偕胺肟/胍基功能化真菌材料的制备及其吸附铀(Ⅵ)研究

摘要

随着社会的快速发展，工业化水平越来越高，排放的工业废水也随之增多，对环境造成了很严重的污染。如何处理工业废水，做到在发展的同时尽量减少人类对赖以生存的环境的破坏，成为近年来研究的热点问题。含重金属离子废水的处理更是一大难题，萃取法、离子交换法、化学沉淀法等传统处理方法有着成本高、吸附效果差、易造成二次污染等缺点，因此，近年来相关领域研究者便将注意力逐渐投向了具有吸附高效、材料安全、价格低廉等优点的生物吸附法。
　　本论文在实验室前期研究的基础上，继续以南海红树林内源真菌 Fusarium sp.＃ZZF51为研究基体，合成了含偕胺肟-胍官能团的功能材料及含双偕胺肟爪状功能材料提高其对铀(Ⅵ)的吸附能力。用FTIR、SEM、TGA、BET等方法对所制得的材料进行表征，并分别研究两种材料对铀(VI)的吸附性能，找出其最佳吸附铀(VI)的条件。本论文中还探索了合成的吸附材料对铀(VI)的吸附模型和吸附机理，为工业处理含铀(VI)废水提供参考条件。主要内容如下：
　　论文第一章对世界铀资源概况及其污染情况做了阐述，对含重金属离子废水的传统处理方法进行归纳，对生物吸附法做了简介，整理了含偕胺肟/胍官能团的化合物处理含重金属离子废水的国内外研究现状，同时对论文的研究意义、内容以及技术路线进行了介绍。
　　论文第二章介绍了实验过程中需用到的试剂和仪器，真菌的培养和收集过程，吸附实验的具体操作方法，吸附剂的表征手段以及等温吸附模型和动力学模型。
　　论文第三章介绍了含偕胺肟-胍官能团的功能材料(ZZF51-GPTS-DCDA-AM)的制备方法并对其吸附性能进行研究。对制备的功能材料和吸附后的材料进行表征，结果表明，合成得到的吸附材料与未修饰菌粉相比，表面变得粗糙，结合位点和空隙增多。吸附过程中，羟基、氨基以及偕胺肟基等基团均参与了铀(VI)的吸附。用响应面法对改性后菌粉对铀(VI)的吸附量进行优化，优化后在以下条件下得到最大吸附量（230.78 mg g-1）:固液比为150 mg L-1，pH为5.13，反应时间122.40 min，铀(VI)的初始浓度为40 mg L-1。吸附后用0.5 mol L-1或1 mol L-1 HCl对吸附剂进行解吸,发现超过85%的吸附剂能被重复利用至少5次。Langumir和Freundlich等温吸附模型能很好的对实验数据进行拟合，准二级反应动力学模型能很好的解释吸附过程。
　　论文第四章介绍了含双偕胺肟爪状功能材料(ZZF51-GPTS-DAMN-AM)的制备过程，用一系列表征手段对改性前后以及吸附前后的菌粉进行了表征，结果显示，偕胺肟基团成功接枝在菌粉上并且提供了对铀(VI)的吸附位点，偕胺肟基团和氨基、羟基都为吸附做出了贡献。在对材料的吸附性能研究中，先用单因素实验法探究了固液比、铀的初始浓度、初始pH值和反应时间对铀吸附量的影响，再以单因素实验结果为参考，用正交实验法继续对吸附条件进行优化。实验表明：固液比为100 mg L-1、初始浓度为40 mg L-1、初始pH值为6、反应时间为110 min时得到最大吸附量为370.85 mg g-1。用1 mol L-1HCl溶液对ZZF51-GPTS-DAMN-AM进行解吸，并对解吸后的材料进行重复性实验。在进行了5次解吸后，吸附剂仍然保持较大的吸附量，证明该吸附剂具有良好的重复利用性。分别用 Langmuir、Freundlich、Temkin三种等温吸附模型来对实验数据进行拟合，发现Langmuir和 Freundlich这两个等温吸附方程拟合的线性相关系数 R2都大于0.99，比较接近且均高于Temkin等温吸附模型，说明在吸附过程中，单分子层吸附和双分子层吸附均存在。动力学研究结果显示，动力学过程很好地符合准二级速率方程，其 R2值为0.9999。与未经修饰的菌粉相比，化学改性后的真菌材料由于偕胺肟基团和铀酰离子的强螯合作用对铀(VI)的吸附能力大幅度提升。
　　论文第五章对论文进行了总结，并对今后含铀废水处理方法的发展方向进行了展望。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 世界铀资源概况及其污染现状

1.2 含重金属离子废水的传统处理方法

1.3 生物吸附法处理含重金属离子废水简介

1.4 偕胺肟/胍基处理含重金属离子废水国内外研究现状

1.5 本论文研究意义及内容

1.6 技术路线

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 受试菌种

2.3功能化真菌材料的制备实验

2.4 吸附实验

2.5解吸和再生实验

2.6 表征

2.7 等温吸附模型分析

2.8 吸附动力学分析

第三章 含偕胺肟-胍官能团的功能材料的制备、表征及其吸附铀(Ⅵ)研究

3.1 含偕胺肟-胍官能团功能材料的制备

3.2 材料表征分析

3.3 吸附实验结果及分析

3.4解吸和再生实验结果与讨论

3.5 等温吸附模型研究

3.6 吸附动力学研究

3.7 本章小结

第四章 含双偕胺肟基爪状功能材料的制备、表征及其吸附铀(Ⅵ)研究

4.1 含双偕胺肟基爪状功能材料的制备

4.2 材料表征分析

4.3 吸附实验结果及分析

4.4 重复性利用实验结果与讨论

4.5 等温吸附模型研究

4.6 吸附动力学研究

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢