棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对Pb和Cd的吸附过程的特征

摘要

随着工业、采矿业的快速发展，重金属废水已经成为一类对生态环境危害极大的工业废水。传统的重金属污染处理方法如化学沉淀法、离子交换法在处理浓度相对较低的重金属废水时表现出许多局限性，如成本较高、去除效果较差等。近年来，生物吸附技术由于其优点(高效，价廉，无二次污染)，不断发展成为处理低浓度重金属废水的新技术。目前，生物吸附技术已经存在大量的研究，但大部分集中于反应条件的研究，其次是利用仪器分析如利用红外IR，扫描电镜SEM，透射电镜TEM等仪器分析方法研究吸附的机理，但对具体的吸附过程进行分析尚不多见。 本研究从湖南省岳阳县临湘桃林矿区尾矿土壤中分离到七株菌株，经筛选确定2＃菌株为本实验使用菌种，经26S rRNA D1/D2区域扩增及序列测定，鉴定为棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)。本实验将该菌种作为生物吸附剂，将Pb2+和Cd2+作为吸附质，进行吸附特性以及吸附过程特征的研究。 实验主要研究了棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)吸附溶液中Pb2+和Cd2+的动力学、热力学和吸附等温线以及解吸效率，同时，还研究了pH值，温度和吸附时间，重金属离子起始浓度和吸附剂用量对吸附过程的影响以及该菌种在选定培养基中的生长情况和对Pb2+、Cd2+的抗性。 实验表明：棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)在选定培养基中培养120h达到生长量最大值，该时间点即为吸附剂最佳收获时间点；Pb2+、Cd2+对其最低抑制浓度分别为500mg/L和400mg/L。在实验设定条件下，棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)吸附溶液中Pb2+和Cd2+的最佳pH值为5.0，最佳吸附温度为30℃；在一定重金属离子浓度范围内，吸附量随着重金属离子浓度的提高而提高，并最终达到吸附最大值；等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述，说明该吸附过程主要为发生在吸附剂表面的单分子层吸附，方程模拟出棘孢曲霉对Pb2+和Cd2+最大吸附量为75.8 mg/g和62.5 mg/g，与实验所得最大吸附值(71.2mg/g和59.8mg/g)很接近；动力学实验数据可以很好的符合二级动力学方程，吸附达到平衡的时间为3h，说明该吸附过程存在化学过程，方程模拟出的吸附量与实验测得的吸附量十分接近；热力学实验数据分析得出，该吸附过程为自发的、吸热的过程。

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文摘

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论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2重金属废水的来源及危害

1.2.1重金属

1.2.2重金属废水的来源

1.2.3重金属废水的危害

1.2.4铅(Pb)的危害

1.2.5镉(Cd)的危害

1.2.6铬(Cr)的危害

1.3重金属对其他环境质量的危害

1.4重金属废水处理现状

1.4.1传统的废水处理技术

1.4.2生物吸附技术

1.4.3生物吸附的机理

1.4.4生物吸附平衡

1.4.5生物吸附剂

1.4.6生物吸附的影响因素

1.4.7固定化微生物技术处理重金属废水的研究概况

1.4.8生物絮凝法

1.4.9植物整治法

1.5重金属生物吸附技术的展望

1.5.1新型高效生物吸附剂的开发

1.5.2生物吸附机理的研究

1.6本文主要研究内容

第2章优势菌种的筛选与鉴定及其抗性研究

2.1引言

2.2实验材料

2.2.1实验主要仪器与试剂

2.2.2分离源

2.2.3培养基

2.3实验方法

2.3.1实验材料的灭菌处理

2.3.2重金属溶液的配制

2.3.3菌种的分离

2.3.4真菌培养基的选择

2.3.5优势真菌的筛选

2.3.6优势真菌的鉴定

2.3.7 Pb2+和Cd2+对优势真菌生长的影响

2.4实验结果

2.4.1真菌培养基的选择

2.4.2优势真菌的筛选

2.4.3 2#菌的鉴定

2.4.4 pb2+和Cd2+对2#菌生长的影响

2.5本章小结

第3章棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)吸附铅、镉离子的特性研究

3.1引言

3.2实验材料

3.2.1实验主要仪器与试剂

3.2.2培养基

3.3实验方法

3.3.1实验材料的灭菌处理

3.3.2重金属溶液的配制

3.3.3孢子液的制备

3.3.4生长曲线的测定

3.3.5生物吸附剂的制备

3.3.6最佳吸附pH值的确定实验

3.3.7最佳吸附剂用量的确定实验

3.3.8最佳吸附温度的确定实验

3.3.9最佳吸附时间的确定实验

3.3.10重金属初始浓度对吸附的影响

3.3.11吸附量和吸附率的计算方法

3.4结果与讨论

3.4.1棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)生长曲线的测定

3.4.2最佳吸附pH值

3.4.3最佳吸附剂用量

3.4.4最佳吸附温度和时间

3.4.5初始重金属浓度对吸附的影响

3.5本章小结

第4章棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对pb2+和Cd2+的吸附过程研究

4.1研究背景

4.2试验材料

4.2.1实验主要仪器与试剂

4.2.2培养基

4.3实验方法

4.3.1实验材料的灭菌处理

4.3.2重金属溶液的配制

4.3.3生物吸附剂的制备

4.3.4吸附等温实验

4.3.5吸附动力学和热力学实验

4.3.6解吸实验

4.4结果与讨论

4.4.1等温吸附研究

4.4.2吸附动力学研究

4.4.3吸附热力学研究

4.4.4解吸

4.5本章小结

结论

参考文献

附录攻读学位期间发表的论文

致谢