固定化菌糠吸附剂对镉污染废水的深度净化

摘要

食用菌菌糠是食用菌工业生产的固体废弃物，直接排放到环境中容易对生态环境造成吸附重金属的价格低廉、消耗小、对环境不存污染。但直接将菌糠投入水体中进行吸附，不利于吸附剂的再回收利用，可能导致其在水体中腐化，造成二次污染。
　　本文通过海藻酸钠-聚乙烯醇对菌糠的固定化实验，制备出成分一致的颗粒。SA-PVA固污染。菌糠上的官能有效基团非常之多，可以被用来作为吸附剂来清除废水体中的有害金属离子。传统的废水处理法有很多缺点，而用菌糠来定的菌糠吸附材料有以下优点:1、球状吸附材料易于回收，便于装入填充柱、塔中，有利于与生产实际接轨;2、SA-PVA固定化菌糠在吸附中不易破碎，且其多孔性更加有利于与重金属离子更好充分的结合;3、菌糠中木质素、纤维素、菌丝体等物质提供了大量与重金属离子结合的官能团;4、原料易于获得，且成本低廉。
　　使用SA-PVA固定化菌糠对铅、铜、锌、镉这四种金属进行吸附效果的考察。结果显示出当pH为5～6之间，吸附温度超过25℃，溶液初始浓度在100-200mg/L之间时，固定化的菌糠对这几种金属可以超过60mg/g吸附量值。
　　本实验着重对固定化菌糠对镉离子的吸附进行探讨，确定了单因素吸附条件:pH5，吸附温度25℃和初始浓度为100mg/L的情况下吸附镉离子时效果最好，吸附量甚至达70mg/g以上。对镉离子的吸附优先符合Langmuir吸附等温曲线，且R2值为0.998，从中可以初步判定固定化菌糠对镉的吸附为化学的单层吸附过程。然后利用SEM、FTIR、XRD、BET等仪器对其吸附的原理进行探讨解释，显示固定化菌糠的比表面积为51.1546m2/g，固定化菌糠对镉离子的吸附主要由物理和化学吸附两部分组成，包括配位、静电吸附和络合等反应，且吸附过程中羧基羟基、氨基等基团起到主要作用。在吸附-解吸附循环过程中，HCl被用来作洗脱剂，虽然Cd的洗脱率有所下降趋势，但到第五次循环时洗脱率仅比首次下降了15％。将固定好的菌糠装入循环柱中，在最适条件下对Cd2+废水的吸附进行模拟生产操作，测得其吸附容量与实验结果基本一致。实验结果表明，固定化菌糠因其较强的吸附能力、易于回收的特性以及低廉的价格，具有较大的开发潜力和较高的应用价值。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 重金属污染概述

1．1．1 重金属水污染来源及危害

1．1．2 水体重金属污染现状

1．2 污染水体的重金属的治理方法

1．3 生物吸附法概述

1．3．1 生物吸附剂的种类

1．3．2 生物吸附剂的前处理及固定化

1．3．3 生物吸附的作用机理

1．3．4 生物吸附剂的解吸

1．4 食用菌工业废弃物——菌糠

1．4．1 菌糠废弃物的物质组成

1．4．3 食用菌菌糠在重金属吸附方面的巨大潜力

1．5 本研究的意义及创新点

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验原材料

2．1．3 实验药品

2．2 实验方法

2．2．1 固定化小球的制备

2．2．2 分批吸附试验

2．2．3 吸附-解吸-循环实验

2．2．4 等温吸附实验

2．2．5 数据分析

2．3 吸附机理研究

2．3．1 扫描电镜-能谱分析

2．3．2 傅里叶红外光谱分析

2．3．3 X射线衍射分析

2．3．4 比表面积分析

2．4 固定化吸附柱实验

3 结果与分析

3．1 溶液pH值对吸附的影响效应

3．2 吸附温度对吸附的影响效应

3．3 重金属离子的初始浓度对吸附的影响及吸附等温线效应

3．3．1 重金属离子的初始浓度对吸附的影响效应

3．3．2 吸附等温线的研究

3．4 吸附机理研究

3．4．1 比表面积及孔径

3．4．2 扫描电镜及能谱

3．4．3 傅里叶红外光谱分析

3．4．4 X射线衍射分析

3．5 吸附剂的解吸、循环利用和吸附柱实验

3．5．1 吸附剂的解吸及循环利用

3．5．2 固定化吸附柱实验

4 讨论

4．1 吸附因素对重金属离子吸附结果的影响

4．2 固定化菌糠对重金属离子的吸附机理讨论

4．3 固定化菌糠吸附剂的解吸和循环利用

4．4 固定床吸附柱实验分析

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文