微生物及其表面修飾材料吸附分離金屬污染物行為和機(jī)理研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的金屬污染物對(duì)人類(lèi)的健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害，吸附法在金屬污染物治理中有著重要作用。生物材料以其原料來(lái)源廣、形貌多樣、價(jià)廉和環(huán)境友好等特點(diǎn)在吸附分離、功能材料等領(lǐng)域廣為應(yīng)用。本論文以不同形貌微生物作為生物材料來(lái)源，采用不同預(yù)處理方式和表面修飾方法制備了不同形貌的吸附材料，并用于幾種典型金屬污染物的吸附分離，主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)培養(yǎng)、收集絲狀真菌M7和KC，經(jīng)低溫冷凍干燥，制備M7-1、KC-2兩種

2、生物吸附劑。采用多種方法對(duì)其理化性能進(jìn)行表征，結(jié)果表明兩種真菌生物吸附劑細(xì)胞表面富含羥基、羧基等多種有利于金屬離子吸附的活性官能團(tuán)?？疾炝巳芤簆H、吸附時(shí)間和初始離子濃度等因素對(duì)M7-1、KC-2吸附性能的影響。M7-1吸附Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的最佳pH分別為5.0和6.0；而KC-2吸附Pb(Ⅱ)和Ag(Ⅰ)的最佳pH分別為5.0和3.0。兩種生物吸附劑的初始吸附速率隨金屬離子種類(lèi)和初始濃度改變而發(fā)生變化。準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型能很好

3、地描述M7-1、KC-2兩種生物吸附劑對(duì)金屬離子的吸附，表明吸附過(guò)程以化學(xué)吸附作用為主。M7-1、KC-2的吸附量隨金屬離子的初始濃度增加而增大。Langmuir吸附等溫模型對(duì)M7-1、KC-2對(duì)金屬離子的吸附平衡數(shù)據(jù)具有較好的擬合效果，表明兩種生物吸附劑對(duì)金屬離子的吸附以單分子層吸附為主。所制備的兩種真菌生物吸附劑對(duì)金屬離子有良好的吸附性能。
　　 (2)培養(yǎng)、收集芽孢桿菌，經(jīng)低溫冷凍干燥制備了生物吸附劑B1，利用溶膠-凝膠技

4、術(shù)制備了表面包硅生物吸附劑B1Si，采用犧牲模板法制備了中空硅吸附劑B1SiS，并將B1、B2Si和B1SiS三種材料用于Pb(Ⅱ)的吸附分離研究。理化性能分析表征結(jié)果表明：B1和B1Si均保留了菌體的豐富官能團(tuán)，B1Si機(jī)械性能增強(qiáng)；B1Si和B1SiS為無(wú)定形非晶體，表面包硅增大了B1Si和B1SiS的比表面積，并產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)?？疾炝巳芤簆H、吸附劑用量、離子濃度和吸附時(shí)間等對(duì)三種材料吸附性能的影響，以及吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫模型和吸

5、附熱力學(xué)機(jī)理及行為。研究結(jié)果表明：在溶液pH分別為5.0、5.5和5.5時(shí)，B1、B1Si和B1SiS吸附Pb(Ⅱ)的效果最佳，吸附劑用量達(dá)到1.0 g/L后，吸附去除率提高有限，240 min后吸附過(guò)程趨于平衡。準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型較好地描述了三種吸附材料對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附動(dòng)力學(xué)行為；Langmuir吸附等溫模型能很好地描述三種吸附材料的吸附平衡性能，B1、B1Si和B1SiS在318 K下對(duì)Pb(Ⅱ)的最大飽和吸附量分別為67.57

6、、93.46和72.45 mg/g；熱力學(xué)方程的擬合表明三種吸附材料對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附是一個(gè)吸熱和自發(fā)的過(guò)程。B1Si和B1SiS具有良好的解吸再生性能，共存離子Na(Ⅰ)和Ca(Ⅱ)基本不影響吸附材料對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附性能。
　　 (3)采用改進(jìn)的Stober法制備包硅酵母(SiY)，并將其作為表面印跡載體材料，結(jié)合溶膠-凝膠技術(shù)和表面離子印跡技術(shù)制備基于包硅酵母的Pb(Ⅱ)表面離子印跡聚合物(IIP/SiY)。采用不同表征方

7、法對(duì)IIP/SiY理化性能進(jìn)行表征，結(jié)果表明：-NH2、-OH等是印跡聚合及離子吸附過(guò)程中的重要活性基團(tuán)；SiY具有微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，在SiY表面及微孔內(nèi)的印跡聚合及模板離子洗脫等使IIP/SiY保持了較大的比表面積和孔體積。IIP/SiY對(duì)Pb(Ⅱ)吸附的最佳溶液pH為6.0。準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型較好地描述了IIP/SiY和NIP/SiY對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附動(dòng)力學(xué)行為，吸附速控步同時(shí)受粒子內(nèi)擴(kuò)散和液膜擴(kuò)散影響。Langmuir等