分子生物技术在微生物降解环境 污染物中的应用 [摘要〕介绍了与环境微生物关键降解酶基因的筛选、克隆及应用相关的分r生物技术,包括聚合酶链式反应技 术、基因重组技术、荧光原位杂交技术和生物信息学等技术,并对这些技术在污染物降解基因检测、筛选和克隆方 面的应用进行了阐述与探讨、 [关键词]分子生物技术;微生物;基因;环境污染物;降解 随着现代j:\地技术的发展,多环芳烃、含氯有 机物和硝基苯类化合物等人工合成井难以降解的 污染物大量排放,造成世界范围内的环境污染和生 态破坏,严重地威胁人类和其他生物的正常生存和 发展。利用微生物修复技术对受污染的水体及土 壤进行处理,凸显了其重要的意义和可行性。研究 人员发现并筛选到一些微生物,它们不仅对环境有 较高的适应性、对污染物有较高的耐受性,而且对 污染物有较强的降解效率和专一性。然而环境中 存在的大量微生物中仅有少于1%可通过传统的培 养方法进行培养、分离和纯化,绝大多数细菌需要 非常严格的营养条件川。因此,为了对修复环境有 所贡献却难以培养的微生物进行更全面了解,也为 了筛选到更多有利于降解环境污染物的微生物菌 种及其关键酶基因,分子生物技术和手段逐渐被广 泛应用到环境可降解污染物及降解机理方面的研 究中。 本文对近年来发展起来的聚合酶链式反应 (PCR)技术、基因重组技术、荧光原位杂交(FISH) 技术和生物信息学等多种分子生物技术进行了介 绍,并总结了它们在污染物降解基因检测、筛选和 克隆方面的应用。 1与环境污染物降解相关的分子生 物技术 及其相关技术 PCR是一种利用脱氧核糖核酸(DNA)半保留 复制原理,在体外扩增位于两段已知序列之间的 DNA区段从而得到大量拷贝的分子生物技术。根 据其模板、引物来源或扩增条件的不同,PcR技术 可分为以下几种:(l)反转录pCR(RT一PeR)技 术,将mRNA反转录为cDNA后再对其进行PCR 扩增,可用来构建cDNA文库,分析不同生长时期 的mRNA表达状况和相关性以及mRNA的定量测 定等;(2)巢式PCR技术,在扩增大片段目的DNA 时,先用非特意性引物扩增再用特意性引物对第一 次扩增产物进行第二次扩增,以获得可供分析的 DNA;(3)竞争PCR技术,是一种定量PCR,向PCR 反应体系中加人人工构建的带有突变的竞争模板, 通过控制竞争模板的浓度来确定目的模板的浓度, 对目的模板作定量研究;(4)实时荧光定量PCR技 术,在PCR反应体系中加人荧光基团,利用荧光信 号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线 对未知模板进行定量分析,该法已广泛用于基因表 达研究、转基因研究等方面;(5)扩增的rDNA限制 酶切分析技术,根据原核生物rDNA序列的保守性, 将扩增的rDNA片段进行酶切,通过酶切图谱来分 析菌间的多样性;(6)RNA随机引导PCR技术,基 于任意寡核昔酸引物与RNA之间可能的配对,在 低严谨度条件下经聚合酶催化使链延伸,将细胞总 RNA或InRNA作为反转录反应的模板,此技术结 合单链构象多态性,用非变性胶分辨大小相同而构 象不同的片段,可用于诊断遗传突变及分析污染条 件下序列的多态性;(7)随机扩增多态DNA (RAPD)技术,是一种基于PCR检测PCR引物结合 位点序列改变的方法,通常以10bp的寡核昔酸序 列为引物,对基因组DNA随机扩增,电泳分离染色 扩‘增产物,再分析多态性。 技术 FISH技术利用荧光标记的探针在细胞内与特 异的互补核酸序列杂交,通过激发杂交探针的荧光 来检测信号。荧光探针比放射性探针更安全,具有 较好的分辨力,不需要额外的检测步骤。近年来, 由于FISH技术具有灵敏、便捷等优点,迅速发展完 善成为研究环境微生物的有力工具。此外,可用不 同激发和散射波长的荧光染料标记探针,在一步反 应中同时检测几个靶序列。该技术主要包括试样 固定、预处理、预杂交、探针和试样变性、杂交、漂洗 去除未结合的探针、检测杂交信号等步骤。由于 165rRNA具有遗传稳定性,因此成为FISH技术检 测最常用的靶序列。 基因重组技术 基因重组技术是从供体生物的基因组中通过 酶切扩增等手段获取目的基因,与载体连接形成重 组DNA分子,再导入到受体细胞中,让外源基因得 以表达。在已经分离出的许多菌株中,与降解能力 有关的基因多在质粒体上。由于质粒很容易在细 菌的繁殖过程中遗失,对细菌降解能力的长期稳定 非常不利,可将其与污染物降解有关的酶基因重组 到大肠杆菌等微生物中进行表达,以此构建的各种 生物降解特性增强的重组菌可用于污染环境的治 理修复或发酵某些废弃物。 生物信息学 20世纪后期,生物学的迅猛发展,从数量上和 质量上极大地丰富了基因组数据库、蛋白质数据 库、酶数据库和文献数据库等许多生物科学的数据 资源。已有多个国家和国际科研组织建立了生物 信息数据库,如欧洲分子生物学实验室(Eur叩ean MolecularBiologyLaboratory)核酸序列数据库和美 国国家生物技术情报中心(Nationaleente:fo:Bio- technologyInformation,NCBI)基因序列数据库等。 科学家利用计算机及生物信息分析软件分析这些 数据资源,确定大分子序列、结构、表达模式和生化 途径与生物数据之间的关系,区分生物个体间遗传 差异,揭示DNA多样性。例如,基本局部比对搜索 工具(BasieLoealAlignmentSearehTool,BLAST), 是一套在蛋白质数据库或DNA数据库中进行相似 性比较的分析工具。它基于Altschul等的方法「2〕, 在序列数据库中对查询序列进行同源性比对工作。 BLAST程序可对一条或多条、任何数量、任何形式的 序列在一个或多个核酸或蛋白序列库中进行比对,甚 至将有缺口的比对序列也考虑在内,利用比较结果中 的得分对序列进行相似性说明。基因的序列分析可 揭示出生物物种之间的关系,在污染治理研究中可用 于生物基因组特殊区域或特异基因的测序。 2分子生物技术在环境污染物降解 中的应用 土壤试样总DNA的提取 用适当方法直接从土壤中提取DNA并纯化, 是从分子生物学角度对土壤微生物进行研究的前 提条件,而后可进行酶切、PCR扩增、核酸分子杂交 等分子生物学技术操作。从土壤中提取微生物 DNA主要分为汽接法和间接法}’{。直接法是在 ogram等的方法基础卜发展起来的,其主要包括2 个步骤:(l)原位细胞裂解;(2)DNA提取和纯化。 直接法提取的DNA超过细菌总DNA的60%且省 力,但提取的DNA常常有折断、腐殖酸污染、甚至 提取物中还夹杂有未知的胞外DNA和真核生物的 DNA。最先报道间接法的是Faegri等[‘〕,其主要包 括4个步骤:(l)分散土壤;(2)分离细胞与土壤; (3)细胞裂解;(4)DNA纯化。间接法提取DNA 产量低且费力,但纯度较高、DNA损伤小,提取的 大片段DNA可用来构建cos而d和细菌人工染色体 文库等。 采用PCR及相关技术扩增分析DNA片段 可降解污染物的微生物必然能产生分解代谢 该污染物的酶。selvaratnam等L’l用编码苯酚单加 氧酶dmpN摹因的RT一PCR技术来检测序列间歇 式活性污泥反应器‘{一,降解酚的假单胞菌。检测结 果表明,RT一PCR技术不仅能检测微生物降解酚的 能力,还能测量dmpN基因的转录水平,从而确定假 单胞菌特殊的分解活性,发现了在转录水平下,酚 浓度与通气时间之问存在正相关关系。 将PCR技术和变性梯度凝胶电泳(DGGE)结 合起来,在变性条件适当的情况下能分辨一个碱基 对,分辨率较高。染色后的凝胶用成像系统进行分 析,可在一定程度l几反应试样的复杂性。条带的多 少能反应试样「 一 }1微生物组成的差异,条带的亮度能 反应试样中微生物的多少。基于以上优点,日前该 技术在微生物群落结构的分析和动态研究方面得 到了厂‘泛应用。DGGE可通过分析PCR扩增的基 因点突变来探索微生物的复杂性。徐玉泉等[“〕从 某废水中分离出一株能以苯酚为惟一碳源的菌株 PHEA一2,使用PCR一DGGE技术对该菌165 rDNA进行分析,发现该菌与醋酸钙不动杆菌同源。 M盯sh等r了)利用PcR一DGGE技术获得了活性污泥 中真核微生物的种群变化情况。王峰等下8〕采用 PCR一DGGE技术对城市污水化学生物絮凝处理中 活性污泥和生物膜微生物种群结构进行了分析,结 果表明活性污泥培养前后微生物种群结构发生r 很大改变。 RAPD技术也是一种应用比较广泛的以多态性 引物来扩增某些片段的技术。RAPD技术可用于检 测含有混合微生物种群的各种微生物反应器中微 生物的多样性。用RAPD技术分析检测实验室规 模的油脂淤泥培养料中的细菌菌群发现,用油脂淤 泥改良过的培养料比未改良的更适于不同的微生 物种群生长[9j。vainio等t’。〕从516种孤立的菌落 中提取出165rDNA,经PCR扩增后进行测序,检测 活性污泥中微生物种群的结构。这些组合技术的 应用显著增强r对微生物的检测和鉴定能力,为理 论研究工艺优化及提高生物处理效率提供了条件。 基因重组 基因工程技术应用于环境保护起始于20世纪 80年代。其基本原理是通过基因分离和重组技术, 将目的基因片段,比如可编码降解某种污染物的 酶,转移到受体生物细胞中并表达,使受体生物具 有该目的基因表达显现的特殊性状,从而达到治理 污染的目的。找到特定污染的抗性基因,利用基因 重组技术转基因后也可获得其他抗性植株以及筛 选到可转化污染物的植物,还可开发超量积累植物 进行污染土壤的生物修复。 罗如新等L”〕用放射性同位素标记tfdc基因片 段作探针,Southemblot杂交定位Ll菌株的邻苯二 酚1,2一双加氧酶基因位于Pstl的I片段和BamH I的M、N片段,回收并将其直接克隆至表达载体 pKT230卜,获得的重组子能转化不具开环酶活性 的甲胺磷降解菌P2,得到高于天然宿主21倍的邻 苯二酚1,2一双加氧酶。stingley等{”〕通过构建基 因文库和重组质粒等基因工程方法证实了NidAB 双加氧酶是降解菲的关键酶类,并首次鉴定出此基 因通过磷苯二甲酸实现降解功能。chae等‘”}发现 不能降解苯酚的su如lobusso扣taricu、98/2菌株中 的儿茶酚2,3一双加氧酶基因与能降解苯酚的 sulfolo右u,,o如taricu、咫有[6J源区,分析得知它们 是山共同祖先进化而来。把儿茶酚2,3一双加氧酶 基因克隆到大肠杆菌中表达,可获得有较高降解活 性的双加氧酶。 重金属污染是环境污染的重要方面之一。随 着分子生物学技术的发展,越来越多的修复性蛋白 基因正被从植物、微生物和动物中陆续分离出来, 如汞离子还原酶基因、有机汞裂解酶基因、汞转运 蛋自基因、金属硫蛋白基因、植物络合素合成酶基 因、铁离子还原酶基因和锌转运蛋白基因L’‘〕。这些 基因通过基因工程的改造,重组到合适的受休细胞 中表达相应的蛋白质和酶,达到治理难以降解的有 毒有害污染物的目的。sorsa等〔”〕把MTS插人 LamB序列的153位点,在中表达MTs,解决 r细胞内MTs对金属离子有限的吸附能力。综L 所述,基因重组技术具有快速、高效的特性,已逐渐 成为环境生物技术的研究热点。 技术 FISH技术利用核糖体内长度适中(约1500bp)、 高度保守的165:RNA序列作为理想的基因分类靶 序列,其中使用的165:RNA寡核普酸探针一般是 进行了荧光标记的20bp左右特异性核昔酸片段, 利用该报告分子(如生物素、地高辛)与荧光素标记 的特异亲和素之间的免疫化学反应,经荧光检测系 统对待测DNA进行定性、定量或相对定位分析。 FISH技术能提供处理过程中微生物的数量、空间分 布和原位生理学等信息。 硝化细菌是一类生理上非常特殊的化能自氧 菌,传统的研究方法要经过富集、分离、分类和鉴定 步骤,耗时长。HSH技术的引人解决了上述困难。 FlsH技术还被广泛用于活性污泥系统、硝化流化床 反应器和膜生物反应器等废水处理系统}’61。 基因工程微生物越来越多地被用于农业害虫 控制和环境污染的生物修复,对人类健康和环境的 影响引起广泛关注。1994年出现了一种新的标记 系统:绿色荧光蛋白(GFP),由于GFP基因表达产 物对细胞没有毒害作用,且由GFP产生的荧光标记 检测卜分方便、简单。在某些被污染的环境中可分 离出降解该污染物的细菌,通过基因重组等手段使 用GFP分子标记,可更容易的分离检测被标记的 细胞叫。 Bastes等[’8]进行了苯酚降解菌染色体GFP基 因标记实验。通过PCR和Southemblot分析,证明 GFP基因已成功整合到宿主细胞的染色体中。对 标记菌与野生型的降解能力比较结果证明,GFP分 子标记的插人并不影响细胞的苯酚降解能力。 用G即标记Pseudomonasputida,研究活性淤 泥中细菌存活情况{’9飞。Pseudomonasputida被转到 活性淤泥2min后,观察到细胞在淤泥絮凝物间自 由游动;培养3d后,发现荧光细胞减少,大部分已 被合并到淤泥絮凝物中,以防止细菌被原生动物捕 食。用oFP标记石.eozi和Serraliamarceseern,考 察菌株附到絮凝物卜的过程{’()j。使用表面荧光显 微镜能将带有GFP标记的细胞从活性污泥中区分 开,井进行观察和记数。而聚焦激光扫描显微镜 (cLsM)可使GFP标记细菌产生三维轮廓,结合表 面荧光显微镜和CLSM观察GFP标记细胞,结果表 明,细胞表面疏水性在细菌附到絮凝物的过程中起 重要作用,两种细菌附在絮凝物上的模式有很大不 同,通过这种方法可更好地理解细菌赫附机理,有 助于提高废水处理效果。 3结语 分子生物技术的应用使研究人员可从微观的 角度更细致深人地了解微生物对污染物降解的具 体生理生化机制,在分子水平 _ _ [揭示生物体吸收、 迁移、积累有害物质最终被毒害,及适应、抗性等生 态问题,从而筛选到更多有利用价值的微生物。随 着越来越多微生物全部基因序列的解码,对各种细 菌体内可降解基因的分布和表达会有更深人的了 解,有关技术的发展和成熟必将对污染物的降解过 程有一个整体的、生态水平上的认识。 参考文献 l李凤,刘世贵 . 分子生物学技术在环境微生物研究中的 应用 . 世界科技研究与发展,2003,25(4):88一92 2AltsehulSF,GishW,MillerW, mentsearehtool . 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毕业设计开题报告 题 目:论新型能源发展与环境保护关系分析 院 部:专 业: 汽车检测与维修 学 号: 学生姓名: 指导教师: 二O一O年 四 月 十二 日 一、题目:论新型能源发展与环境保护关系分析二、题目来源:网络参考三、题目类型:毕业设计四、[摘 要]:机动车业的发展和普及,为人们的生活带来许多方便。但是,随着机动车数量的不断增加,排气污染对城市环境的影响越来越明显。对机动车污染现状的分析,探讨如何控制机动车排放物的措施和方法。将针对城市环境污染,新能源汽车,和新型能源汽车发展与环境保护关系展开讨论,提出相关新型能源汽车在环境保护方面的建议。 五、[关键词]:环境污染,汽车废气,新能源汽车六、阅读的主要参考资料:[1]康龙云.新能源汽车与电力电子技术. 北京:机械工业出版社 [2]边耀璋. 汽车新能源技术. 北京:人民交通出版社 [3]邵毅明. 压缩天然气汽车改装与维修. 北京:人民交通出版社 [4]蔡凤田. 汽车节能与环保实用技术. 北京:人民交通出版社 [5]崔胜民. 新能源汽车技术. 北京:北京大学出版社 [6]绍毅明. 汽车新能源与节能技术. 北京:人民交通出版社 [7]黄家诚. 汽车新能源技术. 北京:人民交通出版社 七、解决思路通过查找资料,最终实现理论与实际相结合,达到真正数据的准确,操作的可行。八、设计的主要阶段与进度安排年3月10日至3月15日:毕业论文选题目。年3月16日至2010年3月30日:阅读相关资料和网络上考察。年4月1日至4月10日:根据阅读和考察的资料开始撰写论文。年4月11日至4月12日:修改并装订论文。九、指导老师审阅意见 。。。。。。。。。。。。毕业论文任务书 汽检 专业 2007级1、毕业论文(设计)题目:论新型能源发展与环境保护关系分析 2、学生完成全部任务期限: 2010 年 04 月 12 日3、任务要求:(1)进程要求1提出选题的初步设想。2搜集、整理与毕业设计或论文有关的、充分的、准确的信息资料,扩充查阅范围。3分析、筛选已有的信息资料,提出研究设想与计划。4向指导教师提出开题报告(见附页)。5 构思论文框架,编写论文提纲,撰写论文初稿。6 提请指导老师审阅,并根据老师的指导意见做进一步修订,装订成册。(2)成果要求1 毕业设计应提交设计图纸和相应的说明书。图纸须规范、完整、清晰、正确,格式符合国家标准的要求;说明书须规范、详实,应包括:任务书、开题报告、正文(摘要、正文内容,结语,参考文献)、附录等。书写认真、清楚,字数不少于8000字。主要包括:前言、摘要、正文内容2 毕业论文应包括:任务书、开题报告、正文(前言、摘要、关键词,正文内容、结语、参考文献)、附录等;书写认真、清楚,字数以15000字左右为宜。4、实验(调研)部分内容要求:(1)实验内容与论文题目一致,数据真实。(2)调研内容详实,调研结论应具备普遍性。5、文献查阅及翻译要求:(1)参考文献应与论文内容相一致。(2)参考文献不少于8篇。(3)参考文献的格式参考抚顺职业技术学院毕业论文格式要求。(4)翻译文献应与原文内容一致。6、发出日期: 2009年 2月 27日 指 导 教 师: (签名)学 生: (签名) 论新型能源发展与环境保护关系分析 毕业院校: 系 别:机电系专 业:汽车检测与维修指导老师: 姓 名: 学 号: [摘 要]:机动车业的发展和普及,为人们的生活带来许多方便。但是,随着机动车数量的不断增加,排气污染对城市环境的影响越来越明显。对机动车污染现状的分析,探讨如何控制机动车排放物的措施和方法。将针对城市环境污染,新能源汽车,和新型能源汽车发展与环境保护关系展开讨论,提出相关新型能源汽车在环境保护方面的建议。 [关键词]:环境污染,汽车废气,新能源汽车 目 录前 言----------------------------------------------------------11.汽车不断增加造成城市空气污染------------------------------22.机动车尾气排放中的主要污染物的危害及产生机理一氧化碳(CO)- 氮氧化物(NOx)---------------------------------------------- 碳氢化合物 铅----------------------------------------------------------33.汽车污染对人体健康的危害-----------------------------------34.新型能源汽车种类与原理醇类燃料汽车醚类燃料汽车气动汽车以植物油为燃料的汽车太阳能汽车纯电动汽车池汽车混合动力汽车------------------------------------------------65.中国的能源生产能力有多少,能源制品到底有多少------------76.中国石油紧缺到什么程度,解决石油问题的出路何在---------87.能源节约的作用到底有多大------------------------------98.中国重视新型能源清洁汽车的研制------------------------99.中国新能源产业前景乐观------------------------------------10 10.新型能源轿车环保技术大盘点------------------------------10 混合动力车双燃料车氢燃料电池车----------------------------------------------1011.新能源汽车目前发展现状------------------------------1012.新能源汽车离百姓多远--------------------------------11 总结------------------------------------------------------------12 参考文献--------------------------------------------------------13 前 言从1885年世界上第一辆内燃机汽车诞生以来,石油燃料汽车推动了人类一百多年来的汽车文明,为社会的进步作出了巨大贡献,这些都是客观存在的事实,不容否定。但汽车也与世间其他任何事物一样,具有两面性,这就是在为人类带来巨大利益的同时,也产生了不可忽视的负面影响。汽车污染主要是指汽车尾气的污染,其次是噪声污染一、汽车尾气 中国预防医学科学院最近对汽车尾气作了详尽分析,发现汽车尾气含有上千种化学物质,但主要成分是: 一氧化碳 它是燃油不充分燃烧的产物。汽车对环境的污染不可小视。 发展新型能源汽车保护环境的问题已迫在眉睫。1.汽车不断增加造成城市空气污染经过20年的改革开放,中国私人汽车数量迅速增加,汽车开始进入普通人的家庭生活。2001年后加入世界贸易组织(WTO),中国已经将汽车的进口关税从70-90%降低到44-51%,到2005年将进一步降低到25%。随着汽车价格的下降以及中国人较低的汽车拥有量,中国的汽车市场将会进一步繁荣。从而使汽车废气排放问题更加严重。中国有2000万辆汽车和1亿辆摩托车,而其中大多数都在城市。在城市环境污染物中,汽车所排放的氮氧化物占到了45至60%,而一氧化碳则占到了85%。因此,中国城市居民所吸入的劣质空气主要是由汽车所排放的废气造成的。我国现在的能源结构以煤炭为主,近年来煤炭消费量已占能源消费总量的75%以上。由于煤炭消费量的80%是原煤直接燃烧,由此造成的环境污染问题,已经影响到了国民经济的可持续发展。改善以燃煤为主的能源消费结构,是我国发展经济和保护环境的迫切要求。但是,中国以煤为主的能源消费结构是由能源资源条件决定的。在中国的能源资源中,煤炭占绝对的优势。若以常规能源资源总量为100,那么煤炭资源量在85以上,水能占12,石油和天然气仅占2-3。长期以来我国形成的能源生产格局就是以煤炭为主,未来煤炭工业仍将在整个能源过程中发挥不可替代的作用。为了完成《“十一五”计划和2010年远景目标纲要》提出的“改善能源生产和消费结构”的任务,我们应当着重在煤炭生产、加工和利用上作文章,其重点是提高原煤的入洗比例,减少原煤直接燃烧的数量,增加煤炭用于发电、制气等二次能源生产的数量,加快洁净煤技术的研究和应用。其核心是通过结构优化,提高能源利用的经济效益,最大限度地减轻环境污染,使经济与环境保持协调的可持续发展。2.机动车尾气排放中的主要污染物的危害及产生机理一氧化碳(CO)CO是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体,对空气的相对密度为0.9670,它的溶解度很小。吸入过量的CO会使人发生气急、嘴唇发紫、呼吸困难甚至死亡。长期吸入CO对城市居民身体健康是一个潜在威胁。其生成主要受混合气浓度的影响,在局部缺氧或低温条件下,燃烧中的碳不能完全氧化生成C02,而CO作为中间产物生成。 氮氧化物(NOx) NOx是在内燃机汽缸内大部分气体中生成的,NOx的排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。氮氧化合物进人肺泡后,能形成亚硝酸和硝酸,对肺组织产生剧烈的刺激作用,增加肺毛细管的通透性,最后造成肺气肿。 碳氢化合物 碳氢化合物尽管在汽车尾气中含量不多,但其构成成分中含有一种已被世界公认的强致癌物质。 铅 汽车主要靠燃烧汽油(柴油)行驶.而汽油是一种易燃易爆的液体,为了防止爆炸,人们往往在汽油里添加一种抗爆剂——四乙基铅。汽车尾气中的铅很容易通过血液长期蓄积于人的肝、肾、脾、肺和大脑中,进而产生慢性危害,尤其是铅,一旦进入人的大脑组织,便紧紧粘附在脑细胞的关键部位,从而导致人的智能发育障碍和血红素制造障碍等后果。 3汽车污染对人体健康的危害 汽车污染主要是指汽车尾气的污染,其次是噪声污染一、汽车尾气 中国预防医学科学院最近对汽车尾气作了详尽分析,发现汽车尾气含有上千种化学物质,但主要成分是: 一氧化碳 它是燃油不充分燃烧的产物。车速越慢,排放量越多,大城市中90%的一氧化碳来自汽车尾气。它与人体血红蛋白的结合能力是氧气的250倍;对人的呼吸和循环系统危害严重。氮氧化物 其中主要是在高温燃烧条件下生成的二氧化氮。它对人和植物都有很强的毒性,能引起呼吸道感染和哮喘,使肺功能下降。它还会与碳氢化合物一起生成光化学烟雾,损伤人的眼睛。柴油机车辆排放的氨氮化物远比汽油机车辆严重,废气中的颗粒物比汽油机车高2-40倍。 苯并а芘 目前已从汽车尾气中分离出300多种环芳烃化合物,其中苯并а芘是公认的强致癌物质,在交通繁忙路口及其附近,苯并а芘污染特别严重。 铅 长期吸入含铅空气,可以引起慢性铅中毒,症状有头痛、头昏、全身无力、失眠、记忆力减退等。此外,还有甲醛、二氧化硫等多种有毒物质。 二、噪声 汽车发动机产生的噪声会对人的听力、生理功能等造成不良影响,使人烦躁不安,长期生活在噪声污染严重的环境中会影响学习、工作和健康。4新型能源汽车种类与原理 醇类燃料汽车 醇类燃料汽车以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料,有良好的汽化性和可燃性,是燃油很好的等效替代品。甲醇在与汽油均匀搀混以实现长期稳定使用时必须选用相应的添加剂,以抑制其所表现的极性与活性。而乙醇的制取技术相对更成熟,其最新的技术可利用几乎所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物作为原料,使用较广泛。它可以与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动,既不需要改造发动机,又具有较高的热效率,能起到良好的节能、降污效果,使汽车尾气污染减少30%以上。当然这种掺和燃料如要获得与汽油或柴油相当的功率,则必须加大燃油喷射量,并相应改变发动机的压缩比和点火提前角。现在国际上用玉米、小麦、糖蜜作乙醇,再勾兑乙醇汽油的技术已经比较成熟。美国在20世纪70年代起用玉米造乙醇汽油,到2003年底已拥有230多万辆乙醇汽车。而巴西的汽车更是全部都用乙醇汽油作为清洁燃料。 醚类燃料汽车 醚类燃料汽车主要指的是二甲醚汽车(DMEV),使用二甲醚(DME)作为燃料。DME是一种无色无味的气体,具有优良的燃烧性能,动力性能好,稍加压即为液体,非常适合作为压燃式发动机的代用能源。同时,DMEV清洁、污染少,不会排放黑色气体污染环境,产生的NOX比柴油少20%,可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司早已成功开发出用劣质煤生产二甲醚的设备,并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验。 气动汽车 气动汽车是以压缩空气、液态空气、液氮等为介质,通过吸热膨胀做功来供给驱动能量的汽车。它不发生燃烧或其他化学反应,排放的是无污染物辐射的空气或氮气,真正实现了零污染。目前开发比较成功的有压缩空气动力汽车(APV),能量来源于方便、清洁的高压空气,对发动机材料要求低,结构简单,研发周期短,社会基础设施建设费用也不高,设计和建造都比较容易。但缺点是能量密度和能量转换率还不够高,续驶里程仍然较短,其整车性能与传统汽车相差太远,只能在较小的范围内应用于特定场合。2000年MDI公司推出的APV质量仅700kg,速度达120km/h,一次充满压缩空气可行驶200km,充气费用仅为美元。 我自己写的,绝对原稿。。。。
处置:由于PAH与悬浮固体紧密结合,所以可以通过采用水处理措施降低浊度来保证PAH含量降至最低水平。预防措施:由于PAH污染人类环境的范围很广,产生污染的具体原因很多,所以预防措施涉及的工艺操作过程,废水废气的综合利用和处理,自来水的净化和消毒,改进汽油燃烧过程,改良食品烟熏剂,提供间接烘烤,养成个人卫生习惯(不吸烟或少吸烟)等。中草药降低卷烟烟气中稠环芳烃的研究1 前言稠环芳烃PAH是卷烟烟气中的一类化合物,其中许多物质已经被证实在吸烟致癌中起着主要作用,如苯并[a]芘等[1,2,3]。从70年代起烟草科学家就在孜孜不倦地寻求降低烟草中稠环芳烃的方法,如在烟丝中加入ZnO晶体和硝酸盐降低卷烟烟气中的稠环芳烃[4,5]。80年代通过在滤嘴丝束加入活性炭来吸附卷烟烟气中的稠环芳烃[6,7]。中草药的研究和应用在中国有着悠久的历史和丰富的经验,本研究目的之一是利用中草药降低卷烟烟气中的稠环芳烃。为此建立一个可靠、简便、高回收率的卷烟烟气中稠环芳烃分析方法也是本研究的目的之一。五十年代起即有文献报道,通过对卷烟烟气进行提取纯化富集后,用GC-FID、HPLC或GC-MS检测[8,9,10]。但上述文献中报道的分析方法的前出理步骤大部分相当繁琐,而且包含多次的溶液萃取和加热浓缩,这势必引入溶剂污染并造成样品的损失,从而使测定的干扰增加,回收率降低,并导致偏差的增大。本研究用二次柱层析对样品进行分离和纯化,用GC-MS进行定性和定量分析。2原理卷烟烟气中稠环芳烃形成有很多途径,其中最主要的就是烟草中各种有机物热裂解产生含不同碳数的自由基,由这些自由基参与稠环芳烃的形成。另一主要途径是通过烟草中已经存在的骨架结构化合物形成的,如甾族类化合物。其他如支链的环化也可以形成稠环芳烃。由于稠环芳烃的形成的途径的不同,所以仅通过催化剂的方式解决所有途径可能产生的稠环烃是不够的。从结构上看,稠环芳烃及其在形成过程中的中间产物都具有共轭不饱和结构,一般有能产生荧光现象的特征。通过荧光实验发现,中草药中的某些有效成分能够降低甚至淬灭其荧光强度[11]。这说明中草药中的有效成分能够消除稠环芳烃及其中间产物中的共轭双键,从而起到降低卷烟烟气中的稠环芳烃的作用。3实验3.1卷烟的制作通过荧光实验筛选出两种不同的中草药1和2,分别将两种不同中草药粉碎,在80-90℃条件下,60%酒精提取,提取液作为料液和烟丝混合,制作成卷烟。3.2卷烟烟气中PAH的检测3.2.1 实验器材和试剂吸烟机:RM-200型,Borgwaldt公司GC-MS联用仪:HP-6890,HP公司旋转蒸发仪超声波发生器层析柱,内径1cm,长60cm,玻璃层析柱带有聚四氟乙烯塞二氯甲烷:HPLC级正己烷:HPLC级甲苯:HPLC级硅胶:Merk公司3.2.2实验部分3.2.2.1 用RM-200型吸烟机在标准条件下收集40支卷烟的主流烟气。3.2.2.2用二氯甲烷超声波提取样品3.2.2.3分离纯化提取液用通过两次快速柱层析分离。硅胶柱高3cm,在氮气加压下过柱,流速2~3ml/min。第一次柱层析:用50ml甲苯/正己烷(体积比2:1)混合液淋洗,收集全部洗脱液。第二次柱层析:用30m1正己烷淋洗,洗脱液舍弃。再用35ml甲苯/正己烷(体积比2:1)混合液淋洗,前20ml洗脱液舍弃。收集剩余的洗脱液。用六甲基苯作内标。3.2.3 GC/MS分析色谱柱为HP19091B-105型,50m×200μm×μm常规毛细管柱。程序升温为80℃恒温3分钟,以8℃/min升温至200℃,恒温2分钟,以6℃/min升温至280℃,恒温30分钟。表1 中草药样品及其参比样品中稠环芳烃量检测结果进样口温度为300℃,进样量1μl,采用不分流进样。质谱检测器采用电子轰击离子源(EI),色谱和质谱的接口(AUX)温度为290℃。4中草药卷烟中稠环芳烃定量结果和讨论4.1表1中数据可以明显发现两种不同的中草药液对于降低卷烟烟气中的稠环芳烃具有一定的效果,平均降低率在20%左右,降低率最大可达近40%。4.2 本方法回收率较高,荧蒽(FW202),屈(FW228),苯并[e]芘(FW252)。第一次柱层析消除了样品中大量难溶焦油对稠环芳烃的吸附和包夹,然后进行第二次柱层析,分离出稠环芳烃组分,显著提高了稠环芳烃的回收率并减少了其他组分对它的干扰。4.3本方法检测极限低。用GC/MS的独特的分离和定性能力,只需要一次进样即可以对卷烟烟气中多种稠环芳烃同时进行定性和定量。由于烟气中成分复杂,采用选择离子质谱进行稠环芳烃定量,检测限优于4ng。4.4采用内标法进行定量,消除了进样误差和仪器灵敏度波动带来的影响,保证了定量结果的准确性。本方法稠环芳烃的相对标准偏差小于10%,远较气相色谱定量分析允许的相对偏差小。4.5在范围内,峰面积与进样量保持着良好的线性关系,相关系数达。按照40支卷烟采样量,定容体积200μ 1计算,每支卷烟的稠环芳烃检测范围为2-800ng。本研究只是对如何利用中国传统中草药降低卷烟烟气中的稠环芳烃作了初步的探索。随着人们对吸烟与健康认识的逐步提高,中草药将会越来越受到烟草界人士的重视,相信它在烟草工业上将有广阔的应用前景。参考文献1王连生等,致癌有机物,中国环境科学出版社,19932程元恺等,致癌性多环芳烃,人民卫生出版社,19733 .李,环境与健康,人民卫生出版社,19844 Vello Norman, Thomas B. Williams,TOBACCO COMPOSITION USPTN037039015 Vello Norman, Herman G,TOBACCO COMPOSITION,USPTN:03893466 Tokida, Atsushi;,Seni Gakkaishi,1985,41(12),T539-T5477 Filter material for tobacco smoke, (),15 jan 19768 et Kayali,-MN;Rubio-Barroso,-S et 1995;18(8):1617-163210 et 柯亨林,华东理工大学硕士学位论文,2000
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