植物对锰、铜、锌、镍的固着作用研究

摘要

铜、锰、镍、锌既是生物体所需的微量元素，又是造成环境污染隐患的重金属。近些年，工业废水中的锰、铜、锌、镍含量严重超标，迫切需要经济高效的治理方法。受植物可以吸收并固着微量元素的启发，本工作通过水培长药景天，分析其根茎部组成变化，推测出植物体内参与锰、铜、锌、镍固着的关键离子或基团，并考察这些离子或基团处理含重金属污水的效果，为仿生吸附分离污染物提供有用的信息。
　　本工作以霍格兰营养液配方为基础，为分析比较加入锰、铜、锌、镍之后植物元素的变化，选取生长状况基本一致的长药景天幼株，随机分为实验组和对照组。培养九周后，利用电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)测定植物无机元素含量的变化，确定可能与固着相关的关键离子或基团，然后通过体外模拟沉降和吸附实验验证相关离子和基团处理重金属废水能力。实验结果显示:培养九周后，以含重金属的水溶液培养的实验组均出现不同程度重金属毒害症状，但均未死亡，说明长药景天对锰、铜、锌、镍具有一定的耐性。对于同株植物，根部可以固着的锰、铜、锌、镍量远远大于叶的固着量，说明长药景天根部是固着重金属的主要部位，应该主要从根部考察元素的含量变化，确定参与固着的离子或基团。
　　比较实验组和空白对照组植物根部主要元素含量变化发现，四个实验组根部的钙、镁、磷元素含量中均比空白对照组高，说明钙、镁和磷可能参与这四种元素的固着。由体外模拟吸附和沉降实验可知，磷酸盐在固锰中起主要作用，碳酸盐起辅助作用;磷酸盐在固铜中起主要作用，碳酸盐可以加快铜离子的固着，加入钙会使铜的沉淀更为彻底;碳酸钙是较好的锌吸附剂，钙离子可以增加锌-磷酸盐体系的沉淀效果和沉降速度;镍的固着可能有多种离子/官能团的协同参与。
　　为了解释镁离子和碳酸根离子在固铜、锰、镍、锌中的作用，本文还研究了镁离子和碳酸盐对含钙磷酸盐沉积的影响，了解了镁或碳酸盐存在下磷酸盐的主要存在形式。初步证实镁离子或碳酸根离子的存在会影响含钙磷酸盐本身的结晶度。低温能有效降低钙磷沉积物结晶度，减小其晶粒尺寸，增加其溶解度。本工作为设计高效脱除铜、锰、镍、锌的材料提供了有价值的信息。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 锰、铜、锌、镍污染的环境影响

1．1．1 锰的来源、污染及危害

1．1．2 铜的来源、污染情况及危害

1．1．3 锌的来源、污染情况及危害

1．1．4 镍的来源、污染情况及危害

1．2 国内外锰、铜、锌、镍治理的研究现状

1．2．1 锰污染治理的研究现状

1．2．2 铜污染治理的研究现状

1．2．3 锌污染治理的研究现状

1．2．4 镍污染治理的研究现状

1．3 本论文的研究内容及其意义

第二章 长药景天对锰的固着作用分析

2．1 主要试剂和仪器

2．1．1 化学试剂

2．1．2 仪器设备

2．2 实验部分

2．2．1 植物的培养

2．2．2 植物样品处理

2．2．3 吸附实验

2．2．4 沉降实验

2．2．5 分析方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 长药景天生长状况的比较

2．3．2 长药景天根部和叶部主要元素的变化情况

2．3．3 长药景天根部锰的价态

2．3．4 植物体外吸附和沉降实验

2．4 小结

第三章 长药景天对铜的固着作用分析

3．1 主要试剂和仪器

3．1．1 化学试剂

3．1．2 仪器设备

3．2 实验部分

3．2．1 植物的培养

3．2．2 植物样品处理

3．2．3 吸附实验

3．2．4 沉降实验

3．2．5 分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 长药景天生长状况的比较

3．3．2 长药景天根部和叶部主要元素的变化情况

3．3．3 长药景天根部铜的价态

3．3．4 植物体外吸附和沉降实验

3．4 小结

第四章 长药景天对锌的固着作用研究

4．1 主要试剂和仪器

4．1．1 化学试剂

4．1．2 仪器设备

4．2 实验部分

4．2．1 植物的培养

4．2．2 植物样品处理

4．2．3 吸附实验

4．2．4 沉降实验

4．2．5 分析方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 长药景天生长状况的比较

4．3．2 长药景天根部和叶部主要元素的变化情况

4．3．3 长药景天根部锌的价态

4．3．4 植物体外吸附和沉降实验

4．4 小结

第五章 长药景天对镍的固着作用研究

5．1 主要试剂和仪器

5．1．1 化学试剂

5．1．2 仪器设备

5．2 实验部分

5．2．1 植物的培养

5．2．2 植物样品处理

5．2．3 吸附实验

5．2．4 沉降实验

5．2．5 分析方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 长药景天生长状况的比较

5．3．2 长药景天根部和叶部主要元素的变化情况

5．3．3 长药景天根部镍的价态

5．3．4 植物体外吸附和沉降实验

5．4 小结

第六章 镁和碳酸盐对含钙磷酸盐沉积的影响

6．1 主要试剂和仪器

6．1．1 化学试剂

6．1．2 仪器设备

6．2 实验部分

6．2．1 仿植物生长条件下，低钙、磷浓度溶液中含钙磷酸盐的沉积

6．2．2 Mg2+存在下，低钙、磷浓度溶液中含钙磷酸盐的沉积

6．2．3 HCO3-存在下，低钙、磷浓度溶液中含钙磷酸盐的沉积

6．2．4 Mg2+和HCO3-同时存在下，低钙、磷浓度溶液中含钙磷酸盐的沉积

6．2．5 分析方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 含钙磷酸盐沉积物的分析

6．3．2 Mg2+存在下含钙磷酸盐沉积物的分析

6．3．3 HCO3-存在下含钙磷酸盐沉积物的分析

6．3．4 Mg2+和HCO3-同时存在下，含钙磷酸盐沉积物的分析

6．4 小结

第七章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢