希瓦氏菌合成生物钯/FeSO4催化还原亚甲基蓝研究

摘要

染料废水来源于纺织印染行业，其具有色度大、COD高、BOD5较低等特点，是一种较难降解的工业废水。亚甲基蓝是一种常存在于染料废水中的典型染料。目前，处理含亚甲基蓝的染料废水的方法可分为物化法和生物法两大类。虽然这些方法处理效果较好，但也存在能耗高、不经济等缺点。降解亚甲基蓝的手段中大都只涉及到氧化方法，还原方法鲜见报道。本文用奥奈达湖希瓦氏菌（Shewanella Oneidensis）合成纳米级生物钯颗粒作为催化剂，以FeSO4作为还原剂，处理实验室配制的亚甲基蓝废水。考察pH、还原剂FeSO4投加量、生物钯投加量、亚甲基蓝初始浓度等因素对亚甲基蓝去除率的影响，以去除率为目标因子确定单因素实验的最佳反应条件。并对单因素实验的动力学进行研究。以单因素最佳反应条件为基础，设计正交实验，确定正交实验的最佳条件并对其动力学进行研究。本文的主要结论如下：
　　①单因素实验中，以去除率为目标因子，得到生物钯/FeSO4催化还原亚甲基蓝的最佳反应条件、空白实验及对应去除率如下：pH值7.0，对应去除率为85.35％；还原剂FeSO4投加量3mg/L，对应去除率为88.71%（此时FeSO4与被降解的亚甲基蓝的摩尔数之比为1.405：1），空白实验1中当只有投加生物钯、不投加FeSO4时亚甲基蓝的去除率几乎为0；生物钯投加量400mg/L，对应去除率为84.61%；空白实验2中当只投加还原剂FeSO4、不投加生物钯时亚甲基蓝的去除率为16.55%；亚甲基蓝初始浓度10mg/L，对应去除率为77.69%。
　　②对生物钯/FeSO4催化还原亚甲基蓝单因素实验的动力学研究表明，ln(c0/ct)与反应时间t呈线性关系，故此反应属于一级反应。在最佳pH下，反应速率常数为0.0158min-1；在最佳FeSO4投加量下，反应速率常数为0.0185min-1，当FeSO4投加量为0时，反应速率常数基本为0；在最佳生物钯投加量下，反应速率常数为0.0157min-1。
　　③正交实验中，以去除率为目标因子，得到生物钯/FeSO4催化还原亚甲基蓝的最佳反应条件为：pH值7.0、还原剂FeSO4投加量4mg、生物钯投加量400mg/L、亚甲基蓝初始浓度20mg/L，此时FeSO4与被降解的亚甲基蓝的摩尔数之比为2.016：1。在正交实验确定的各因素最佳条件下进行实验，亚甲基蓝的去除率达到84.85%，反应速率常数为0.0156min-1。
　　⑤还原剂FeSO4投加量单因素实验的最佳条件下，FeSO4与被降解的亚甲基蓝的摩尔数之比为1.405：1；正交实验的最佳条件下，FeSO4与被降解的亚甲基蓝的摩尔数之比为2.016：1，即降解等量的亚甲基蓝，单因素最佳条件中使用的FeSO4较少，说明单因素中单因素实验确定的FeSO4投加量比正交实验中确定的FeSO4投加量更优，更经济。

目录

1 绪 论

1.1问题的提出及研究意义

1.2 生物制备金属纳米材料

1.3 生物纳米钯

1.4 研究目的和研究内容

2 实验材料与实验方法

2.1 实验材料与装置

2.2 实验方法

3 生物钯制备

3.1 培养基的制备

3.2 微生物培养

3.3 生物纳米钯的制备

3.4 本章小结

4 亚甲基蓝降解单因素实验及反应动力学

4.1 亚甲基蓝降解单因素实验

4.2 亚甲基蓝降解单因素实验反应动力学

5 亚甲基蓝降解正交实验及反应动力学

5.1 正交实验设计

5.2 亚甲基蓝降解正交实验最佳反应条件反应动力学

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文