利用靜電紡絲固定及保存菌種去除水中塑化劑 (鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯)

Abstract

"近年來塑膠產業興盛，為了工業需求時常需添加塑化劑增加塑膠的柔軟度，其中，鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯 (Di(2-ethylhexyl) phthalate, DEHP ) 為世界上使用較大量的塑化劑，因結構中含有苯環及較長碳鏈造成其性質安定不易分解，故廣泛存在於環境中且易累積造成生物毒性，近年來處理被DEHP污染的場域便是當務之急。其中以生物降解DEHP的方式較為有效、成本低且對環境友善，而當中能夠快速降解DEHP之菌種需特別由環境中分離純化，在利用微生物降解污染物上，如何保存菌種以及維持其活性便是很重要的環節。 本研究主題為將具有降解DEHP能力之菌種保存以及固定於以靜電紡絲技術製作出之奈米纖維膜中，此兩株菌分別為能將DEHP分解成中間產物鄰苯二甲酸 (phthalate acid, PA)的Acidovorax sp.，以及將後續PA降解為無毒最終產物的Thauera sp.，在 4℃下保存於纖維中數天後再進行後續降解水中DEHP之試驗。因靜電紡絲之纖維具有高比表面積及材料多樣等特性，故須先進行纖維材料優化，經共軸及單軸進行方法可行性評估後，發現共軸之穩定性較低，無法長時間收集纖維達到一定菌量，較不利於應用，而非水溶性纖維其溶劑通常對微生物有毒性，無法維持其活性，而以單軸形式製作出水溶性纖維較適合固定及保存菌種來降解DEHP，因此進行電紡製作出聚乙烯醇 (Polyvinyl alcohol, PVA) 纖維。 為了確認菌種經過電紡以及在纖維保存數天後是否仍具有降解DEHP之能力，本實驗設計不同保存天數再將纖維溶解於無氧培養基中以HPLC檢測水中DEHP及中間產物PA之濃度。由實驗結果可知，兩株菌種經電紡後保存於PVA纖維中21天內能將水中至少 90 %之1 mM DEHP在無氧狀態下完全降解，因DEHP為塑化劑，會被水中PVA進行吸附，但菌種仍能代謝吸附於高分子中的DEHP，且因菌種均為脫硝菌，同時也能將10 mM之硝酸根去除至少50 %以上。最後由共軛焦螢光顯微鏡顯示菌種確實被包覆於纖維內部，綜觀以上結果可得出本研究之優勢為：(1)以纖維保存菌種在存放以及運送上相比於液態均較為方便。(2)纖維中可存放大量菌種，於水中能快速溶解將菌種釋出且不需事先活化，能夠有效降解DEHP。 (3)可將水中硝酸根去除變為對環境較無害之氮氣。(4) PVA為環境友善之高分子，於環境中可被自然分解。 "