膠 Wltration 和 HiTrap Q 瓊脂糖凝膠柱層析得到。最佳生存溫度和 pH 值分 別是 25 °C 和 8.0。 對(duì)底物分析顯示 puriWed 酶是鄰 苯二酚 1,2-雙加氧酶的一種,鄰苯二酚 1,2-雙加氧 酶的多肽測(cè)序片段和 MALDI-TOF/TOF 總量測(cè)定為 BLAST 分析提供了氨基酸序列信息,BLAST 分析結(jié) 果顯示鄰苯二酚 1,2-雙加氧酶與從念珠菌中得到 的 CaO19_12036 蛋白質(zhì)具有高度的同源性。 運(yùn)用功能 性基因分析技術(shù)定量評(píng)價(jià)生物反應(yīng)器中的苯酚羥 化酶多樣性。首先對(duì)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的活性污泥中的細(xì) 菌進(jìn)行苯酚降解遺傳多樣性的定量分析,用加入苯 酚的合成污水喂養(yǎng)首批順式流化床,得到的活性 污泥中提取 DNA 基因組,用于主要亞基苯酚羥化 酶(LmPH)基因的保守?cái)U(kuò)增,并產(chǎn)生克隆庫(kù)。經(jīng)過系 統(tǒng)發(fā)育分析和9 個(gè)月的實(shí)時(shí) PCR 分析,LmPH 基因 拷貝總數(shù)基本上仍然穩(wěn)定,但是在修訂的苯酚污泥 中,苯酚降解顯著變化的同時(shí) LmPH 基因多樣性也 50 環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì) 在增加,這表明活性污泥中苯酚降解效率取決于所 結(jié)合的一些多余物種的活性。 在 2001 年分離出睪丸酮叢毛單胞 降酚菌 R5,進(jìn)一步研究 R5 降解途徑的苯酚羥化酶基因(Phc),發(fā)現(xiàn)與其他的苯 酚羥化酶基因具有不同的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。3 個(gè)調(diào)節(jié) 蛋白參與了轉(zhuǎn)錄,其中一個(gè)是 NtrC 家族中常見的積 極參與調(diào)節(jié)其他苯酚羥化酶,另一個(gè)抑制 Phc 的錯(cuò) 亂表達(dá),還有一個(gè)對(duì) Phc 進(jìn)行擴(kuò)增表達(dá)。 這個(gè)細(xì)致的 機(jī)制使得降酚菌 R5 表現(xiàn)出了相對(duì)高的苯酚充氧活 性,同時(shí)也表明降解酶的表達(dá)模式也將是多樣化的, 并可能影響分解行為。從受苯酚污染的水體里分 離出苯酚和甲酚降解假單胞菌,通過苯酚羥化酶 (LmPH) 和鄰苯二酚 2,3-雙加氧酶的序列分析,同 時(shí)依據(jù)質(zhì)粒傳染 pheBA 子編碼的鄰苯二酚 1,2-雙 加氧酶和單組分苯酚羥化酶的結(jié)構(gòu),在表明物種的 菌株和遺傳因子的系統(tǒng)分組菌株之間比較 catA 基 因序列,在由 B 遺傳因子得到的 P. Xuorescens 菌株 中 LmPHs 和 C23Os 相似,而在 P. mendocina 菌株中 遺傳異質(zhì)性卻很明顯,由遺傳因子 C 和 F 得到的 P. Xuorescens 菌株含有 pheBA 遺傳操縱子,由遺傳 因子 B 得到的 P. putida 菌株是通過 ortho 途徑降解 苯酚的,大多數(shù)的這種菌株也檢測(cè)到這種操縱子,遺 傳多樣性的代謝基因結(jié)合的結(jié)果表明幾乎沒有酚醛 化合物降解的中間路線。 將大腸桿菌 S17-1 的 Tn5 轉(zhuǎn) 座子中獲得的自殺性質(zhì)粒作為載體與具有抗生素耐 藥性的供體菌的質(zhì)粒 pAG408 融合,在菌株 HB101 的含有 mob 基因的質(zhì)粒 pRK600 的幫助下,綠色熒 光蛋白基因 gfp 通過細(xì)菌交配轉(zhuǎn)化到受體假單胞菌 中,假單胞菌從受苯酚污染的工業(yè)廢水中分離得到, 可以降解苯酚,這樣就獲得了既可以降解苯酚又同 時(shí)具有耐藥性的工程菌,在紫外光照射下發(fā)出明亮 的綠光,這表明將綠色熒光蛋白基因 gfp 融合到假 單胞菌上不會(huì)影響它們的降解性能。 從煉油廠廢水中分離得到醋酸鈣 不動(dòng)桿菌 PHEA-2,在苯酚及苯甲酸的環(huán)境中富集 馴化培養(yǎng),研究表明醋酸鈣不動(dòng)桿菌 PHEA-2 和 NCIB8250 的苯酚羥化酶都屬于一個(gè)復(fù)雜的酶。通過 完整的核苷酸序列,進(jìn)行 DNA 序列分析表明苯酚羥 化酶的編碼基因 (mph) 及其在醋酸鈣不動(dòng)桿菌 PHEA -2 中的下游編碼基因與醋酸鈣不動(dòng)桿菌 NCIB8250 中的不同。在醋酸鈣不動(dòng)桿菌 PHEA-2 中 可能存在 mph-ben-cat 基因區(qū)。[7] 結(jié)論 從受污染的環(huán)境中分離獲得高效的酚類物質(zhì)降 解菌,研究其降解特性,然后應(yīng)用到含酚等難降解污 染物的廢水處理系統(tǒng)中,是難降解污染物的廢水處 理的一條有效途徑,將這些降解菌應(yīng)用在處理廢水 的生物降解反應(yīng)器、給水設(shè)備系統(tǒng)中遭受污染的地 方和廢物傾瀉處具有廣泛的應(yīng)用前景
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