机械-聚合物淀粉共混体系的生物降解动力学(中)

以上的标量渗透分析只适用于那些在全部材料中淀粉的浓度p为常量的情况。但是常常产生的是具有浓度梯度p(x)的情况，其渗透方式为梯度渗透20。深度剖面上的浓度p(x)是深度变量的1维函数时能够平滑变化。但是当从2 维或3维角度来视察时，剖面或分散面变得非常粗糙。分散的随机性导致了具有分维特点的复杂结构。分散辨别成两个部分：(1)与x=0的表面相接触的连接区；(2)埋藏在聚合物基质内部的以较低浓度存在的非连接区。最接近表面的部分，p(0)=1，通过渗透规则本身相互连接，同时非连接部分所包括的小粒子群集与不相连。将连接区与非连接辨别割开的面被Sapoval等人20称为分散面。分散面具有分形结构，并能够很好地描述连接区和非连接区界面的天然粗糙结构。该面的位置Xc在标量渗透临界值p c所处的浓度梯度位置上。分散面的粗糙度及位置X c是分散距离Ld的函数。对1个3维的线性浓度梯度，接触粒子数是L d的函数：A(L d)=1.3L d。后者来源于将关系式：p(x)=1－x/4L d在浓度剖面上从0～Xc对x积分的结果，其中X c取约等于2L d。由于A(L d）与X c成比例，因此对1个线性浓度梯度来说，接触分数A=0.65为1个常数。所有的单调降落的浓度梯度的剖面中都有类似的现象。但是降解深度会遭到Xc～Ld很强的影响。对聚合物在渗透界面上的梯度渗透已有了详细的论述22。在本文中我们分散了渗透理论以研究淀粉在淀粉－聚乙烯共混体系中A(t)降解的动态进程。在研究中我们同时考虑了浓度、侵入机理、微生物数量、淀粉的粒度散布对降解的影响。我们首次对微生物侵入并渗透传播进程进行了计算机模拟，将其结果与实验结果对照进行了分析。计算机模拟需要考虑的微生物及生化因素　通过计算机模拟的方法研究自然微生物降解进程。由于我们对大肠杆菌的细胞生态了解得比较充分，模拟中使用它作为模拟微生物种类25。模拟进程中对淀粉的活性产生2氧化碳的转化效率、大肠杆菌的寿命和繁殖都进行了记录。模拟实验为大肠杆菌侵入单分散聚乙烯－淀粉(淀粉颗粒直径为1微米)共混物。模拟进程中，微生物在共混物中的侵入界面被定期地剖开。初始步骤利用的是单面侵入模型(降解从顶或底面产生)房子已经被强拆了如何救济，而淀粉典型的是双面侵入模型(降解既从顶面又从底面产生)。Peanasky等人12研究指出双面侵入和单面侵入所得到的可及度结果是不同的，特别是当淀粉浓度低于pc时。因此经过改进后，单面侵入模型包括了双面侵入的可及度和淀粉颗粒 多分散性质(淀粉颗粒存在粒度散布)。本文同时还报道了在聚乙烯－淀粉共混物在经过了酶处理以后淀粉水解产生的小分子物质向聚合物／微生物界面分散的进程5,12。淀粉是直链淀粉和支链淀粉的共聚物，并且具有糖苷键。在有水存在的条件下，酶能够分解淀粉的糖苷键。单糖、2糖、低聚糖作为降解产物在降解进程中菜成。许多证据表明，淀粉的水解能够产生葡萄糖。酶释放速率、酶分散系数和产物的分散系数均被记录下来，它们是在模拟中要用到的参数。实验模拟了酶在单分散和多分散淀粉—聚乙烯共混物中进行的双面分散。实验模拟了微生物、酶在1个2维(80×4y4)格子里进行的侵和进程的动态变化，淀粉颗粒的浓度p在1个可能的范围内变化。模拟计算中使用的介质的维度与实验中使用的试样(有氧和土壤研究)的维度保持1致，其中淀粉颗粒直径与材料厚度之比为b/h～10。试样的淀粉浓度在邻近临界值(pc=0.59)的57％～61％的范围内。微生物侵入的模拟　使用1微米的包括53飞摩尔(fmol)碳的淀粉颗粒。微生物平均含10.5fmol的碳元素。平均微生物的碳含量比未成熟的微生物高约33％。当到达14fmol时成熟微生物就分解为两个新的微生物，每一个含有7fmol的碳。微生物的传代时间为2400s。假定微生物接触到1微米的淀粉颗粒时能够利用39％转化为2氧化碳，1％作为运动的燃料，剩余的作为新增的生物量。微生物的活性决定于燃料的含量。在没有淀粉的情况下，微生物使用本身的碳直至体内所含的碳为7fmol。假定微生物的位移速率为1cm/s。1个含10％的微生物的10微米厚的水层，与聚乙烯—淀粉共混物2维格子的边沿相接触。1旦某个位置被侵入并以占有／非占有来进行标记，并且微生物的参数已被定义，那么模拟进程就开始了。每间隔100s对晶格点进行采样，记录淀粉的被接触情况。将从共混物中消化的淀粉分数以时间为坐标作图。酶分散进程的模拟　使用1个分散及酶消化的相干模型。1定浓度的淀粉酶(1M)置于晶格的两边并且模拟粉被1个外部细胞酶分解的进程。酶和降解产生的分散系数分别为7.48×10－7和45强拆后怎样请律师.86×10－7cm2/s。将被分散的酶接触的淀粉数量以时间为坐标作图。实验部分材料准备　玉米淀粉：CargillInc. Minneapolis NM，聚乙烯：Quantum Chemical Co. Cincinnatti OH,淀粉—聚乙烯共混物中淀粉浓度为20％～40％(体积比)。熔混设备为Brabender Data Processing Plasti－Corder Moldel PL2000,压片设备为Carver Laboratory Press,Model M25。片厚100微米。土壤测试　将3英寸厚的经筛分的土壤放置于15×1yl 10×英寸的塑料盒中。盒子有不锈钢的衬里作为空气通道。土壤含水30％(去离子水)。淀粉—聚乙烯共混膜(20～40％体积比)100微米厚，埋于土内两英寸。试样定期进行扫描电镜视察。室内温度为21～25℃，湿度为37％～90％。降解后的聚乙烯—淀粉共混物试样的新面试样通过在液氮中冷冻2小时来制得城管强拆工厂不走程序如何处理。扫描电子显微镜为Hitachi 600SEM。未进行土壤掩埋的共混物试样也进行扫描电镜的视察。需氧生物降解测试　需氧生物降解测试的主要特点以下：装置组成为：2氧化碳清洗装置，堆肥装置，气体搜集装置接种物的标准化