高级氧化技术.pdf

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1、高级氧化技术――之生物氧化黄志心040620411第一部分生物氧化机理1概念生物氧化是一个大的技术范畴，实质上可称为生物处理技术，任何一种利用微生物来降解、去除有机污染物的技术都可以称为生物氧化技术。生物体内的载体能把从外界吸入体内的氧气等运送到各种组织，供细胞内进行维持生命所必需的各种氧化作用，氧化还原反应是生物体的重要反应。一切生物的生命活动都需要能量的输入，如肌肉收缩、神经冲动以及细胞内各种生物合成反应等都需要消耗能量。生物体一切活动所需的能量来源于糖、脂肪、蛋白质等有机物在体内的氧化。这些氧化作用总是伴随脱氢、递氢和受氢过程而进行，脱氢的物质叫做供氢体（电子供体），其经脱氢作用而被

2、氧化；受氢的物质叫受氢体（电子受体），其经受氢作用而被还原。因此，有机物在活细胞内的氧化还原作用即称为生物氧化。2生物氧化的方式及其机理化学上的氧化作用包括加氧、脱氢和脱电子等作用。生物体内物质进行氧化也是采用加氧、脱氢和脱电子等方式。生物氧化根据最终受氢体的不同可分为发酵、无氧呼吸及有氧呼吸3种方式，以下分别介绍。2.1发酵在生物氧化中，发酵是指电子供体（供氢体）和最终电子受体（受氢体）都是有机物的产能代谢过程。在许多情况下，受氢体就是供氢体的分解产物。以下以乙醇发酵为例进行说明：C6H12O62CH3COCOOH+4HCH3COCOOH2CH3CHO+2CO22CH3CHO+4H2CH

3、3CH2OH总反应式为：C6H12O62CH3CH2OH+2CO2其中，葡萄糖为供氢体，则乙醛为最终受氢体。从上述内容可以看出，发酵作用不需要氧，可在无氧条件下进行；底物不能彻底氧化，发酵结果仍积累有机物；能量产生少，大量能量转移到生成的乙醇中；所生成的发酵终产物可能比所氧化的基质更为还原，这不仅可以为细胞合成代谢提供还原力，并且在沼气发酵过程中生成的还原性产物，如丙酸、丁酸、醇类等在发酵液中的积累可使发酵体系中的氧化还原电位下降，从而适于产甲烷菌的生长繁殖。2.2无氧呼吸－－2－无氧呼吸也称厌氧呼吸，它是指以外源无机氧化物（如NO3、NO2、SO4、CO2等）作为最终受氢体的生物氧化作用

4、。有的细菌以有机氧化物如延胡索酸等作为最终受氢体，但较为罕见。根据用做最终受氢体的化合物种类的不同，而区分为多种类型的无氧呼吸，详见下图。~1~－NO2，NO，N2O，N2硝酸盐呼吸（兼性厌氧细菌）－NO32－2－2－SO3，S2O3，S3O6，H2S硫酸盐呼吸（专性厌氧细菌）2－SO42－S硫呼吸无机盐呼吸（专性和兼性厌氧细菌）0SCH3COOH产乙酸细菌－碳酸盐呼吸CO2,HCO3（专性厌氧细菌）CH4无氧呼吸产甲烷细菌CO,HCO－232＋Fe铁呼吸（专性和兼性厌氧细菌）3＋Fe琥珀酸延胡索酸呼吸延胡索酸2.3有氧呼吸有氧呼吸也称好氧呼吸，是指以分子氧作为最终电子受体的生物氧化方式。

5、其特点是底物按常规方式脱氢后，经完整的电子受体传递链递氢，最终由分子氧接受氢并生成水。具体来说，可分为三种类型：（1）以氧作为末端电子受体的电子传递过程：这种过程的模式如下式：其中，SH2和S代表底物的还原态和氧化态；Cired和CiOX代表一系列传递电子物质的还原态和氧化态。这类氧化还原作用的特点是，在末端以前的氧化还原反应是一系列电子传递链，末端由O2接受电子生成水。（2）两类脱氢过程：实际上这两个反应式经一个或多个中间氢载体，并以氧作为末端氢受体的体系来进行。它实际上也是一条电子传递链，可用如上式的模式表示：其中，AiH2和Ai（i＝1，2，…，n）分别表示氢载体的还原态和氧化态。（

6、3）底物与分子氧的氧原子结合。这类氧化还原反应往往要相应的加氧酶参与。总之，脱氢过程中脱去一个氢原子也就是脱去一个质子和一个电子，加氧反应常伴有氧分子接受质子和电子~2~而被还原成水。生物氧化的主要方式是脱氢作用，在依靠氧气自下而上的生物体内，从代谢物脱下的氢通过呼吸链的逐步传递，最后被分子氧接受并生成水。3生物体内的氧化还原电位在研究生物体系的氧化还原作用时，氧化还原电位仍然是它重要的定量参数。它不仅可以衡量反应的可能性，也可以确定能量的转换关系。但是，发生在生物体内的氧化反应是在生理pH下进行的。因此，将生物体内的氧-1化还原电对的标准电位作了另行规定，即除了规定氧化型和还原型的浓度为

7、1.0mol•L、温度为25℃外，还规定pH取生理pH即：pH＝7.0（而不是pH＝0）作为氧化还原电对的标准氧化还原电位，因为酶在pH＝0的强酸性条件下没有活性。这种标准称为次标准氧化还原电位，记号为E0´，它与普通的标准氧化还原电位（E0）的关系为：某些涉及生物氧化体系的电对的次标准氧化还原电位见表。~3~一般来说，在生物体内的各种氧化还原体系中，并不是有电位差的任何两体系间都能发生反应，如上述的＋NAD/(NADH