微生物及其表面修飾材料吸附分離金屬污染物行為和機理研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的金屬污染物對人類的健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴重危害，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源廣、形貌多樣、價廉和環(huán)境友好等特點在吸附分離、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。采用多種方法對其理化性能進行表征，結(jié)果表明兩種真菌生物吸附劑細胞表面富含羥基、羧基等多種有利于金屬離子吸附的活性官能團?？疾炝巳芤簆H、吸附時間和初始離子濃度等因素對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和初始濃度改變而發(fā)生變化。準二級吸附動力學(xué)模型能很好

3、地描述M7-1、KC-2兩種生物吸附劑對金屬離子的吸附，表明吸附過程以化學(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M7-1、KC-2對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，B1Si機械性能增強；B1Si和B1SiS為無定形非晶體，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、離子濃度和吸附時間等對三種材料吸附性能的影響，以及吸附動力學(xué)、吸附等溫模型和吸

5、附熱力學(xué)機理及行為。研究結(jié)果表明：在溶液pH分別為5.0、5.5和5.5時，B1、B1Si和B1SiS吸附Pb(Ⅱ)的效果最佳，吸附劑用量達到1.0 g/L后，吸附去除率提高有限，240 min后吸附過程趨于平衡。準二級吸附動力學(xué)模型較好地描述了三種吸附材料對Pb(Ⅱ)的吸附動力學(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Pb(Ⅱ)的吸附是一個吸熱和自發(fā)的過程。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Pb(Ⅱ)的吸附性能。
　　 (3)采用改進的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IIP/SiY理化性能進行表征，結(jié)果表明：-NH2、-OH等是印跡聚合及離子吸附過程中的重要活性基團；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Pb(Ⅱ)吸附的最佳溶液pH為6.0。準二級吸附動力學(xué)模型較好地描述了IIP/SiY和NIP/SiY對Pb(Ⅱ)的吸附動力學(xué)行為，吸附速控步同時受粒子內(nèi)擴散和液膜擴散影響。Langmuir等