壳聚糖固定化枯草芽孢杆菌及其对水溶液中铜离子的吸附性能研究

摘要

近几十年来，重金属污染已经成为最严重的环境问题之一，因其不具降解性而易在生物体内积累，最终通过食物链危害人体健康。固定化微生物作为一种新的生物吸附剂具有机械强度高、操作方便、分离系统简单、吸附剂易再生、能重复利用等优点，并可制成各种类型的反应器，实现连续运行。环境中大量存在的微生物如细菌、真菌、酵母和藻类等对金属离子具有很强的吸附能力。
　　 本研究利用壳聚糖固定化枯草芽孢杆菌，研究了这种新型的固定化小球在不同条件下对Cu2+的去除效果，并通过改变不同的实验条件，探究其中的机理。
　　 通过单因子实验，pH、吸附剂投加量、温度、Cu2+初始浓度、时间对吸附实验的影响，得出的结果表明，固定化小球的最佳吸附条件为pH6、温度37℃和时间12小时。与空白壳聚糖小球相比，固定化壳聚糖和枯草芽孢杆菌小球具有更强的吸附能力。解吸结果表明固定化小球能有效地循环利用。
　　 吸附平衡曲线表明，对Cu2+的吸附在4h内是一个快速的过程，在12h时基本趋于平衡，且平衡曲线能较好地用Langmuir模型来描述，其吸附过程主要为单分子层吸附，最大单分子层吸附量为100.7 mg/g。动力学研究表明，准二级动力学模型能很好地描述反应过程且相关系数高达0.999，反应机理同时包含了物理吸附和化学吸附，并且以物理吸附为主。
　　 废水中重金属离子一般是多种离子同时存在的，固定化小球同时吸附Cu2+、pb2+和Cd2+的结果显示其他离子的存在可能影响其对Cu2+离子的吸附。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 水资源概况

1．1．2 重金属废水的来源与危害

1．2 重金属废水的处理方法

1．2．1 化学法

1．2．2 物理化学法

1．2．3 生物法

1．3 微生物固定化技术

1．3．1 微生物固定化的特点

1．3．2 微生物固定化方法

1．3．3 固定化载体

1．3．4 固定化菌种

1．4 固定化技术在含重金属废水处理中的应用

1．5 实验原理

1．5．1 生物吸附重金属离子的原理

1．5．2 液相吸附的基本理论

1．6 课题的学术背景

1．6．1 本课题的研究目的与意义

1．6．2 本课题的研究内容

第2章 试验材料与方法

2．1 试验材料与仪器

2．1．1 试验设备

2．1．2 试验试剂

2．1．3 菌种的来源与性状

2．2 试验方法

2．2．1 培养基的配置

2．2．2 菌体的培养

2．2．3 菌体的固定化

2．2．4 固定化小球干重的测定

2．2．5 重金属溶液的配置及测定方法

2．2．6 表征实验

2．2．7 吸附实验

2．2．8 吸附模型

2．2．9 解吸实验

2．2．10 金属离子干扰实验

第3章 固定化小球吸附Cu2+的性能研究

3．1 固定化小球形态及其吸附Cu2+前后电镜观察

3．2 固定化小球吸附Cu2+前后红外光谱分析

3．3 吸附Cu2+影响因子的研究

3．3．1 pH对吸附的影响

3．3．2 固定化小球投加量对吸附的影响

3．3．3 温度对吸附的影响

3．3．4 Cu2+离子初始浓度对吸附的影响

3．3．5 时间对吸附的影响

3．3．6 解吸实验

3．4 本章小结

第4章 固定化小球吸附Cu2+的等温模型和动力学研究

4．1 吸附等温模型

4．1．1 Langmuir吸附等温模型

4．1．2 Freundlich吸附等温模型

4．1．3 Temkin吸附等温模型

4．1．4 Dubinin-Radushkevich(D-R)吸附等温模型

4．1．5 小结

4．2 动力学模型

4．2．1 准一级动力学模型

4．2．2 准二级动力学模型

4．2．3 Elovich动力学模型

4．2．4 颗粒内扩散方程

4．3 本章小结

第5章 干扰金属离子对Cu2+吸附实验的影响

5．1 引言

5．2 Pb2+对Cu2+吸附的干扰影响

5．3 Cd2+对Cu2+吸附的干扰影响

5．4 Pb2+、Cd2+对Cu2+吸附的干扰影响

5．5 本章小结

结论

1．结论

2．研究展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表学术论文目录

附录B 攻读学位期间发表的与本论文相关的英文论文