复合纳米生物材料处理重金属-有机物复合废水的研究

摘要

近年来，越来越多的有机和无机污染物排放到环境中，引起严重的水体、大气和土壤环境污染问题。其中，重金属和有机物的复合污染问题受到研究者广泛的重视，这主要是由于重金属和有机物都是较难去除的物质，并且它们对人体的危害较大。镉是重金属中毒性较大的一种，由于容易在人体内积累，从而对人体的肾脏、肝脏和骨骼等系统造成伤害。有机物中的2，4-二氯酚(2，4-DCP)会对人体产生强烈的腐蚀作用，从而导致其皮肤或粘膜受到伤害。此外，重金属镉和2，4-DCP的复合废水的毒性较单一的毒性更大，也比单一的污染物更难被去除。目前，对于重金属和酚类有机物单独去除的研究较多，但有关同时去除两种污染物的研究却很少。
　　 微生物法处理重金属污染废水，以其吸附剂价格低廉、无二次污染等优点被广泛应用于水体治理中。白腐真菌中的黄孢原毛平革菌被证实是一种能够用于重金属吸附的生物材料;光催化材料中的纳米二氧化钛由于其物理、化学性质较稳定，无毒且价格低廉而常常被用于有机化合物的降解。本文通过海藻酸钠将氮修饰纳米二氧化钛负载在黄孢原毛平革菌上，从而获得一种新型的复合纳米生物材料，并将其用于重金属和有机物复合废水的处理。
　　 本论文研究考察接触时间、pH、投加量、以及镉离子和2，4-DCP初始浓度的变化对复合纳米生物材料吸附水体重金属离子和降解有机物的影响。通过研究得出:复合纳米生物材料对镉和2，4-DCP的最大去除率分别为84.2％和78.9％，并且在pH值4.0到7.0的范围内，其对重金属和有机物都保持较高的去除率。复合纳米生物材料对污染物的去除效果与镉和2，4-DCP的初始浓度有关。
　　 为了进一步探究复合纳米生物材料对污染物的去除机理，采用环境扫描电镜、傅里叶红外变化光谱、X射线光电子能谱和气质联用仪分析等现代分析仪器对其进行了研究。机理研究表明:吸附了重金属的复合纳米生物材料的表面发生了明显的变化，其表面的菌丝变紧，而且表面吸附有较多的白色结晶颗粒。X射线光电子能谱能谱(EDX)表明，氨基酸和蛋白质在复合纳米生物材料吸附重金属的反应起了重要作用。傅里叶红外变换光谱(FTIR)表明，羧基、氨基和羟基参与了复合纳米生物材料吸附重金属的反应。在2，4-DCP的降解过程中，有机物被分解为邻氯甲苯、1，3-二甲基苯等中间产物。研究表明:负载氮修饰纳米二氧化钛的黄孢原毛平革菌对污染物的耐受性显著提高，并且其降解有机物的时间大为缩短，因此，复合纳米生物材料能够有效地用于重金属和有机物复合废水中镉和二氯酚的同时去除。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 重金属-有机物的环境污染

1．1．1 重金属污染

1．1．2 有机物污染

1．1．3 复合污染

1．2 重金属及有机物的处理技术

1．2．1 重金属处理技术

1．2．2 有机物处理技术

1．3 白腐真菌及其研究进展

1．3．1 白腐真菌的分类

1．3．2 白腐真菌的生理特点

1．3．3 白腐真菌酶学

1．3．4 白腐真菌对重金属的去除

1．4 纳米光催化材料-二氧化钛

1．4．1 纳米TiO2的特性

1．4．2 纳米TiO2的光催化特性

1．4．3 纳米TiO2的制备方法

1．4．4 纳米TiO2的修饰

1．5 生物固定化技术

1．6 本课题的研究目的及内容

1．6．1 研究内容和意义

1．6．2 研究的技术方案

第2章 复合纳米生物材料的制备

2．1 实验仪器与试剂

2．1．1 实验主要仪器

2．1．2 实验主要试剂

2．2 实验材料的制备

2．2．1 黄孢原毛平革菌的传代培养

2．2．2 氮修饰纳米TiO2的制备

2．2．3 复合纳米生物材料的制备

2．2．4 包埋氮修饰纳米TiO2的制备

2．2．5 包埋黄孢原毛平革菌的制备

2．3 氮修饰纳米TiO2的性质分析

2．3．1 氮修饰纳米TiO2的外观

2．3．2 氮修饰纳米TiO2的环境扫描电镜分析

2．3．3 氮修饰纳米TiO2的透射电镜分析

2．3．4 氮修饰纳米TiO2的X射线衍射分析

2．4 复合纳米生物材料的性质分析

2．4．1 复合纳米生物材料的外观

2．4．2 复合纳米生物材料的电镜分析

2．4．3 复合纳米生物材料的元素分析

2．5 结论

第3章 复合纳米材料对镉和二氯酚处理能力的研究

3．1 实验仪器与试剂

3．1．1 实验主要仪器

3．1．2 实验主要试剂

3．2 实验方法

3．2．1 时间对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．2．2 pH值对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．2．3 投加量对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．2．4 镉初始浓度对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．2．5 2，4-DCP初始浓度对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．2．6 数据测定、分析和计算

3．3 结果分析

3．3．1 时间对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．3．2 pH对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．3．3 投加量对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．3．4 镉初始浓度对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．3．5 2，4-DCP初始浓度对镉吸附和2，4-DCP降解的影响

3．4 结论

第4章 复合纳米生物材料的污染物去除机理研究

4．1 实验仪器与试剂

4．1．1 实验主要仪器

4．1．2 实验主要材料的制备

4．2 实验方法

4．2．1 环境扫描电镜分析

4．2．2 傅里叶红外变换光谱分析

4．2．3 气质联用分析

4．3 结果分析

4．3．1 环境扫描电镜分析

4．3．2 傅里叶红外变换光谱

4．3．3 气质联用分析

4．4 结论

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士学位期间所申请国家发明专利目录