茅岩莓黄酮的抑菌活性研究

茅岩莓黄酮的抑菌活性研究 1、相关定义 1.1、活性的概念 粉煤灰的活性是指粉煤灰在有水的条件下能否与石灰发生化学反应,生成具 有胶凝作用的物质的性质。 过去将粉煤灰用作混凝土的胶凝材料组分,那是因为人们一直认为粉煤灰的 活性效应是粉煤灰效应中最重要和最基本的行为和作用。实际上,也证实粉煤灰 中活性成分越多,其火山灰反应能力越好。对粉煤灰活性效应狭义的理解是指粉 煤灰中活性成分。对低钙粉煤灰(本课题采用低钙粉煤灰)来说,主要是玻璃体 中的活性氧化硅、氧化铝与氢氧化钙发生化学反应,生成具有胶凝性能的水化铝 硅酸钙,这样的化学反应就是石灰火山灰反应,或者叫做硅酸盐化学反应。其化 学反应式如下: Ca(OH)2+ SiO2+ H2O?XCaO YSiO2 ZH2O Ca(OH)2+ Al2O3+ H2O?XCaO YAl2O3 ZH2O Ca(OH)2+ Al2O3+ SiO2+ H2O? XCaO YAl2O3 ZSiO2 WH2O Ca(OH)2+ SO3+Al2O3+ H2O?XCaO YAlO3 ZCaSO4 WH2O 此外还生成水石榴石(C4AH13),雪硅钙石等。根据重庆交通大学黄毅等人的研 究,石灰粉煤灰间的反应众多,反应产物少则树十种,多则上百种。根据 X-射线 衍射图谱的计算机检索分析,还发现一些复杂的络合物,如 Ca1.5SiO2. 5XH2O 和 CaAl2SiO8 4H2O 等,上述生成物都是石灰粉煤灰间化学反应的产物,也就是粉煤 灰活性的体现。 1.2、C-R路径及C-R图的定义 由定理24.3可知,SPR网中,每一个极小信标所含有的资源库所集合都是唯 一的(含有空闲库所的极小信标集合{P?dU{定一个S4pr网 iA}h门P?=0. 13 浙江大学硕士学位论文第二章S4PR网的严格极小信标计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 则称该基本环为资源r的工作环,记作C = (r,xi,x2,...,x”r)。 定义3.2给定一个S4PR网7V = (P,r,F,『),Vre尸g。如果资源r的工作环 c = (r,Xi,X2,...,x”r)满足条件|r_n7Xcr)| = l,则称环c为资源的内工作环。网jV 中,资源??的所有内工作环用集合C,表示。 根据以上定义可知,在一个S4PR网iV中,对资源r来说,任意一个内工作 环 c工序库所结点,当|>| = 1时,有唯一的变迁/e>,/也是环C中的一个 结点(否则C不是闭合路径),即/er(cOGr(C;)。当时,Vfe?p,f是资 源r的工作环中的结点(因为网中/r,() = 1即资源r的托肯数在网系统运行中守 恒)。设有向路径7 =(厂,1,,...,文,,0是内工作环0的一部分,由定义3.2可知, 厂nnj) = 0即|r*n7X7)| = 0。由于因此,对于v/e*;?,存在不通过 的有向路径/ ’ = J?,p),满足|r门7X广)I M且广中的结点各不相同, 14 浙江大学硕士学位论文第二章S4PR网的严格极小信标计算方法 八广)由此可知,一定存在包含有向路径(/,/?)的有向路径 广’ = (r,:c”,, ,JC?V,/,/?)满足|r?n:r(广?)| = 1 (广’中的结点都是X’中的结点)且 Pir”)nP=,{r}.有向路径广和7通过结点P进行连接,得到的基本环 c’ = (“r,xi, 满足 = W , P(c ‘) fl /‘“ = 0 且 |r?nr(ci)| = |r?n:roo|+|r_nro/)| -,leT{CJ,即?ppqTXCT,),所以 (C;) g TXCJ ;又由定义 2.3 可知, V/elXCJ,t ? P{Cy ,即 TXCJg 尸(C;)?,所以?/>((:;) g/>((:;)?, 即 P(CJ是一 个信标。 (2)证明信标/XCJ是极小的。既然尸(CJ是一 个信标,那么一定存在极小 信标>sgp((:;),?SfO。由p(c;)np?=0可知=0,根据定理 2.2 可知 Sf]P, >又因为尸(C;)门P=?{r},所以。接下来证明对于 Vpe尸(cO注3.1由条件(1)可知,最大C-R路径所包含的库所结点都是工序库所。 备注3.2记最大C-R路径的头结点为J/丨,尾结点为?],表明环 c 与 资源库所集之间的最大C-R路径不止一条,这些路径开始于同一个变迁 终止于各自的尾结点。记7; ={/丨I reY{c,D?\{r})}为最大C-R路径集 r(c,A\w)的尾结点集合。那么一定存在一个变迁广丨eZ;,使得环t?中的有向 17 浙江大学硕士学位论文第三章S4PR网的严格极小信标计算方法 路径7_=0>„1,> ,...,广 子图,其中 = 且 ,那么?s(,.,=U.,e,.(a((P(cO\P(r(c,FVr}))))是一个信标,且 5,,nP? = F?, S,,f]P, , 。 证明:首先证明&.门= 由备注3.1可知,p(r(c,rMr}))np=? 0, 又由定理3.1 可知LU=./?门{r},KWU \{厂})}。由定义 3.2 可知,P(c)门P?={r}且 P(c)门/>?=0,因此库所;7要么是资源库所r,要么是一个工序库所,下面分别 进行讨论: (1 )当是资源库所r时,即/> = r?。由性质3.1可知,V/er , /e 7((7,)。 变迁/有两种可能: (1.1 )当/eJ;时,根据定义3’.3条件(3)可知,一定存在资源库所r’e厂\ {r}, 使得/e’r-。又已证得5, flP/,厂’,因此?re ,/ 6 r(„c 其中 ceC?, ( c,c?Cc,, 与 ’c有可能相等,也 有可能不等,当?(: = C时,两者是同一个内工作环;当C^C’时,C和’C具有共同 的有向路径,/eN+,即P是一个iC合库所)。已知peP((包含空闲库 所的极小信标除外),Qi为包含单个资源库所的极小信标集合,那么图 G? = (F’,,n(广X厂I))是强连通的C-R子图。 证明:由定义3.5可知图G’ = (r’,,n (广xr?))是图G = (F,幻的C-R子图, 接下来,将证明G’是强连通的。采用反证法,假设G’不是强连通的,那么可以 将G’划分为若干个强分图,每一个强分图都是极大强连通子图(某些强分图可 能是独立的结点)。至少存在一个强分图(5, =(^,,ri((^)), 使得\/??/”,^通的。因此,需要通过定义3.4和定义 3.5求出网yv的C-R图及其强连通的C-R子图集合,再根据定理3.2的信标计算 公式求出强连通的C-R子图集对应的信标集合2,这样,网中所有的极小信标 都包含在集合QiU(?中。最后对集合QiUG进行歸选,删除其中非极小的信标, 即可得到网中所有的极小信标,即集合三。再根据定义2.11,删除集合中包含了 某个P-半流的支撑集的极小信标,即得到由全部严格极小信标组成的集合0,。 具体算法如下: 算法3.1 :计算S4PR网N的严格极小信标 输入d if (18 ) end for S4PR网中,由两个或两个以上资源库所组成的集合的数目是 因此网iV的C-R图G中,强连通的C-R子图的个数不大于2l7??l -1。网iV中, 由单个资源库所形成的极小信标的个数等同于资源库所的个数I户~|。因此,算法 3.1中需要进行比较锦选的信标个数(即集合Q1U0包含的信标的数目)在最坏 情况下为2叫-1,从而该算法复杂度为0(2l”?l -I)2。 考虑计算C-R图及其子图的复杂度,本文提出的S4PR网严格极小信标计算 方法的计算时间rJ = NULL , x(3,/w,) = NULL , ,w,) = NULL (a ) C?, 最大C-R路径 c= NULL ,=(m?t?p?t?p?t?m,) , y(c?r,) = (t?p?t?p?0 . /(c,,/77,) = NULL C5 =(/72,,/,,/75,/,,m,) He”厂,)=null,x(C5,/-,) = (/,, ,/,), y(c5,/w,) = NULL c, =(TO|,/|?,p?/,,,/nULL ,) = , ,) = ,G”G”G。根据信标计算公式(定理3.2 ) 可以分别计算出与强连通 子图对应的七个信标。下面以图为例,给出信标计算过程: 图(73 =(厂3,五其中 由表 3.1 可知: C,-,, 丨={c,, Cc,}, r(c-?F,\{/-,}) = Mc?/n,)} = {NULL}, r(6-=3,F=,\{r,}) {r(c3,/?2)} {NULL}; r(C7,?//2,}) = {,(f7,r〗)} = {NULL}, r(c8,F=,\{m2}) {/(Cg,r,)}。 由 G5 图3.4 C-R图G 图3.5强连通的C-R子图 29 浙江大学硕士学位论文第三阜S?PR M的严格极小信标计算方法 3.4本章小结 在S4PR网死锁预防问题的研究中,如何获取严格极小信标集合是一个至关 重要的问题,同时也是进行活性控制器优化的前提和基础。针对一个给定初始标 识的网系统,先前广泛釆用的MIP求取信标的死锁预防策略的做法是,在一次 迭代过程中求取一个会导致死锁的信标,然后对该信标设置监控器以预防死锁。 该方法中,极小信标的产生与网系统的初始标识和运行过程相关,具有不确定性, 从而导致活性控制器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的不确定性,难以实现最优控制器设计。相比先前使用 的方法,本章提出的方法优点在于能够求得网中全部的严格极小信标,为下一章 研究S4PR网活性控制器的优化方法奠定了基础。 30 浙江大学硕士学位论文第四章S4PR网活性控制器的优化方法 第四章S4PR网活性控制器的优化方法 本章从信标的最大受控条件出发,以三元组的方式定义信标的监控器,并给 出组合冗佘型监控器的定义和判定条件,最后通过相应算法删除部分组合冗佘型 监控器,最终得到结构简化的活性S4Py,,则称有序三元组(r、.,My(r、.),A、.)为严格极小信标?S的P-不变式 监控器(下文中简称监控器)》三元组中,称第一个元素厂、为控制库所,第二个 元素为控制库所初始值,第三个 元素hs为监控P-不变式。 备注4.1若记n为一个监控器集合,则记该监控器集合所对应监控的严格极 小信标集合为 n、、,即 n、. = {51 {v?Mjv,),h,) en}。 上述监控器定义中,监控P-不变式A,的构造方法并不唯一。本文所讨论的 活性控制器优化方法,也不局限于某一种特定的监控器S?\S? ,\{0, U{5U?,本 0}; (10) := U {(F,,, MF1,? (,.), /,,) I 5? G 0, \( ,, U {5}). a,, 0}; (11 ) := U{S}; (12 ) else 38 浙江大学硕士学位论文第四章S4PR网活性控制器的优化方法 (13) T ::?(V二s,Mp(Vs),hs),中S :?{5}; (14 ) end if (15 ) end if (16 ) end for (17)从网(TVy,My)删除所示。 表4.1活性受控网性能比较 性能比较 文献[1]的控制策略本文提出的方法 添加的控制库所个数 2 1 添加的连接弧个数 10 5 可达状态数 802 820 40 浙江大学硕士学位论文第四章S4PR网活性控制器的优化方法 4.3本章小结 已有的S4PR网死锁预防控制策略通常是通过对严格极小信标添加控制库所 来实现死锁预防。本章首先以三元组的方式定义了 Petri网中信标的监控器、组 合冗佘型监控器等概念。然后,以一个对原型网中全部的严格极小信标都分别设 置了监控器的活性S4PR网控制器为基础,给出定理表明,在该活性控制器中, 删除组合冗佘型监控器的控制库所和相关连接弧,而保留它的基,得到的网仍然 是活的。值得一提的是,本文给出的活性S4PR网控制器优化方法,在从监控器 集合中选择监控器进行运算时,其输入的先后顺序存在随机性;并且算法中运用 了数学规划来求解,而规划问题的可行解可能不止一个,以上两点原因造成了运 用该方法所得到的结果可能不唯一。下一章中,将通过一个较大规模的FMS 实 例来对这一点进行更好的说明。 41 浙江大学硕士学位论文第五章一个柔性制造系统Petri网模型死锁预防实例 第五章一个柔性制造系统Petri网模型死锁预防实例 本章是第三章提出的严格极小信标计算方法和第四章提出的活性控制器优 化方法的FMS应用实例。将上述两个方法先后应用于该系统,最终将得到一个 结构更简单,行为允许度更高的活性网系统。 5.1严格极小信标的计算 图5.1 (a)是一个柔性制造系统实例,图中有三台加工机床M1,M2, M3, 四个机器人R1,R2, R3, R4。每台机床每次能加工两至三个工件,机器人R4每 次可以持有三个工件,其它三2 ’,9,/*4,,5,/*22),(/ „ ‘ P\i ‘ „l5 ‘ P\4? „l6? / )}, 极小信标 = P{C ) = {P?PU , Pu, P22 }; 5、资源库所/? (机器人R3): C p ‘n ~ { ( P23 ‘ „5 ‘ /*5 ‘ Pi}. )? (/*23 ‘ „14 ‘ /*13 ‘ „15 ‘ Pli )), 极小信标&=P(C;; ,) = {p5,Pn,P23}6、资源库所(机器人R4): (‘/?,24 — {(^Pi+Pb- Pn - Pu +/ + / + Pi\ - Ks,, ?(厂、)=2 2、 S=s, A +P2 + P6 + Pu + Pu + K、, hs-! = A +P3+P7+P9+Pu- Pm + Pn + Pll + PlA — Vs,, 3、 gs+, = Pi Pi + Pi +P6+Pl+ 2 + 厂S3, =~P\ -2? Pi + Pi - Pb + P9+ Pu +3 尸14 + P22 + P24 ~Ks,, 4、 49 浙江大学硕士学位 Pw + Pjl + P22 十 P24 + P25 - Ks?, M,,(V,J = \0 经tina软件[41]分析可知,对原型网(vVyM#)设置上 述17个监控器(即添加 了 17个控制库所,85条连接弧)后,得到的活 性S4PR控制器(7Vp,M一 仅具有 2164个可达状态数。 禾ij用算法 4.1对网进行优化,该算法由Lingo软件实现,代码见 附录。由于监控 器的输入先后顺序对算法的输出结果有影响,本例中17个监控 器,共 有17!组不同的输入顺序。本文随机进行了多次实验,4458 入,5 27 4177 K、,K、,K、,K、,K、,K、 6 30 3450 4 19 3664 Vs入 ,Vs入 4 19 5106 4 21 3753 K、,?4 21 5159 与网[N一pM如)的结构和性能相比,算法4.1输出的任意组结果都具有更 为简单的网结构,同时也使得活 性控制器的可达状态数得到了较大幅度的提高。 可见,该算法使得活 性控制器得到了显著的优化。 5.3比较与讨论 本节利用图5.2所示 S4PR网的例子,将算法4.1提出的S4PR网活性控制器 优化方法与文 献[1]提出的死锁预防策略及其运用冗余控制库所检测方法[37]删除 部分冗余控制库所后得到的结果(简称方法U)进行比较。 经tina软件 分析,原型网有9378个可达状态,其中有546个死标 识,也就是说,该原型网的最大允许状态数为8832。对原型网设置监控器后得 53 浙江大学硕士学位论文第五章-个柔性制造系统P W模型死锁预防实例 etri到活性控制器,其可达状态数与原型网最大允许状态数的比值,即是活性控制器 的行为允许度。本文应用算法4.1的优化方法后,得到的活性控制器.3可见,本文提出的S4PR网控制器优化方法,得到的活性控制器的 行为允许度和结构复杂度两方面都要优于文献[1]采用的死锁预防方法。而方法U 是在文献[I]的死锁预防方法基础之上,通过对网进行活性分析来判断网中的控制 库所是否存在冗余,进而删除冗佘控制库所,得到结构更简单的活性控制器。该 方法的局限性在于活性分析的时间复杂度较高,需要进行Petri网可达图计算, 而对较复杂的网进行可达性分析时可能面临状态组合爆炸问题,因而导致方法无 法运用于复杂的网系统。而本文提出的方法则避免了此类问题,同时,由本文方 法得到的活性控制器在行为允许度这一重要指标上并不逊色于方法IL 5.4本章小结 本章在前述两章的基础之上,阐述了严格极小信标的计算和活性控制器优化 方法在FMS实例中的应用。该例表明,本文提出的方法是有效的,得到的活性 S4PR控制器具有较好的行为允许度。 54 浙江大学硕士f?位论文第六阜总结与展望 第六章总结与展望 本章总结了全文的主要研究工作和成果,并对下一步的研究内容进行了展 望。 6.1工作总结 计算复杂度、结构复杂度和行为允许度是衡量Petri网活性控制器设计优劣 的三个重要指标。本文在前人的理论成果之上,围绕以上三个指标,针对S4PR 网这一重 要的柔性制造系统Petri网模型,提出了一种死锁预防解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,以获 得更好的活性控制器性能。主要研究工作如下: 1、提出了一种计算S4PR网中全部严格极小信标的方法,该方法不仅在一定 程度上降低了 S4PR网信标计算的时间复杂度,同时,为下一步研究S4PR网活 性控制器的优化方法奠定了基础。 2、以三元组的方式定义了 Petri网监控器,以及S4PR网组合冗余型控制器 的概念。同时证明,在一个已对原型网中全部的严格极小信标分别添加监控器的 活性S4PR网控制器中,仅删除组合冗佘型监控器的控制库所和相关连接弧,而 保留它的基,那么该活性控制器仍然是活的。这一 S4PR网活性控制器优化方法 既降低了网结构的复杂度,同时,提高了活性控制器的行为允许度。 3、通过一个FMS综合实例,验证了上述两个方法的有效性,并通过对实验 结果的数据分析,比较了本文提出的方法与已有方法各自的优式和不足。实验表 明,釆用本文方法得到的活性S4PR控制器,结构复杂度适中,行为允许度较高。 6.2展望 基于Petri网的柔性制造系统死锁问题研究长期以来是一个备受关注的研究 课题,现有的研究成果具备了重要的理论价值和一定的应用前景。本文提出的方 法与现有的方法相比,具备一定的优势,且存在进一步研究的空间,主要包括以 下几个方面: 1、软件实现本文提出的S4PR网严格极小信标计算方法,形成可靠性高的信 55 浙江大学硕士学位论文第六阜总结与展望 标计算工具。 2、对本文提出的严格极小信标计算方法进行拓展,使其能够适用于建模能 力更强的Petri网子类,如S*PR、G-system等。 3、进一步研究本文第四章提出的活性S4PR控制器优 化方法,改进优化算法, 使得该方法能够在较少的实验次数下,得到结 构更简单,行为允许度更高的活性 网系统。 56 [1]Li Z W, Zhang J, Zhao M. 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[41]TINA:Time Petri Net Analyzer[CP/OL].2012, 浙江大学硕 士学位论文 附录活性S4PR控制器优化方法代码(Lingo软件实现) model: sets: !活性S4PR控制器网模型; YIP:mO,pF]ag,maxp; Siphon/Sl..S17/; SemiResource/lpl 8,Ipl9,Ip21,Ip22,Ip23,Ip24,Ip25/:coeI; Hs/hS 1 ..hS 17/:coeh,no _redu,redu;Ipi_sem(VIP,SemiResource):Ip; S(VIP,Siphon):Si; h_siphon(VIP,Hs):hSi; endsets data: !注:文 件”Si”phonController.txt内容由具体的S4PR模塑而定,此处省略; VIP mO pFlag maxp=@file(SiphonController.txt); Si=@file(SiphonController.txt); Ip=@ifle(SiphonController.txt); hSi=@ifle(SiphonController.txt); enddata submodel redundantH: min=OBJ; OBJ=@sum(Hs(i)|i#ne#Noh_:@abs(coeh(i)))+@sum(SemiResource(j):@abs(coeI(j))); @for(VIP(pi)|Si(pi,Noh)##_eq#0:@sum(Hs(Hsj)|Hsjne#Noh#_and#redu(Hsj)#eq#0;coeh(Hsj)* hSi(pi,Hsj))+@sum(SemiResource(Ipj):coeI(Ipj)*Ip(pi,Ipj))=0); @sum(VIP(pi):(@sum(Hs(Hsj)|Hsj#ne#Noh#_and#redu(Hsj)#eq#0:coeh(Hsj)*hSi(pi,Hsj)) 60 浙江大学硕士学位论文附录 +@sum(SemiResource(Ipj):coeJ(Jpj)*Ip(pi,Ipj)))*mO(pi))-@sum(VIP(pi)|Si(pi,Noh_)#eq#l; (@sum(Hs(Hsj)|Hsj#ne#Noh#_and#redu(Hsj)#eq#0:coeh(Hsj)*hSi(pi+,Hsj))@sum (SemiResource(Ipj):coeI(Ipj)*Ip(pi,Ipj)))*(maxp(pi)-l)) >=1; @for(Hs(i):@gin(coeh(i))); @for(SemiResource:@gin(coeI)); @for(Hs(i):@bnd(-50,coeh(i),50)); @for(SemiResource:@bnd(-50,coeI,50)); endsubmodel submodel redundantHf一ocus: min=OBJf—ocus; OBJf=#_ocus@sum(Hs(i)|i#ne#Noh_and#nod_reu(i)#eq#l :@abs(coeh(i))) +@sum(SemiResource(j):@abs(coeI(j))); @for(VIP(pi)|Si(pi,Noh_)#eq#0:@sum(Hs(Hsj)|Hsj#ne#Noh##_andredu(Hsj)#eq#0#and# no(HI_redusj)#eq#l :coeh(Hsj)*hSi(pi+,Hsj))@sum(SemiResource(lpj):coeI(pj)*Ip(pi,Ipj))=0); @sum(YIP(pi):(@sum(Hs(Hsj)|Hsj#ne#Noh#_and#redu(Hsj)#eq#0#and#no_redu(Hsj)#eq#l: coeh(Hsj)*hSi(pi,Hsj))+@sum(SemiResource(Ipj):coeI(Ipj)*Ip(pi,Ipj)))*mO(pi))-@sum(VIP(pi)| Si(pi,Noh_)#eq#l :(@sum(Hs(Hsj)|Hsj#ne#Noh##_and#redu(Hsj)#eq#0and#nod_reu(Hsj)#eq#l: coeh(Hsj)*hSi(piJHsj))+@sum(SemiResource(Ipj):coeI(Ipj)*]p(pi,Ipj)))*(maxp(pi)-l))>=l; @for(Hs(i):@gin(coeh(i))); @for(SemiResource:@gin(coeI)); @for(Hs(i):@bnd(-50,coeh(i),50)); @for(SemiResource:@bnd(-50,coeI,50)); endsubmodel calc: @for(Hs:no—redu=0); 61 浙江大学硕士学位论文附录 @for(Hs:redu=0); @for(Hs(hi)|no_redu(hi)#eq#0: Noh=hi; _@solve(redundantHf_ocus); sumHsf(H_ocus=@sums(i)|i#ne#Noh#_and#@abs(coeh(i))#ge#l#and#@abs(coeh(i)) #le# 100:@abs(coeh(i))); @ifc(sumHsf_ocus#GE#l: redu(Noh)二 1; @divert(„rep.ldt?,’a?); @write(„RedundantController ?’ Hs(hi),?can be replaced by:?,@newline(l)); @writeofr(Hs(hj)|hj#ne#Noh#h_and#coe(hj)#ne#0:Hs(hj),? „,coeh(hj),@newline( 1)); @writefor(SemiResource(hj)|coeI(hj)#ne#0: SemiResource(hj),? „,coeI(hj),@newline(l)); @write(@newline(2)); @divert(); @else @solve(redundantH); sumHs=r@sum(Hs(i)|i#ne#Noh##_and#@abs(coeh(i))#ge#land#@abs(coeh(i))#Ie#100 :@abs(coeh(i))); @ifc(sumHs#GE#l: redu(Noh:l; —)@for(Hs(hj)|hj#ne#Noh##0_and#coeh(hj)#ne:no=l); _redu(hj)@divert(„rep.ldt,,’a?); @write(„RedundantController „,Hs(hi),?can be replaced by:?,@newline(l)); @writefor(Hs(hj)|hj#ne#Noh##_andcoeh(hj)#ne#0:Hs(hj),? 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应系统的动态运行性质,使得它在分析分布式系统的进程顺序、并发、冲突和同 步等问题具有更强大的模拟能力。因此,与其他系统模型相比,Petri 网能够更 加准确地描述真并发状态。Petri 网可通过对复杂系统进行分层描述,以此来使 用面向对象的设计思想,最终实现系统分析描述[1]。 Petri 网是 1962 年德国的 C.A.Petri 博士在其博士论文中首先提出的一种用于 离散事件系统建模和分析工具。通过使用 Petri 网,我们可以实现对实际系统进 行图形化、数学化建模。与传统的系统建模、分析方法相比,Petri 网在描述和 研究系统的并发、异步、冲突和分布式等动态随机特性上拥有更加强大的能力和 独特的优越性。由于 Petri 网能够提供一个图形化、数字化 的集成建模、分析环 境,因此我们能更为直观便利地设计一个分布式系统[2]。 如今,由于 Petri 网在描述异步并发现象上的优越性,它已被广泛应用于通 信科学、计算机科学、自动化控制科学和系统科学等诸多研究领域。正是因为其 严谨的数学定义,直观的图形表示以及强大的系统描述以及分析能力,Petri 网 为这些研究领域提供了坚实的理论基础。与以往的传统系统建模或分析工具相比 我们就不难发现,Petri 网具有更为出色的优势。现在 Petri 网已被广泛应用于通 信系统模型、软件工程、自动化控制管理、数据分析和网络协议验证等。 Petri 网模型是一种基于图形,并且通过数学的形式化语言来进行描述的建 模模型。基于它可以实现描述系统的并发因果和非因果行为。Petri 网模型主要 通过研究实际系统模型的结构和行为,来描述实际系统中所有可能发生的状态变 化和它们变化之间存在的对应关系。基于 Petri 网模型来描述的实际系统的动态 行为都可表示为 Petri 网中的资源流动[3]。 Petri 网理论研究的根本目的就是分析研究系统模型的行为性质,如:可逆 性(reversibility)、有界性(boundedness)、活性(liveness)、可达性(reachability)、可 覆盖性(cover)、公平性(fairness) 等[4]。 自从 Petri 网模型被提出一来,关于 Petri 网的应用研究得到了迅猛发展,它 已经远远超出了当初定义的计算机科学领域。如今,Petri 网模型已经广泛地应 用于许多领域,其中最为成功的两个应用领域为性能评价和通信协议,其他诸如 工业生产自动化系统、并发并行计算、分布式软件系统、分布式数据库系统、哲 1 成都理工大学硕士学位论文 学逻辑推理、神经元网络和形式语言等诸多领域都 有着很大的研究前景。例如, 软件设计的形式化方法:软件设计的验证是基于通过对系统进行 Petri 网建模、 分析和实现的。总而言之,这是为了提供严谨 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的指导于软件设计中的每个阶 段,并还要针对于其中不同的阶段给出相应的技术和方法,包括描述 (specification)、验证(verification)、实现(implementation)和测试(testing)等几个主 要阶段。 虽然 Petri 网能轻易地描述系统发生动态变化的条件和发生变化后的系统状 态,但是在描述系统具体的数据或属性的变化值上却存在局限性。由于 Petri 网 是一种描述模型状态空间的建模工具,因此随着描述系统的规模增大,其复杂性 也会成指数型增长,这就极大地增加 Petri 网应用于大型复杂系统的应用。 正因 如此,为了实现 Petri 网在实际系统中的应用,我们常常需要通过限制、修改 Petri 网模型来使其满足实际的应用环境。目前,简化 Petri 网模型仍是 Petri 网研究的 重要内容。 综上所述,基于 Petri 网实现对分布式系统进行建模具有以下优势[2]: (1) 与其他传统建模工具相比,Petri 网具有直观的图形描述,严谨的数学形 式化定义,并且 Petri 网拥有十分出色的行为描述能力。 (2) 与其他过程建模工具相比,Petri 网是基于动态行为进行描述而不是基于 事件进行描述,这使得它出了能描述某个事件是否正在发生以外还能描 述该事件是否能被发生,这在系统模型分析中是相当重要的。 (3) Petri 网在分析系统模型的可达性、有界性、活性和公平性等动态特性上 拥有多种分析方法。 (4) Petri 网模型是一中高度抽象化的建模工具,因此在对系统建模时它可与 面向对象技术相结合,实现对系统动态特性的准确描述。 (5) 由于 Petri 网模型具有高度抽象特性,因此在不用的应用领域对 Petri 网 的理解也是不同的,这就使得我们可以通过 Petri 网架起连接不同领域 的桥梁。 3、研究意义 3.1、抗凝血活性肽的研究意义 血栓是指血液成分在血液流动过程中,在心血管系统血管内面剥落处或修补处的表 面所形成的一种半凝块状物质[7]。血栓性疾病包括动脉血栓形成、静脉血栓形成、毛细 血管性血栓形成、血栓栓塞性疾病等,其发病率高居各种疾病之首,严重危害人类生命 健康[7]。而且,近年来还有渐增之势,是当代医学研究的重点和热点之一。 在正常生理状态下,血液中的凝血因子不断地被激活,从而产生凝血酶,形成微量 纤维蛋白,沉着于血管内膜上,但这些微量的纤维蛋白又不断地被激活了的纤维蛋白溶 解系统所溶解,同时被激活的凝血因子也不断地被单核吞噬细胞系统所吞噬,使机体内 凝血系统和纤维蛋白溶解系统处于动态平衡。当凝血异常(尤其是凝血系统亢进)形成 血栓时,应用抗凝血药物抑制凝血以及使用溶栓药物增强纤溶系统作用,可以纠正体内 的失衡。 临床上抗凝血药物大多围绕对凝血酶及其他凝血因子的抑制而达到抗凝血作用。根 据药物对凝血酶作用方式的不同,抗凝血药可以分为间接凝血酶抑制剂和直接凝血酶抑 制剂,前者是通过抑制凝血酶的产生或通过”介质”抑制凝血酶活性,后者是直接与凝 血酶作用[7]。 近年来,随着新的抗血栓形成、抑制血小板活 性和溶解血栓的药物以及相应的研究 不断出现,将具有抗凝血效果的生物活性肽用于预防血栓形成、溶栓治疗具有广阔的应 用前景。来源于食品原料的抗凝血活性肽,因其可以被人体消化和吸收,能有效地进入 凝血系统,进而发挥作用。而且,这些活性肽可以进一步被人体降解,在体内的半衰期 较短,不会在体内积存,具有较高的安全性。研究菜籽蛋白酶解物的抗凝血活性,开发 出具有抗凝血活性的功能多肽,应用到保健食品和药品中,将会带来很好的经济效益和 社会效益。 3.2、研究意义 桑黄是我国中药材中宝贵的资源,是常用的中药材之一。为充分利用这一宝 贵资源,我们从桑黄综合利用角度出发,对桑黄的主要有效成分桑黄多糖的提取 条件进行了优化,建立了成本低、重现性好、多糖得率高的醇碱水浸提法。将桑 黄多糖分离纯化后,对其活性作了进一步的研究,为更好的利用桑黄这种中药提 供了可靠的依据。并且探索了醇碱水提取溶剂在桑黄细胞壁破碎过程的作用,为 更好的利用类似药用植物,建立其活性成分的提取方法提供了新的思路。 12 4、研究目的 4.1、目的片段克隆 以测序质粒为模板,用设计的表达引物扩增目的片段,反应体系同克隆部分。 PCR 反应程序:94 ?预变性 5 min;94 ?变性 30 s;61 ?退火 50 s,72 ?延伸 30 s,共 30 个循环;最后 72 ?延伸 10 min。反应完成,产物 4 ?保存。取 5 μL PCR 产物用 10 g/L 琼脂糖凝胶电泳检查,紫外凝胶成像系统观察分析结果。 4.2、目的蛋白 BmLZM 的回收与活性检测 5.1 材料与试剂5.1 材料与试剂 5.1.1 材料5.1.1 材料 pH 计、15 mL、5 mL 30 kD 和 5 mL 3 kD 超滤管(MILLIPORE)、溶壁微球 菌购自中国科学院微生物研究所、UV-2102 PCS 型紫外可见分光光度计为 UNICO(尤尼柯)公司产品。 4.3、研究目的 水蛭素与凝血酶不可逆结合后而导致出血[30]、在体内代谢需依赖肾功能[31]及缺 少有效的解毒剂[32]这些副作用限制了其广泛应用。临床研究表明,来匹卢定在治疗 HIT 病人中,出血率为 18.8-20.4%,而出血死亡率为 2.5%[30, 33]。然而,比伐卢定与 凝血酶结合后,会逐渐被凝血酶逆转。酶解的位置是 Arg3-Pro4,凝血酶可以从精氨 酸的羧基端进行特异性酶切,该位置被切断后,凝血酶活性中心重新暴露,纤维蛋白 原与残余的比伐卢定竞争性地结合凝血酶,生成新的纤维蛋白,从而达到可逆转的目 的,减小临床应用时的出血风险;而且比伐卢定主要依靠酶降解,大大减轻了患者肾 负担[34]。 比伐卢定的可逆转性主要是由于氨基端引入了 D-Phe-Pro-Arg-Pro 的结构,该结 构可被凝血水解,水解后比伐卢定丧失抗凝活性,从而凝血酶活性恢复。根据这一特 性,本课题选用 HV1 作为结构改造的基础, 通过计算机三维模拟筛选出最佳的结构 如下描述:将 HV1 的第 45 位至第 48 位氨基酸替换成 Phe-Pro-Arg-Pro 序列。含 Phe-Pro-Arg-Pro 序列的水蛭素突变体既能与凝血酶的催化活性位点结合,抑制凝血酶 的催化活性;同时 Phe-Pro-Arg-Pro 序列与凝血酶结合后,可被凝血酶逐渐酶切开, 失去对凝血酶催化活性的抑制作用,并将其 49 位至 52 位氨基酸替换成 Gly-Gly-Gly-Gly,从而更有效的保证凝血酶对其底物序列 Phe-Pro-Arg-Pro 的酶切效 率,并命名为 rRH,结构如图 1.7。应用基因工程重组技术,将 rRH cDNA 序列通过 不同的载体,转入 pPIC9K 质粒中,该质粒命名为 pPIC9K-rRH,并电转入 Pichia.Pastoris 酵母,中,利用 Pichia.Pastoris 酵母表达系统表达 rRH;筛选出能稳定、 高效表达 rRH 的工程菌种;寻找最佳的纯化方法;并建立测定 rRH 抗凝活性及可逆 转性的方法。 图 1.7 rRH 结构 Figure 1.7 The structure of rRH 8 5、国内外研究现状 5.1、活性炭研究现状 活性炭又称活性炭黑材料,是一种重要的黑色粉末或颗粒状状的碳素材料,是用生 物有机质(包括石油、煤和沥青之类在内) 经过炭化、活化等一系列工序制成的一种无 定形炭。主要成分除了碳以外还有氧、氢等元素,孔结构按IUPAC 可分为: 微孔 ( 50 nm )。其最大特点是孔隙结构发达,比表面积 大,一般可高达400-3000 m2/g,吸附性能良好,独特的表面官能团( 如羧基、羟基、羰 基、内酯等) ,使活 性炭在治理环境污染方面显示出越来越诱人的前景,对气体、废水 中的有机、无机污染物等有很强的吸附能力,因此被广泛用于污水处理、大气污染防治 等方面,是一种性能优良的吸附剂。除此之外,活性炭的化学稳定性良好、机械强度高、 耐酸、耐碱、耐热、不溶于水和有机溶剂, 使用失效后可再生等优点, 使其在化工、湿 法冶金、食品加工、药物精制、军事化学防护等各个领域也有着广泛而重要的应用。活 性炭生产工业经过半个多世纪的发展,无论是在产品产量、品种、质量,还是生产技术 均取得了较大的进步,进入21世纪,我国活性炭年产量已突破21万吨[38]。近年来,由于 活性炭应用领域的不断拓宽使我国活性炭的生产量和出口量逐渐扩大,我国已成为世界 上有名的活性炭生产和出口大国。随着活性炭产量的逐年增加及应用领域的不断拓宽, 人们对活性炭的性能提出更高的要求,这也促使了人们必须开发出具有某些特殊性能活 性炭。今后活性炭的研究的将向两个重要方向发展,一是调整活性炭的孔隙结构;二是 对活性炭表面基团进行改性,赋予其特殊的性能。 5.2、掺合料活性激发研究现状 废玻璃具有一定的火山灰活性,能在水泥体系当中与 Ca(OH)2发生二次水化 生成凝胶产物增强体系的抗压强度。但是废玻璃火山灰活性不高,其发挥需要一 个比较漫长的过程,且早期的火山灰活性往往很弱。因此需要寻找方法提高废玻 璃在水泥体系当中的活性,但国内外有关于废玻璃粉活性激发的研究报道较少。 杨晶[14]硕士论文 中涉及有关废玻璃粉活性提高的研究,包括机械方法将废玻璃分 别球磨至 75μm 以下、58μm 以下以及 38μm 以下增加其活性;化学方法,掺入 激发剂 NaOH。其实验结果得出以下结论:随着粒径变小,废玻璃微集料效应越 好、火山灰活性越高;NaOH 作为废玻璃粉的激发剂效果并不理想,28d 抗压强 度并没有达到理想效果,随激发剂掺量的增加试样抗压强度变化也没有表现出明 显的规律性。宋百姓[15]在其硕士论文中研究了废玻璃粉的活性提高方法,包括: 1)机械球磨提高废玻璃粉的比表面积,提高表面能;2)通过掺入化学试剂进行 化学激发,主要由钙碱类、钠盐(硫酸钠)以及两者的复合激发;3)水热激发, 利用高温高压对废玻璃粉进行不同时间的蒸压处理;4)以上方法的复合处理。 最终得出以下一系列结论:对于废玻璃粉的活性激发效果按复合方法、水热方法、 化学方法、机械方法依次下降;棕色、绿色、白色玻璃中,以棕色玻璃活性最高, 绿色次之、白色最低;Na2SO4与 Ca(OH)2的最佳掺量均为 4%,前者激发效果比 后者更佳。柯昌军[16]将废玻璃磨粉后与按一定比例粉煤灰混合加水成型,在常温 下放置 16h 后移至蒸压釜中处理,处理后结果的表明废玻璃粉含活性有很高的玻 璃相,玻璃相以 SiO2为主,Al2O3含量较少,因为废玻璃粉中以 SiO2含量为主, 而 Al2O3含量较少。虽然柯昌军并不是研究废玻璃粉活性提高的方法,但从其研 究结果中可以得到一个重要的启发:高温高压可以使废玻璃粉的活性得到释放。 鉴于对废玻璃活性激发的研究较少,而玻璃与粉煤灰的化学成分较为相似, 且化学结构均以硅氧四面体或铝氧四面体为基本单位组成的空间网架结构,而粉 3 煤 灰的活性激发研究在国内外都有较多的报道,因此,下面借鉴粉煤灰的相关研 究来阐述其活性掺合料的研究现状。总的而言,掺合料的活性激发方法有三类[19]: 物理激发、化学激发以及水热激发,然后在此基础上衍生出一些复合的方法。 (1) 物理方法:主要是通过机械力将掺合料粉碎至一定程度,较为常用的方 法有球磨机。杨南如将物理激发方法总结为机械力化学,并从晶格理论的角度 [33,34]总结了机械力化学活化方法释放璃活性的机理: ? 物理效应:主要是使颗粒和晶粒细化、产生裂纹、表观以及真密度都发 生变化,比表面积增大(表面能增加); ? 结晶状态的改变:主要表现为晶格缺陷、畸变的产生、结晶程度降低甚 至无定形化以及晶型转变; ? 化学变化:杨南如给出的解释表明,玻璃经物理方法处理后不仅使产生 物理变化,还伴有化学变化,主要表现为含结晶或 OH 羟基物的脱水、降低体系 反应活化能,形成新化合物的晶核或细晶、形成合金或固溶体以及化学键断裂, 体系发生化学变化。 以上是从晶格理论角度解释物理方法激发活性的机理。玻璃结构不仅可以用 晶格理论,还可以用无规则网络学说解释。作者认为以上的机理解释并不能全面 地诠释物理方法激发玻璃粉活性,但具有很重要的参考意义。 国外学者[17,35,36]也通过实验方法以及对比总结,得出利用物理方法减小掺合 料的粒径能够增加其活性。 (2) 化学激发,根据已有报道分析,化学激发剂包括有机类以及无机类激发 剂。无机类主要有碱类激发(钙碱、钠碱、钾碱等)、硫酸盐激发剂(钙盐、钠 盐、钾盐等)、氯盐激发剂(钙盐、钠盐等)以及水玻璃硅酸钠等。其中研究的 比较多的激发剂有石灰[18]、石膏 (CaSO4 2H2O,CaSO4,CaSO4 1/2 H2O)[19]、 Ca(OH)2[20]、Na2SO4[31,54]与 NaOH[20,31]等。钙碱激发能同时提高体系的碱度以及 补充钙,粉煤灰中钙含量较低,而火山灰活性需要活性玻璃体与 Ca(OH)2发生反 应生成的硅酸凝胶提供强度,因此外掺的 Ca(OH)2同时起到激发剂作用以及为粉 煤灰”补钙”的作用[45]。同时,石灰 CaO 与 Ca(OH)2激发效果亦有着区别,王智 等[21]认为在 CaO 当量的前提下,Ca(OH)2的激发效果要比 CaO 好,其解释是后 者的颗粒比较粗大,在水化反应结束后剩余较多的 f-CaO,可能导致安定性不良。 4 Lee 等[54]通过将粉煤灰取代 40%水泥并制成胶砂试块,分别掺入 Na2SO4以及 K2SO4作为粉煤灰的激发剂,体系水灰比为 0.485,通过测定试块抗压强度以及 体系的 Ca(OH)2消耗量来反映粉煤灰活性提高的程度。其结果表明硫酸盐激发剂 的加入能够加速试块早期强度的增长速度,但 28d 强度与未掺粉煤灰试块强度相 当;3、7d 时,掺入激发剂后体系的 Ca(OH)2的含量与未掺激发剂时相当,而其 后龄期中 Ca(OH)2的含量比掺激发剂试样稍下降,而钙矾石的生成量较未掺激发 剂试样增多,其中以掺 Na2SO4的试样中钙矾石增加最多,Ca(OH)2消耗量最多, 从而合理解释了掺 Na2SO4的试样早期强度较高。Shi 等[55]通过实验得出类似的 结果,掺 4%的 Na2SO4能显著提高粉煤灰-水泥体系的早期强度,不同的是,Shi 等研究结果表明,Na2SO4不仅能显著提高粉煤灰-水泥体系的早期强度,而且还 能提高其后期强度。关于氯盐的激发效果,Shi 等[55]实验结果表明 4%的 CaCl2 作为粉煤灰激发剂时,会降低粉煤灰-水泥体系早期抗压 强度,而提高后期强度, 其解释是 CaCl2的加入会全龄期地影响体系中 Ca(OH)2的消耗,而 Na2SO4只会 加速早期 Ca(OH)2的消耗。 (3) 水热激发,根据已有文献报道,关于粉煤灰的水热激发方法大致有两种: ?第一种方法是直接对掺合料进行水热处理。将粉煤灰与石灰以一定的比例混合 以后加入适量水并在高压锅中蒸压处理一段时间,温度一般在 100?~140?之 间,压强一般比大气压稍大[59]。陈德玉等[22]将粉煤灰与适量生石灰或生石膏等 混匀并陈化 5~7d,而后将陈化的粉煤灰石灰(石膏)混合物放置于加速养护箱 中进行加温处理,热处理后在 105?的烘箱中烘干、磨细。宋百姓[15]将废玻璃粉 与一定量石灰匀匀并陈化 5d 后将废玻璃粉置于高压锅中,在 125?,1.1MPa 的 条件下进行 2~6h 水热处理。Gon i[58]等利用粉煤灰与 CaO 混合均匀,Ca/Si 比 为 2,加入适量去离子水,水固比为 5,将混合物移至 200?,1.24MPa 的环境 中处理 4 小时。王晓钧等[25]将粉煤灰、石灰按 7:3 配比,加入水并将水固比调 至 1:10,在小型蒸压釜中以 100~140?蒸压 1~4 小时,其实验结果表明随蒸压 温度升高、时间延长粉煤灰-石灰体系中的 f-CaO 减少呈现减少趋势,表明蒸压 处理能使粉煤灰反应加速;通过气象色谱测定发现体系中单聚态、双聚态含量随 着蒸压温度升高、时间延长有上升趋势,说明粉煤灰的硅氧四面体在高温高压下 逐渐解聚为低聚合度的单体;加入石膏作为激发剂以后,粉煤灰的解聚会加快。 5 ?第二种方法是将掺合料与水泥成型,脱模后再高温高压条件下养护,利用高温 高压激发活性。李国栋[23]将经过研磨的粉煤灰与石灰粉、磷石膏、水混合均匀, 陈化 5d,在 105~125?环境下烘干,加入石灰石后磨细。Wang[24]等将高炉矿渣、 粉煤灰以及偏高岭土混合后磨粉,将混合粉末与水玻璃混合,水固比 0.35,将混 合物成型并在 24h 后脱模后移至 180?环境中养护 72 小时,高温养护后再以 105?烘干 3h。 对于水热激发的方法,不同研究者之间有着细微的差别,总体而言都可以概 括为:将活性掺合料研磨,而后与石灰(包括生石灰与熟石灰)以及水混合后, 经过陈化或不经过陈化后在高温高压条件下处理一段时间(一般为数小时到数十 小时不等)使活性氧化物在高温高压条件下加速硅氧四面体、铝氧四面体高度聚 合的空间网架结构的解聚,释放出 SiO2、Al2O3玻璃体。由于 SiO2、Al2O3玻璃 体是与 Ca(OH)2发生火山灰反应为体系提供额外强度的源泉,因此,水热激发一 般都表现出较理想的活性激发效果。 5.3、活性炭表面改性研究现状 活性炭表面化学官能团作为活性中心决定了活性炭表面的化学性质,而活性炭表面 的化学性质又决定了活性炭的化学吸附,因此要想改变活性炭表面的吸附性能可以通过 改变活性炭表面酸、碱基团的含量来实现。其中以含氧官能团作为活性炭表面改性的中 心起着重要的作用,人们在活性炭制备过程中可以人为的在其表面引入一些特殊种类和 一定数量的官能团,主要通过选用一定的原料和一定生产工艺技术来引入。已成品活性 炭的吸附性能和催化性能也可以进一步改善,主要方法是对活性炭表面进行改性处理。 目前研究者对成 品活性炭的改性研究,主要集中在氧化改性、氮改性、酸碱改性、还原 改性及载杂原子和化合物改性等[41]。 1.3.3.1 表面氧化改性 在活性炭表面利用强氧化剂,如:HNO3、H2O2、在一定的温度下进行氧化改性处 理的方法是氧化改性,通过氧化改性可以提高活性炭表面含氧酸性基团的含量,从而增 强其表面极性,目前对活性炭表面氧化改性主要采用HNO3、HCl、H2O2、HClO和H2SO4 等[42]。HNO3是最强的氧化剂,可以产生大量的酸性基团,而HCIO属于较温和的氧化性, 可以调整活性炭表面的酸性至适宜值。氧化后的活性炭表面几何形状也没会变得更加均 一[42]。 范延臻[44]等人主要对活性炭进行表面氧化改性,研究改性后的活性炭的吸附性能, 研究结果表明, 活性炭经HNO3氧化改性可以提高活性炭表面含氧酸性基团的含量,pH 值减小,从而增强其表面极性,提高了其亲水性, 因而改性后的活性炭对水中的有机物, 如:苯酚、苯胺、四氯化碳等物质的吸附效果显著降低。Morwski等[45]初步研究活性炭 6 乙炔氢氯化催化剂碳载体改性研究 的氧化改性,采用HNO3改性酚基合成炭。结果表明,经HNO3改性处理后的酚基活性炭 的吸附性能有了较大提升,尤其是对三卤甲烷吸附效果最佳。郑超[46]等首先对活性炭利 用HNO3进行表面改性后,将改性后的活性炭作为载体制备得到对Ru/C催化剂,并对该 催化剂的活性进行研究。研究结果表明,活性炭经适量的HNO3改性后,pH值降低,亲水 性得到提高,主要原因是改性后的活性炭的表面含氧酸性基团含量增多。因此采用水溶 液浸渍法制备的Ru/C催化剂的催化活性较高,Ru的分散度也很强。 Vinke等[47]采用HNO3和 HClO等氧化剂对活性炭进行氧化改性。研究结果表明,经 强氧化性的HNO3改性后活性炭大大提高了表面含氧酸性基团的含量,比表面积较原来 有所降低,主要是经氧化改性后部分微孔塌陷造成的;经氧化性比较温和的HClO改性 后,虽然活性炭表面的含氧酸性基团的含量有所增多, 但微孔结构和比表面积均没有十 分明显的变化。高首山等[48]采用HNO3、H2SO4和Cl2对活性炭纤维改性,研究其对SO2的 吸附性能的影响。发现发现,活性炭纤维经表面化学改性处理主要改变其表面的酸性、 碱性和极性,改性赋予活性炭独特的吸附性能,因此对SO2有良好的吸附效果。除此之外, 对活性炭采用液相氧化和气相氧化,也可以达到提高活性炭纤维表面含氧酸性官能团的 量, 对SO2的动态吸附性能也有较大的提升,分别提高65%和32%。对活性炭纤维利用 Cl2改性处理,改变的主要是活性炭纤维的表面极性,对SO2的动态吸附提升45%左右。 Gil等[49]采用HNO3和H2O2对煤基活性炭和椰壳基活性炭氧化改性,考察了在改性过 程中温度对活性炭表面组织结构的影响,研究结果表明,在用HNO3氧化改性过程中, 当温度小于333K时,活性炭表面组织结构的受影响较大的主要是中孔,随着温度的升高, 当温度达到363K时,活性炭表面微孔增多、中孔缺失;在对H2O2氧化改性过程中,温 度对活性炭表面的组织结构的影响没有HNO3改性那么显著。 单晓梅等[50]用不同浓度的HNO3和过二硫酸铵等氧化剂氧化改性活性炭。结果表明: 采用高浓度HNO3氧化改性处理活性炭,活性炭的比表面积和孔容又有所降低,主要原 因是是浓HNO3强氧化在活性炭表面生成的反应物堵塞了部分 微孔,而用低浓度HNO3 氧化改性处理活性炭,活性炭的比表面积和孔容又有所降低增加,主要原因是是低HNO3 在活性炭表面氧化腐蚀,去除了活性炭表面的部分物质或将封闭孔道打通所致。用过二 硫酸铵分别对煤基活性炭和椰壳活性炭氧化改性,研究发现氧化改性后对煤基活性炭的 微孔孔径分布有改变,但对椰壳活性炭的却几乎没有影响,原因可能是煤基活性炭的灰 分被酸性氧化溶解,造成其孔隙结构发生改变。利用Boehm滴定测定了改性后的活性炭 表面的官能团,发现活性炭经HNO3氧化改性后明显增加了羧基的含量,经二硫酸铵氧 化改性后增加较多的是酚羟基及内酯基含氧基团的含量。刘守新等[51]对活性炭进行O3 氧化处理研究,发现活性炭经O3氧化改性处理后,活性炭表面的含氧官能团数量及表面 酸度均增加,进而增加了活性炭对Cr6+的吸附容量。 1.3.3.2 表面还原改性 活性炭表面还原改性主要是通过利用还原剂在适当的温度下对其表面进行还原处 理,提高活性炭表面碱性基团的相对含量,增强表面的非极性,使表面零电势点pHpzc升 7 乙炔氢氯化催化剂碳载体改性研究 高。这种改性方法得到的活性炭对非极性物质具有较强的吸附性能。活性炭的碱性主要 是其无氧的Lewis碱表面产生的,可通过在还原性气体H2或N2等惰性气体中对活性炭 高温处理或在氨水中浸渍处理从而得到碱性基团含量较多的活性炭[52]。 高尚愚等[53]利用H2对活性炭改性,研究改性后的活性炭对苯酚及苯磺酸吸附能力的 影响。研究发现,活性炭经H2改性后减少了其表面酸性官能团的含量, 尤其是含氧酸性 官能团的含量显著减少。主要原因是活性炭在高温下用H2还原处理 时,表面大部分酸性 官能团及少量碱性官能团在高温下被分解成CO2、CO及H2O等小分子产物从活性炭上脱 除, 所以含氧官能团总量显著减少。Manuel等人[54]对市售的活性炭进行有选择性改性, 通过一定的手段表征改性活性炭样品的表面化学性质、结构特性,研究改性前后其吸附 性能的影响。研究表明,活性炭改性后表面化学性质产生了一定的改变,在染料吸附过 程起到了至关重要的作用。改性的最佳条件:在H2氛围在700?吹扫处理,其对多种染 料均有着良好的吸附效果。万福成等[55]利用了NH3 H2O和苯胺等对活性炭进行改性处理, 研究发现,活性炭经改性处理后表面的部分阴性基团减少从而增强了活性炭其对三价Au 的吸附能力。若用浓氨水及苯胺等对活性炭进行改性处理, 研究发现,氨水和苯胺会与 活性炭表面酸性基团发生反应, 增大了活性炭孔径, AuCl4-离子能够更容易进入活性炭 的孔隙。除此之外,活性炭表面的电负性降低对AuCl4-离子产生静电排斥, 提高了活性 炭对三价Au的吸附性能。 1.3.3.3 表面酸碱改性 活性炭酸碱改性是利用酸性、碱性等改性剂改性改变了活性炭表面的官能团结构、 数量及含量,同时活性炭表面的官能团结构、数量及含量可根据实际需要来调整。常用 的酸碱改性剂有HNO3、HCl 、柠檬酸、H2O2、HClO、NaOH、NH3 H2O等。对活性炭 改性可以缓解活性炭种类少、功能性差、品质低、专用性活性炭少等问题, Chen等[56,57]用HCl、NaOH、柠檬酸对活性炭酸碱改性,研究表明:活性炭经酸HCl 改性后,大大增加了活性炭表面官能团的酚羟基量和内酯基量;用碱NaOH改性后,增 加了的是活性炭表面的羟基量;用柠檬酸改 性后降低了活性炭比表面积从而增加对Cu2+ 离子的吸附能力。陈孝云等[58]研究了酸碱2步改性活性炭对水相中Cr( ?) 吸附的影响。先 将活性炭(AC0)利用HNO3溶液中氧化处理得到AC1,在用NaOH+NaCl的混合液改性处 理得到AC2。研究发现,改性活性炭对Cr( ?) 的吸附量及吸附速率顺序为AC2最好,AC1 次之,AC0最差,改性后的活性炭增加了表面含氧酸性官能团量,但降低了活性炭的比 表面积。活性炭经HNO3溶液氧化改性后,形成了带+电含氧酸性官能团, 活性炭用 NaOH+NaCl的混合液改性处理后表面酸性降低,原因是活性炭表面的H+部分酸性官能 团被Na+取代,AC2对Cr( ?) 有较高的吸附量和吸附速率主要取决于含氧酸性官能团量和 表面pH等因素。Sukdeb等[59]用酸和氨水对活性炭改性,研究了改性活性炭对氰尿酸的吸 附容量及热力学特性。张丽丹等[60]对活性炭酸碱改性处理, 研究发现,改性后增加了活 性炭的比表面积从而提高了其吸附性能,大大提高了其对苯的吸附能力。 1.3.3.4 表面氮改性 8 乙炔氢氯化催化剂碳载体改性研究 李开喜等[61-63]用NH3 H2O对沥青基活性炭进行改性处理,改性后的活性炭比未改性 活性炭对脱除SO2的效果较好,原因是用NH3 H2O改性处理后在活性炭表面引人较丰富 的含氮基团。含氮官能团主要以吡啶类、腈类官能团、酰胺类和胺类官能团等形式存在。 采用NH3 H2O改性处理前后的沥青基活性炭未改变活性炭表面的含氧官能团的种类,改 变的是仅仅是数量。改性后的活性炭比未改性活性炭对脱除SO2的效果较好主要是由于 改性后在其表面引入含氮官能团。吡啶类含氮官能团的氮原子存在的孤对电 子使活性炭 呈较强的碱性, 从而提高其对SO2的吸附效果。 1.3.3.5 负载金属改性 活性炭负载金属改性主要是通过利用活性炭自身具有的的吸附性能和还原性能,首 先将金属离子活性炭表面产生吸附,再利用活性炭的还原性,然后将其还原成低价态的 离子或单质,主要利用活性炭具有的还原性能。负载金属改性后的活性炭可以增强被吸 附物与金属或金属离子的结合力,进而增加了活性炭对被吸附物质的吸附能力。 李德伏等[64]考察负载金属改性后的活性炭对乙烯的吸附能力,采用的金属溶液分别 为Cu(NO3)2、CuCl2+与浓HCl+La(NO3)2。研究发现经Cu(NO3)2金属改性后的活性炭对乙 烯的吸附效果最好, 活性炭随着负载金属量的增多随之也增强了其对乙烯的吸附能力, 当负载金属量达到质量分数为2%时,对乙烯的吸附能力最强, 达到最高值。经Cu(NO3)2 金属改性活性炭,Cu2+在焙烧过程中利用活性炭的还原性能将其还原成Cu+,而Cu+容易 与乙烯络合,从而提高了其对乙烯的吸附能力。但当金属量过高时, 会造成活性炭部分 孔道结构阻塞从而降低对烃类物质的吸附能力。 符若文等[65]考察负载金属改性后的活性炭纤维对NO和CO的吸附能力,采用的金属 改性剂是Pd和Cu化合物。研究结果表明, 经Pd2+负载改性后的活性炭对CO的吸附效果 最佳,并且随着负载量Pd2+的增多随之也增强了其对CO的吸附能力。经双组份Pd和Cu化 合物负载改性后的活性炭比经单组分Pd2+负载改性后对CO的吸附性能高。 P. Davini[66]研究采用钒、镍、钴、铁和锰类金属氧化物负载金属改性后的活性炭对 SO2的脱除能力的差别,改性后的活性炭脱除SO2能 力顺序为:钒>铁>镍>钻>锰。 Carabineiro等[67]研究了以Ba、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、V及其二元混合物负载 金属改性后的活性炭对SO2的吸附能力,研究发现经二元混合物V和Cu二负载金属改性 的活性炭对SO2的吸附效果最,主要是这二者混合后具有协同作用的缘故。 6、研究方法、思路 6.1、氧化钙活性研究及试验方法 氧化钙的化学反应活性与其显微结构密切相关,而氧化钙的水化活性可以 认作是其晶体显微结构的唯象反映[47]。氧化钙在常温下遇水后立刻发生水化反 应,放出热量。由于反应条件简单,反应迅速,易于依靠仪器进行准确测定, 所以常常根据氧化钙的水化反应进行其活性的研究。 CaO H 2O Ca( O H )2 Q(5-1) 量热法是研究物质水化特性的一种传统方法,传导式量热仪是目前研究水 化热较为先进的仪器,在恒定温度下测量与反应速率成正比的瞬时反应热功 率,可以非常完整的描述物质水化的全过程[48]。单位摩尔数的氧化钙水化放出 的热量是一定的,但由于不同条件下形成的氧化钙具有水化活性差异,致使水 化反应进程存在差异,反映于所测定水化速率曲线的差异。依靠达到最大放热 速率所需时间,来比较不同条件下形成的氧化钙的活性相对大小。 利用高温电炉在不同条件下煅烧石灰石样品,获取不同温度、CO2浓度、 升温速率及颗粒粒径下的煅烧产物,试验时样品量均 1g,煅烧后用液氮急冷。 氧化钙的化学反应活性由自身的 结构特性所决定,孔隙率、比表面积、晶 粒大小等性质直接影响其活性的大小,煅烧后为避免样品在大气中发生碳化反 应、孔隙收缩、晶粒长大、晶型转变等化学和物理变化,用液氮迅速冷却,使 其能够保持刚刚煅烧完时的结构特征。称取不同条件下煅烧后的样品 0.05g,放 入安培瓶中。为了保证反应完全,采用较大水灰比进行试验,取蒸馏水 1g。水 灰比对放热功率会产生影响,但由于本次研究只比较不同氧化钙样品的放热功 - 41 - 北京工业大学工学硕士学位论文 率相对大小,选择固定水灰比,即可实现试验目标。试验开始时,迅速将蒸馏 水注入安培瓶中,开始记录数据。 6.2、非培养方法在活性污泥系统生物多样性研究中的应用 1.3.2.1 用于污水处理微生物研究的分子生物学技术 目前,活性污泥法是城市污水与工业污水处理中应用最为广泛的一种废水处 理技术。数量庞大、种类丰富的微生物构成的絮凝结构群体组成了活性污泥,是 污水处理过程的主要载体。活性污泥中的微生物具有降解污染物的能力,对污水 净化发挥了重要的作用。因此,研究活性污泥微生物群落结构,了解其微生物种 类和数量,认识微生物群落的稳定性和研究一些特定的功能菌在降解有机物过程 中的作用,对提高活性污泥处理污水的效果具有重要意义。 14 由于传统的培养方法存在很多不足之处,只能培养环境样品的一少部分细菌 (占细菌总数的 0.1%-1%),且试验室的培养条件不能很好模拟实际污水处理过程 [52,53],因此在微生物群落多样性方面很难提供全面的信息,不能实 时、客观的反 映环境中微生物的变化,使得纯培养技术在污水处理工艺中处理效果与微生物之 间的构效关系及微生物多样性和动力学等方面受到严重的局限。 近年来发展起来的分子生物学技术应用于环境微生物群落和种群结构分析 后,人们逐渐认识到各种微生物在污水处理过程中在生化反应物质和能量代谢过 程中的功能和机理,为工程微生物学的发展指明了途径。 分子生物学技术可以通过直接从环境样品中提取微生物 DNA 或直接在原位 的基础上对微生物进行研究,而不需要对微生物进行分离培养,因而能够动态研 究微生物群落多样性,能够真实地反应微生物种群的相对丰度。国内外基于 16S rDNA/RNA 的分子生物学技术在污水处理、自然生态生物修复等环境治理领域 已有广泛研究[56,57]。 目前用于微生物群落结构和种群多样性分析的分子生物学分析技术主要有: (1)基于 PCR 扩增的遗传指纹技术(Genetic Finger Printing)。用于群落和种群结构 分析的指纹图谱技术中,最常用的是变性/温度梯度凝胶电泳(DGGE/TGGE)[58], 单链构象多态性(SSCP)[59]和末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)[60,61]等,通 过这些技术可以把环境样品中微生物群落所有 DNA 进行 PCR 扩增,得到的所有 种群的 16S rDNA 片段以指纹图谱的形式展现出来,理论上图谱中每一个条带都 代表了群落中的一个微生物种属,而条带的亮度与群落中该微生物的相对丰度 (Abundance)相对应。 DGGE/TGGE 是目前微生物分子生态学中应用最为普遍的技术之一,其基本 原理是长度相同但是序列不同的 16S rDNA 片段(代表不同的微生物种类)解链时 需要的变性剂浓度或者 温度不同,它们在变性/温度梯度凝胶上在不同的位置解 链,之后由于迁移速度的不同而产生了不同的迁移位置,这样通过 DGGE/TGGE 就能够把不同的 16S rDNA 片段沿着变性剂或者温度梯度分离,形成能够展示微 生物群落结构的指纹图谱。以 DGGE/TGGE 为代表的指纹图谱可以同时对多个 环境样品的微生物群落结构进行快速比较和分析,从而对环境中微生物种群结构 的变化进行实时监控,或对不同环境中微生物种群状况进行横向比较,获得有价 15 值的环境微生物信息。通过对环境中微生物群落的监控,可以找到与系统功能密 切相关的功能微生物菌种。 (2)探针杂交技术(Molecular Hybridization)。探针是一种单链 DNA 片段,它 是通过鉴定分离出的微生物的某段特有 DNA 片段合成的。用己标记(荧光、同 3 位素等)的探针,可以检测微生物群落样品中特定的微生物种类存在状况及其种 群水平的高低。根据被测定的对象,探针杂交可分为以下两类:?Southern 杂 交:DNA 片段经电泳分离后,从凝胶中转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上,然 后与探针杂交。?Northern 杂交:RNA 片段经电泳后,从凝胶中转移到硝酸纤 维素滤膜上,然后用探针杂交。另外根据杂交所用方法的不同,还有荧光原位杂 交(Fluorescent in Situ Hybridization,FISH) 技术、狭槽(slot)杂交和基因芯片 (microarray)技术等。 (3)克隆文库分析法(Clone Library Profiling)。 通过对16S rDNA进行克隆建库的方法可以对环境样品中微生物群落结构进 行更为详尽的分析。由于环境样品中提取的 DNA 总量较少,不能直接用于后续 试验分析,可以通过 PCR 扩增后产生大量目的 DNA 片段;然后用携带了物种进 化信息的标记基因(常用的是核糖体RNA基因16S rRNA)的通用引物或种属特异 性引物对环境微生物总 DNA 进行 PCR 扩增,PCR 产物通过连接酶与载体连接 后转入大肠杆菌载体中,得到大量克隆子;所得到的克隆子就组成了一个克隆文 库,因此,16S rDNA 克隆文库中的阳性克隆包含了环境中的某类微生物种群遗 传信息;通过阳性克隆基因的测序和比对,即可知该克隆所代表微生物的种类和 系统发育地位。相同或高度相似的克隆在所有克隆中的比例代表了种群在群落中 的丰度,所以整个文库的测序分析结果反映了群落中微生物的组成。1990 年, Giovannoni 等[62]首先用这一方法分析马尾藻海面浮游微生物种群的多样性[63]。 目前这一方法己经广泛运用于土壤、湖泊、海洋、肠道等多种环境中微生物群落 多样性的研究,并且揭示了环境中前所未知的微生物多样性[64,65]。与 DGGE/TGGE 为代表的指纹图谱技术相比,16S rDNA 克隆文库分析技术虽然较 耗时、耗力且成本高,但能提供环境中微生物群落更确切更准确的信息。通过这 种方法能直接了解样品中细菌分布结构,并能大致比较相同条件下单一菌群的生 物量,从而对污水处理工艺中微生物的群落结构得到一个比较全面、客观的认识。 16 在污水处理、生物修复等环境污染治理领域已有广泛的应用研究。 在污水生物处理系统中,微生物群落多样性和功能微生物种群的研究已经成 为热点,并且取得了一些成果[66]。本研究利用 16S rDNA 克隆文库分析方法对不 同活性污泥系统中微生物种群多样性及其优势菌群结构进行研究,考察微生物种 群结构与优势菌群的变化,进一步分析微生物群落结构、功能及其 与生物脱氮除 磷的构效关系,为污水处理工艺运行优化提供了一定的理论依据。 1.3.2.2 国内外分子生物学方法在污水处理微生物领域的应用 Tsuneda 等[67]以亚硝酸盐还原酶基因为基础对一个序批反应器(SBR)的反硝 化聚磷菌进行 RFLP 分析,发现一个占 70%所有克隆的 nirS 克隆,其序列相似 于红环菌类群的两类细菌:陶厄氏菌属(Thauera mechernichensis) (83%相似性)和 固氮弧菌属(Azoarcus tolulyticus) (83%相似性) 。 陈敏等[68]人用 ERIC-PCR 指纹图谱技术检测了活性污泥菌群结构及其变化, 结果表明,在缺氧池和好氧池之间,各个采样点的 ERIC-PCR 图谱差异不大,悬 浮污泥在各构筑物之间交流充分;同一采样点的图谱在不同采样时期具有明显差 异。 Onuki 等[69]对一个添加乙酸盐 SBR 反应器的活性污泥中除磷的菌群结构进 行 PCR-DGGE 分析,发现红环菌属(属于 β-变形杆菌)相关菌是积磷菌,并利用 这种 PAOs 的特异探针进行荧光原位杂交(FISH)和 DAPI 染色,研究进一步说明 红环菌属一相关菌确实有聚磷作用。 Limpiyakorn 等[70]以 16S rDNA 为基础对东京 8 个污水处理厂的 12 个活性污 泥样品中氨氧化细菌(AOB)的群落结构进行 DGGE 分析,结果显示,每个处理厂 低氨浓度的污水中 Nitrosomonas oligotropha 类似细菌占优势,仅在一个相对高氯 化氨浓度的 A2O 系统中恢复到 Nitrosomonas europaea 和 Nitrosomonas cryotolera ns- 类似序列,在每一个 A2O 和 AO 系统都发现 Nitrosomonas communis-类似序列, 但在一个 AS 系统几乎没有发现。总之,污水特性和运行参数都会影响 AOB 群 落结构。 王海燕等[98]采用分子生 物学手段 16S rDNA 克隆文库方法对高效同步脱氮 除磷系统 MDAT2IAT 的 IAT 池中的细菌进行了多样性研究,结果表明,MDAT2I AT 系统中 IAT 池的细菌群落具有高度多样性,细菌类群优势顺序为 17 γ2-proteobacteria 类群、Bacteroidetes 类群、β2-proteobacteria 类群、Candidate division TM7 类群、α2-proteobacteria 类群、δ2-proteobacteria、Firmicutes 类群、Candidate division OP11 类群、Planctomycetes 类群。 谢冰等[71]采用基于 l6S rDNA 序列分析方法,在长度多态(LPM)和 l6SrDNA 的 GC 含量二维水平分析了受重金属污染的活性污泥系统内细菌的优势种类和 多 样 性 , 设 计 的 PCR 引 物 可 以 将 细 菌 分 为 三 大 类 : proteobacterial 、 proteobacterial、fIexibacter 和革兰氏阳性菌;驯化有助于提高微生物对重金属的 抗性。 Wagner 等[72]用属特异性 FISH 探针 ACA23Aa 研究发现,变形菌纲-β 亚纲及 放线杆菌为优势类群,不动杆菌只占细菌总量的不到 10%,因此认为不动杆菌可 能并不是真正的 PAO。 近年来,利用分子生物学方法对 EBPR 进行研究表明,属于 Proteobacteria β亚纲的 Rhodocyclus(红环菌属)是 EBPR 系统中的优势除磷菌,属于革兰氏阴 性菌。通过构建 16S rDNA 基因片段文库,发现不同的活性污泥系统中均发现 Rhodocyclus(红环菌属)相关菌群,并能厌氧状态释放磷,好氧状态下积累磷, 对系统除磷发挥重要作用。Rhodocyclus(红环菌属)大量出现在除磷效果运行良 好的 EBPR 系统中,并且其除磷能力不受脱氮程度影响,其含量会随着运行工 艺条件的变化而变化[50]。 在硝化细菌动态变化方面,苏俊峰等 [73]利用 PCR-DGGE 技术分析了不同时 期生物陶粒反应器细菌群落的演替情况。结果表明,随着进水值的逐阶降低,氨 氮去除率逐步提高到 64.38%。群落结构和优势种群的数量具有时序动态性,微 生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的规律。通过测序表明生物陶粒反应 器中运行到 2l 天时优势种群除了自养细菌,还有异养细菌。其中自养细菌为 Nitrosospira 和 Nitrobacteria , 异 氧 细 菌 为 Bacillus 、 Pseudomonas 和 Pseudochrobactrum。 处理垃圾渗滤液的高效反硝化反应器中微生物种群鉴定[74]表明,一般以上 的细菌属于 α-proteobacteria、β-proteobacteria,而后者数量最多,说明脱氮系统 的细菌多与 β- proteobacteria 和 α-proteobacteria 相关[75]。 Princic 等[76]采用 PCR-DGGE 技术研究了 NH4+浓度、pH 值和 DO 对硝化细 18 菌活性的影响。结果表明,高 NH4+浓度刺激了一类亚硝化单胞菌属细菌的生长, pH 值在 6.0 和 pH8.2 时,筛选出一类不不同的细菌,其他条件不会引起种群结 构的显著变化。 陈岭等[77]采用 PCR-DGGE 技术研究硝化池中氨氧化菌菌的 amoA 基因的多 样性表明,欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas europaea)在氨氧化过程中起到主导 作用。 张丹等[78采用 PCR-DGGE 技术]研究发现,在 OLAND 系统运行稳定后期, 亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)是主要的氨氧化菌,其占细菌总数的 72.5%左右。 在反硝化微生物的生理生化方面,张光亚[79]等采用 PCR-DGGE 技术从土壤 中分离到一株好氧并且同时具有硝化和反硝化作用的细菌。该菌为革兰氏阳性、 球状或杆状、菌落橙红色,以乙酸钠为氮源时能进行好氧反硝化作用;以乙酸钠 和硫酸铵为碳源和氮源时能进行异养硝化作用,能以乙酰胺为唯一碳源和氮源生 长。16S rDNA 部分序列分析表明该菌与 Rhodococcus ruber 的 16S rDNA 序列具 有 99%相似性。 黄正[80]等采用 PCR-DGGE 技术研究下流式固定床反应器的脱氮效果及反硝 化细菌群落结构,扫描电镜观察反硝化菌群的固定化形态并通过 16S rDNA 测序 分析其组成。研究发现反硝化细菌主要为杆菌,16S rDNA 同源性分析表明反硝 化细菌有恶臭假单胞菌、硝基还原假单胞菌、嗜麦芽假单胞等菌属。 19 第 2 章 本课题研究内容及方法 6.3、GLP-1 及其类似物的活性评价方法的研究进展 1.4.1 GLP-1 及其类似物体外活性的评价方法1.4.1 GLP-1 及其类似物体外活性的评价方法 GLP-1 和 GLP-1 受体激动剂均可以与 β 细胞上的受体 Re 结合,进而激活与 G 蛋白 偶联的腺苷酸环化酶 AC,使胞内的第二信使 cAMP 浓度增加,cAMP 与 PKA 的调节亚 基 R 结合,释放出活化的催化亚基 C,活化的催化亚基 C 在细胞核内磷酸化,并激活核 转录因子 cAMP 应答元件(cAMP response element)结合,从而促进胰岛素原基因的转 录,增加了胰岛素的合成与分泌[48]。因此通过测量 β 细胞 cAMP 的生成量可以建立体外 快速定量的测定受试蛋白与受体 Re 的结合程度,同时也为融合蛋白的质量控制建立快 速的评价方法。 7、相关技术 8、应用 8.1、AKD乳液活性与应用 乳液活性即乳液中有效AKD含量,也就是乳液中未发生水解的可以与纤维发生交 联反应的AKD含量。AKD乳液活性含量的高低是决定施胶效果好坏的关键因素之一,另 外施胶效果跟纸浆的种类也有很大的关系〔40]。AKD施胶机理包含3个主要步骤:第1步 是AKD在纤维表面留着;第2步AKD在纤维表面扩散;第3步是AKD与纤维发生化学 反应〔”〕。AKD施胶的反应官能团是内醋环,在留着和重新分布扩展成分子尺寸的薄膜 后,开始与纸幅表面的纤维素轻基反应,来开内酷环,并形成纤维素的企酮醋,由此 固着在纤维上,使纸业获得施胶。在纸张生产过程中,AKD蜡中的内醋环与纸浆中的纤 维进行反应从而使纸张产生施胶效果〔42j。 AKD与纤维发生交联反应的方程式如下: 华东理工大学工程硕士学位论文第21页 \ CH入。 犷\_了R 一CH , O, 一一一 !C|O|T 一 , 一 R一CH=C一CH一R OH 土上_+-一」-一 O—C=O’l Cellulose Cellulose 在乳液中的AKD发生水解后,AKD内酷环与水发生反应后将不再能够与纤维中的轻 基进行结合,故而不能对纸张产生施胶作用。在AKD蜡发生水解后,将大大降低其施 胶效果,导致施胶量上升,另外水解物会导致纸机系统过滤器堵塞,还会对纸张产品 造成影响,降低其等级。只要AKD与水接触就会发生水解,而温度过高可促进AKD水 解〔43],尤其当温度升高至AKD蜡发生熔融时,水解速率会很快。而在AKD乳液制作过程 中,AKD蜡不可避免的会与水接触,从而发生水解。所以 需要对过程进行分析,看是否 可以通过工艺的调整优化来尽量减少水解的比例,在第4章将做详细讨论。 8.2、活性炭材料的应用 近年来活性炭由于其化学稳定性、发达的孔结构、较大比表面积和各种表面官能团 被广泛用于催化和吸附领域。活性炭的孔结构主要受活化温度、活化时间、活化剂流量 等因素的影响。活性炭表面可以显示酸性、碱性和中性,这些特征取决于活性炭表面改 性或存在表面官能团。活性炭表面的酸性官能团主要有羰基、羧基、羟基、内酯基、醚 等, 碱性官能团主要有吡喃酮结构或吸附在表面的分子氧。此外,进一步对活性炭改性 可以赋予活性炭额外的物理化学功能从而提高它们在实际中的应用。 9 乙炔氢氯化催化剂碳载体改性研究 1.3.4.1 活性炭材料在水处理中的应用 活性炭在废水处理中主要应用于:(1) 污水源的净化。用活性炭吸附水中颜色、臭 味、有机物、油、苯酚等;(2) 对工业废水的处理。活性炭因其特殊的吸附性能对工业 废水中的有机物有较强的吸附性能,尤其对水中那些难以被生物降解的去除能力最佳。 因此活性炭被广泛应用于有机工业废水的处理。如:造纸、染料的废水、焦化废水等。 铬的冶炼及其应用会造成严重污染, 对人体有极强的致癌作用, 用改性活性炭对 铬进行吸附是清除铬污染的重要方法。白树林等[68]用HNO3对活性炭进行氧化改性处理, 结果表明,经HNO3改性后的活性炭具有较强离子交换能力。尤其对Cr3+交换吸附能力。 但氧化改性处理后的活性炭进一步 经高温(800?左右)煅烧,提高了其对阴离子的交换 吸附能力。陈洪斌等[69]主要采用一定的工艺系统对炼油厂的工业废水进行深度处理,这 种工艺对工业废水处理效果较好,处理后的水质优良,能够达到回收再利用的基本要求。 1.3.4.2 活性炭材料在废气处理中的应用 工业有机废气是造成大气污染的主要原因,用活性炭吸附法处理工业有机废气是控 制大气污染广泛采用的技术。通过改性提高活性炭的吸附效率,减少活性炭种类少、品 质低等缺点, 使工业净化过程更经济、操作更简单已成为该领域的研究热点。 张丽丹等[70]采用酸、碱交替改性法对活性炭进行处理, 溶去活性炭中的酸碱可溶物 质, 同时不破坏炭的骨架结构,大大提高了活性炭的比表面积及其对苯系物的吸附量 (提高了60%)。该工艺将原料煤质活性炭用10%HCl水溶液常温下浸渍9 h, 洗至中性, 在150?条件下恒温干燥数小时制成酸改性样品, 再将其用10% NaOH溶液常温浸渍9h 后清洗至中性,制成酸碱改性样品。这种方法工艺简单,成本低,用于处理工业苯废气是 较经济的选择。Teng等[71]研究了在炭催化剂上用NH3还原NO的反应,反应温度范围为 140-320?,结果表明,活性炭的表面积在NH3还原NO的反应中起着重要的作用,随着 活性炭比表面积的增大,反应中活性炭的活性增大;O2的预处理是活性炭表面积增大的 原因;在没有O2存在的情况下,(Selective Catalytic Reduction, SCR)的表观活化能为(19?2) kJ/mol,在有O2存在的情况下,SCR的表观活化能为(18?2) kJ/mol;NO在低温时是NH3 浓度的弱函数,而在较高温度时是NH3浓度的强函数。他们还认为SCR的控制为两个连 续的步骤:(1)NH3 在活性炭活性位上的吸附;(2)NO或NOx在C(NH3)相邻活性位上的吸 附。 1.3.4.3 活性炭在脱硫中的应用 Wey等[72]研究了炭载金属铜和铈脱硫剂的脱硫性能,结果表明,在473~820 K温度 范围内,其脱硫活性依次为:CeO2/AC>CuO/AC> CuCe/AC,脱硫性能为钙脱硫剂的2 倍多. 并指出活性炭优良的吸附特性是脱硫剂脱硫的先决条件. 刘守军等[38-41]对炭载金 属脱硫剂做了详细深入的研究.他们通过炭载CuO, K2O 及CaO 等十几种金属氧化物制 成的脱硫剂吸附SO2的TPD实验,得出炭载氧化铜脱硫剂对SO2的吸附硫容最大. 通过添 加助剂改善了铜物种在活性炭材料表面的分散性,得出Cu/AC脱硫剂在不高于5%的铜载 量时,脱硫活性组分仅以表面CuO 形式存在,在AC表面具有高的分散性;铜载量高于 10 乙炔氢氯化催化剂碳载体改性研究 7%时,脱硫剂表面出现体相CuO,且随着铜载量的继续增加,体相CuO相对表面CuO的 比例明显增加。表面CuO因与性炭材料有较强的相互作用,与SO2呈高的反应活性;体 相CuO在低温下与SO2反应相对较难,所以过高的铜载量不能提高脱硫剂的低温脱硫活 性。最后通过一系列的TPD实验并结合前人的成果得出了Cu/AC脱除SO2的机理. 8.3、生物活性物质在饲料中的应用 生物活性物质是指来自生物体内的对生命现象具体做法有影响的微量或少量物质, 这些物质虽然含量很少,但对生命体的存在有着不可替代作用。饲料中的存在活性物质 主要包括酶类、肽类物质、 益生菌、有机酸、功能性低聚糖等,而这些物质常以饲料添 加剂的形 式在饲料中使用。