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摘要
低阶煤的微生物降解过程条件温和、能耗低，是煤炭绿色转化的途径之一，但降解率较低、降解时间较长的难题阻碍了其工业化的进程。近年的研究发现微生物主要是利用其分泌的胞外液来降解煤，但胞外液的提取过程繁杂，不利于工业生产。因此，本实验选取对煤降解能力较好的日本假单胞菌，采用超声波对其进行破碎获取菌种超声破碎液，利用超声破碎液降解新疆乌东低阶煤，并以未经处理的菌种细胞培养液作为对照。结果显示：当日本假单胞菌生长状态处于稳定期及稳定期以后时，进行超声波破碎细胞培养液，所获得的破碎液对煤样有较好的降解效果；选取培养60 h达到稳定期的菌种进行超声波破碎，破碎液对煤样的降解率为48.97%,较对照组提高了13.13%。细胞培养液主要依靠分泌的胞外液降解煤，而菌种超声破碎液中既含有胞外液又含有胞内液，GC-MS分析可知，胞外液和胞内液组成相似，主要为胺类和醇类等物质，因此，菌种经超声波破碎后，胞内液释放，胞外液和胞内液共同参与了降解过程，从而提高了煤样的降解率。采用FTIR、XRD、低温N2吸附和GC-MS对降解后的固、液相产物进行分析，与对照组相比发现：日本假单胞菌超声破碎液对煤样分子结构中羟基、羧基和酯基等官能团的降解作用更强，从而使微晶结构中芳香层片的间距更大，堆砌高度更低，碳层数更少，并且固相产物中19～23 nm微孔所对应的比表面积增加；液相产物的物质种类数增加，主要成分为烷烃、酮、醇和酯类等，分子量为154～546。利用菌种超声破碎液代替细胞活体降解低阶煤，不仅提高了煤样的降解率，还为低阶煤生物降解的工业化提供了一条新的途径。
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