黃 捷,胡學(xué)偉
(昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,云南 昆明650500)
工業(yè)循環(huán)冷卻水、油田回注水和造紙行業(yè)等水系統(tǒng)具有特殊而復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境,適宜于多種細(xì)菌和藻類微生物的生長(zhǎng)繁殖[1-2]。這些微生物的大量繁殖會(huì)形成粘泥,造成管路堵塞、設(shè)備腐蝕、水質(zhì)惡化等問(wèn)題,給工業(yè)生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,需選取優(yōu)良的工業(yè)水處理抗菌劑進(jìn)行殺菌處理[3-4]。
1,4-雙(溴乙酮氧)-2-丁烯(BBAB)是一種高效、環(huán)保的消毒抗菌劑,具有抗菌譜廣、毒副作用小、降解迅速、無(wú)環(huán)境污染、可有效抑制粘泥的形成等特點(diǎn),作為抗菌劑被廣泛應(yīng)用于工業(yè)水處理系統(tǒng)[5-6]。作者以溴乙酸和2-丁烯-1,4-二醇為原料合成了BBAB,并測(cè)試了BBAB對(duì)工業(yè)循環(huán)冷卻水的抑菌性能,擬為BBAB制劑在工業(yè)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用提供參考。
溴乙酸、2-丁烯-1,4-二醇,阿拉丁試劑(上海)有限公司;氯化鎂、二甲苯、碳酸氫鈉、無(wú)水氯化鈣,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;所用試劑均為分析純。
營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。
Nicolet Avatar 330型傅立葉變換紅外光譜儀;Bruker AVANCE 400型核磁共振儀;SKP-08B 型電熱恒溫培養(yǎng)箱;JJ-CJ-2PD型潔凈工作臺(tái);電子萬(wàn)用爐;SL302型電子天平;立式壓力蒸汽滅菌器;DNP-9162BS-Ⅲ型電熱恒溫培養(yǎng)箱。
1.2.1 BBAB的合成
稱取14.88g溴乙酸和2.00g氯化鎂,加入到裝有溫度計(jì)、滴液漏斗和分水器的250mL三口瓶中,再加入150mL二甲苯,磁力攪拌,加熱回流,同時(shí)緩慢滴加4.0mL2-丁烯-1,4-二醇,1h內(nèi)滴加完畢。反應(yīng)完成后,將反應(yīng)液過(guò)濾,濾液用稀的碳酸氫鈉溶液洗滌3次,再水洗至中性,加入無(wú)水氯化鈣干燥,蒸去溶劑,得到黃棕色油狀液體即為產(chǎn)物BBAB,產(chǎn)率為66.75%。合成路線見(jiàn)圖1。
圖1 BBAB的合成路線Fig.1 Synthetic route of BBAB
1.2.2 BBAB的表征用傅立葉變換紅外光譜儀和核磁共振儀對(duì)BBAB進(jìn)行表征。
1.2.3 BBAB的抑菌實(shí)驗(yàn)
采集某化工廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)的工業(yè)循環(huán)水水樣,按照水的衛(wèi)生細(xì)菌學(xué)檢驗(yàn)方法[7-8]測(cè)試水樣中細(xì)菌總數(shù)。經(jīng)測(cè)試,水樣中細(xì)菌總數(shù)為59 000個(gè)·mL-1。
取1.0g BBAB溶于1 000mL無(wú)菌水(20mL曲拉通+980mL蒸餾水)中,配制1.0mg·mL-1的BBAB抑菌液。
用移液管分別移取9mL水樣上清液至5支洗凈并干燥過(guò)的20mL試管中,編號(hào)為1?!?#,其中1#為對(duì)照樣,2?!?#分別加入配制好的BBAB抑菌液0.1mL、0.2mL、0.5mL和1.0mL,5支試管均補(bǔ)加無(wú)菌水至10mL,使BBAB濃度分別為:0mg·L-1、10mg·L-1、20mg·L-1、50mg·L-1、100mg·L-1。分別在1h、6h、12h、24h、48h后,以無(wú)菌操作方法用無(wú)菌吸管分別吸取上述試管中的樣品液1mL,注入無(wú)菌平皿中,再傾注約15mL已融化并冷卻到45℃左右的營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基,立即旋搖平皿,使水樣與培養(yǎng)基充分混勻,每個(gè)水樣傾注2個(gè)平皿。另用一個(gè)平皿加1mL無(wú)菌水后傾注營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基作為空白對(duì)照。待培養(yǎng)基冷卻凝固后,翻轉(zhuǎn)平皿使底面向上,置于(37±1)℃恒溫箱中培養(yǎng)24h,進(jìn)行菌落計(jì)數(shù),取2個(gè)平板菌落數(shù)的平均值即為1mL水樣中的菌落數(shù)。
圖2 BBAB的紅外光譜Fig.2 FTIR Spectrum of BBAB
由圖2可知,2 920cm-1、2 850cm-1處的吸收峰為飽和碳?xì)滏I的伸縮振動(dòng)吸收峰,1 740cm-1、1 625 cm-1處的吸收峰是不飽和雙鍵(C=O和C=C)的特征吸收峰;1 280cm-1、1 200cm-1、1 105cm-1處是碳氧醚鍵的吸收峰。以上均為BBAB中主要官能團(tuán)的特征吸收峰,表明合成產(chǎn)物為BBAB。
1HNMR(CDCl3),δ:5.83 (2H,m),4.81 (4H,d),3.87(4H,s),分別對(duì)應(yīng)于BBAB分子結(jié)構(gòu)式(圖3)中 H-3(3′)、H-2(2′)和 H-1(1′),進(jìn)一步證明合成產(chǎn)物為BBAB。
圖3 BBAB的分子結(jié)構(gòu)式Fig.3 Molecular structural formula of BBAB
不同濃度BBAB溶液對(duì)工業(yè)循環(huán)冷卻水的抑菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。
表1 不同濃度BBAB溶液對(duì)工業(yè)循環(huán)冷卻水的抑菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Bacteriostasis results of BBAB solution for industrial circulating cooling water at different concentrations
由表1 可知,BBAB溶液在低濃度下就具有較高的抑菌能力,濃度為10mg·L-1、1h后抑菌率就可達(dá)98%以上。
以溴乙酸和2-丁烯-1,4-二醇為原料,以氯化鎂為催化劑、二甲苯為分水劑,合成了1,4-雙(溴乙酮氧)-2-丁烯,產(chǎn)率達(dá)66.75%。經(jīng) FTIR和1HNMR分析,確認(rèn)所合成的產(chǎn)物為BBAB。將合成的BBAB進(jìn)行工業(yè)循環(huán)水抑菌實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,BBAB是一種高效抗菌劑,低濃度下就具有較高的抗菌活性、起效快、效率高、易降解,具有廣闊的應(yīng)用前景。
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