功能化真菌细胞用于废水中重金属的生物吸附研究

摘要

工业的发展使重金属对环境的污染日驱严重，因其高毒性、隐蔽性、不可降解性等特点，使重金属污染问题一直成为人们关注的重点。生物吸附被广泛认为是一种高效的重金属废水处理手段，特别是对于低浓度重金属废水具有高效的去除效果。白腐真菌作为重金属吸附剂因其相对优越的吸附性能以及较低的成本而被人们广泛研究，但受限于其较差的生物吸附能力，距离其大规模用于商业用途还有一定的差距。　　本研究中，利用一种典型的白腐真菌在饱和氢氧化钙溶液中制备了一种新型的具有细胞内矿物支架的生物吸附剂，即功能化的黄孢原毛平革菌，并用于重金属离子的吸附。吸附实验表明，具有胞内矿物支架作为内部金属存储器的功能化真菌对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)离子表现出极高的生物吸附性能。与原始真菌吸附剂相比，功能化真菌吸附剂对Pb(Ⅱ)的吸附能力提高了近三倍，对Cd(Ⅱ)的吸附能力提高了近四倍，其吸附能力最高可分别达到91.1mg/L和41.1mg/L。　　本研究引入吸附等温线模型对功能化真菌的重金属吸附过程进行吸附平衡研究。结果显示，Freundlich模型对两种金属离子的吸附实验数据具有更好的拟合度(对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的R2分别为0.9866和0.9897)。三种动力学模型，拟一阶、拟二阶动力学模型以及粒子内扩散模型被用研究功能化真菌对重金属吸附过程的吸附动力学。拟二阶动力学模型对吸附实验数据显示出更好的拟合度，研究认为该生物吸附的限速步骤可能是化学吸附，涉及吸附剂和被吸附质之间电子的共享或交换。粒子内扩散模型的研究结果表明，生物吸附过程可分为三个步骤：一个快速的表面吸附阶段，一个从外到内的粒子转移阶段以及一个缓慢地达到平衡的阶段。　　机理分析表明功能化细胞表面的羧基(-COOH)、酰胺(-NH)、羟基(-OH)和吡啶等官能团主要参与了对的吸附。同时，细胞表面存在附加产物CaC2O4以及细胞内部的CaCO3在重金属的吸附中作为细胞上的存储单元，对重金属的吸附起了重要的作用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 重金属污染来源、现状、特点及其危害

1.1.1 重金属污染的来源及其现状

1.1.2 重金属污染的特点

1.1.3 重金属污染的危害

1.2典型的重金属废水处理方法

1.2.1 化学沉淀法

1.2.2 化学还原法

1.2.3 电化学法

1.2.4 离子交换法

1.2.5 膜分离法

1.2.6 吸附法

1.3 微生物生物吸附剂用于废水中重金属的去除

1.3.1 细菌作为吸附剂

1.3.2 海洋藻类作为吸附剂

1.3.3 真菌作为吸附剂

1.4 黄孢原毛平革菌概述及其吸附重金属的研究

1.4.1 黄孢原毛平革菌概述

1.4.2 黄孢原毛平革菌应用于废水重金属的去除

1.4.3 黄孢原毛平革菌重金属吸附机理

1.5 含矿物支架的功能化微生物细胞用于重金属吸附的研究

1.6目的和意义

第二章 功能化真菌细胞的合成

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料与试剂

2.2.2 实验设备与仪器

2.2.3 实验方法

2.3 结果分析

2.3.1 功能化黄孢原毛平革菌的活性验证

2.3.2 X 射线衍射分析

2.3.3 荧光分析

2.3.4 红外光谱分析

2.3.5 热重分析

2.3.6 扫描式电子显微镜观察

2.4 小结

第三章 功能化真菌细胞对 Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料与试剂

3.2.2 吸附实验准备

3.2.3 吸附实验设计

3.3 结果分析

3.3.1 溶液初始浓度对吸附的影响

3.3.2 溶液 pH 值对吸附的影响

3.3.3 吸附接触时间对吸附的影响

3.3.4 吸附剂用量对吸附的影响

3.3.5 吸附温度对吸附的影响

3.4 小结

第四章 吸附平衡、动力学以及机理研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料与试剂

4.2.2 实验设备与仪器

4.2.3 实验和分析方法

4.3 结果分析

4.3.1 吸附平衡研究

4.3.2 吸附动力学研究

4.3.3 吸附机理研究

4.4小结

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

致谢