重金屬離子吸附材料的制備及性能研究.pdf

1、水是人類生產(chǎn)和生活不可缺少的環(huán)境資源要素,重金屬污水處理關(guān)系到人們的生活質(zhì)量和生活環(huán)境。污水處理常用方法之一是吸附法,而該技術(shù)的關(guān)鍵是吸附材料。陶瓷顆粒是一種吸附效率高、吸附成本低的備受關(guān)注的水處理吸附材料。
　　 基于物質(zhì)吸附和基因工程的復合功能,本論文通過對多孔陶瓷濾料的模擬研究,以資源豐富、價格低廉的粘土為陶瓷骨料,采用造孔劑添加法和顆粒堆積法制備多孔陶瓷濾料。研究了多孔陶瓷對重金屬離子的吸附能力和機理,為處理重金屬污水提

2、供實驗基礎(chǔ)和理論依據(jù);從抗逆性強的棗樹中克隆具有結(jié)合重金屬能力的基因——金屬硫蛋白基因,構(gòu)建了能夠?qū)嶋H應(yīng)用于污水處理的基因工程菌,并研究了多孔陶瓷載金屬硫蛋白基因工程菌對重金屬離子的吸附性能。研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1、陶瓷的性能與微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān),所以研究陶瓷燒結(jié)過程中的微觀結(jié)構(gòu)演化至關(guān)重要。論文以經(jīng)典Monte Carlo方法為基礎(chǔ),改進了Monte Carlo方法。模擬時不僅考慮陶瓷晶粒本身,同時考慮氣孔相的影響

3、。使用改進了的Monte Carlo方法,開發(fā)了陶瓷燒結(jié)微觀結(jié)構(gòu)演化模擬程序。使用該程序模擬了陶瓷燒結(jié)過程在不同燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間條件下的微觀演化。
　　 2、具有良好的吸附和離子交換性能的粘土類吸附劑的制備。本論文采用造孔劑添加法和顆粒堆積法,在1250℃燒成溫度下保溫0.5h、60～80目的造孔劑煤粉和石墨分別添加15％、5%,100～120目的改性劑、蛭石添加2%的實驗條件下,制得顯氣孔率為58%,體積密度為1.081g/

4、cm3的粘土基多孔陶瓷濾料。
　　 3、多孔陶瓷對金屬離子的吸附性能受溶液pH值、初始濃度等因素影響。論文具體研究了多孔陶瓷對Cu2+、Zn2+的吸附率隨溶液pH值、初始濃度的變化規(guī)律;通過吸附動力學曲線分析吸附過程分為起始的快速吸附、隨后的緩慢吸附以及平衡吸附三個階段,使用Langmuir方程和Freundlich方程描述多孔陶瓷對Cu2+的吸附過程,確定吸附速率主要由化學吸附所控制,且吸附過程由多個步驟組成。
　　

5、4、采用第一性原理對石墨烯及摻雜金屬類的石墨烯體系對金屬硫蛋白的吸附進行了研究,從理論角度提出了通過摻雜金屬原子來提高石墨烯對金屬硫蛋白的吸附的方法。
　　 5、采用生物法治理重金屬污染是一條高效、經(jīng)濟的途徑。本論文構(gòu)建了谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶和棗樹金屬硫蛋白基因的融合表達載體,并成功導入大腸桿菌E.coli BL21(DE3),從而構(gòu)建了金屬硫蛋白的基因工程菌。論文利用該基因工程菌為對象,研究其對重金屬離子的吸附能力,具體研究硫的最