氧化还原活性褐煤促进偶氮/硝基化合物还原研究

摘要

褐煤的热值很低，被认为是煤化程度最低的煤，但其储量丰富，广泛地分布在世界各地，目前主要用于燃烧和吸附污染物质等方面。褐煤中腐殖质类物质含量较多，还含有铁等一些氧化还原活性金属。研究表明，这些物质均能作为氧化还原介体促进电子传递过程。因此，本文对褐煤的氧化还原特性展开研究，并探索其对硫化物或微生物还原偶氮/硝基化合物的影响。
　　选取内蒙古褐煤、山西褐煤、云南褐煤、新疆褐煤以及山西无烟煤样品作为研究对象，考察其对硫化物还原偶氮染料的影响。介导的电化学氧化还原实验结果表明，褐煤样品具有较强的得电子能力，但较难给出电子，且褐煤得电子能力影响其对化学反应的介导活性。偶氮染料的脱色率随硫化物浓度（0-3.0 mM）、褐煤加入量（0-300 mg/L）和盐度（0-6%）的增加而增加。连续八次循环实验后，偶氮染料的脱色率仍能维持在80%以上，表明褐煤有稳定地促进硫化物还原偶氮染料的作用。对分步反应速率的测定表明，在褐煤介导硫化物还原偶氮染料的过程中，硫化物还原褐煤是限速步骤。褐煤中的含氧基团和铁是其主要的氧化还原活性组分，能参与促进硫化物还原偶氮染料的电子传递过程。
　　本文还研究了上述五种煤样品对Shewanella oneidensis MR-1还原硝基苯的影响。结果表明，不同煤样品均能促进生物还原硝基苯，且煤样品表面含氧基团越多，对生物还原硝基苯的促进效果就越好。褐煤浓度（10-200 mg/L）、硝基苯浓度（10-200 mg/L）以及生物量（0.04-0.28 g/L）均影响生物还原硝基苯。利用浓硝酸（2 M）处理褐煤后，褐煤表面的含氧基团增多，对生物还原硝基苯的促进效果更好；但另一方面，经过高浓度（5-10 M）的硝酸处理的褐煤不能进一步促进硝基苯的还原，可能是因为过高浓度的硝酸加速了褐煤中铁等其他参与电子传递的组分的溶解。褐煤中的腐殖酸和盐酸可提取铁参与了硝基苯与生物之间的电子传递过程。细胞通过直接与褐煤接触，加速向硝基苯传递电子并将其还原。基于上述研究结果，有望开发基于褐煤的高效介体材料，强化含氧化性污染物废水的还原处理。

目录

声明

1 绪论

1.1 褐煤

1.1.1 煤的分类及特性

1.1.2 褐煤资源分布特点

1.1.3 褐煤特点及应用

1.2 电子穿梭体

1.3 希瓦氏菌还原污染物

1.3.1 Shewanella oneidensis MR-1及其胞外电子传递

1.3.2 Shewanella oneidensis MR-1还原污染物研究

1.4 硫化物还原污染物

1.5 本论文研究内容及意义

2 褐煤促进硫化物还原偶氮染料

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 实验材料

2.1.2 溶液的配制

2.1.3 实验仪器

2.2 实验方法

2.2.1 电化学分析

2.2.2 煤样品介导还原偶氮染料

2.2.3 褐煤介导Na2S还原偶氮染料的循环利用

2.2.4 介导还原组成反应速率的测定

2.2.5 褐煤中铁含量的测定

2.4 结果与讨论

2.4.1 煤样品表征分析

2.4.2 不同煤样品加速Na2S还原偶氮染料效果

2.4.4 盐度对褐煤介导还原偶氮染料的作用效果

2.4.5 SXL介导Na2S还原AR27的循环利用分析

2.4.6 褐煤介导还原不同偶氮染料分析

2.4.7 限速步骤的确定

2.4.8 褐煤表面基团在反应中的变化

2.5 本章小结

3 褐煤促进生物还原硝基苯

3.1 实验材料与仪器

3.1.1 实验菌种来源

3.1.2 实验材料与药品

3.1.3 培养基与溶液的配制

3.1.4 实验仪器

3.2 实验方法

3.2.1 实验菌种处理

3.2.2 煤样品介导生物还原硝基苯

3.2.3 硝酸处理后的煤样品对生物还原硝基苯的影响

3.2.4 褐煤中不同成分的介导活性分析

3.2.5 扫描电子显微镜分析

3.3 检测及分析方法

3.3.1 硝基苯、苯胺浓度检测分析方法

3.3.2 计算方法

3.4 结果与讨论

3.4.1 不同煤样品介导生物还原硝基苯

3.4.2 菌与褐煤复合体SEM分析

3.4.3 褐煤浓度对生物还原硝基苯的影响

3.4.4 褐煤介导还原不同浓度硝基苯分析

3.4.5 生物量对褐煤介导生物还原硝基苯的影响

3.4.6 褐煤粒径对生物还原硝基苯的影响

3.4.7 褐煤改性及其介导活性分析

3.4.8 褐煤中不同组分介导活性分析

3.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢