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深海微生物Wangia profunda SM-A87胞外多糖固定化吸附及其条件优化

作　者: 孟凡平
导　师: 周维芝
学　校: 山东大学
专　业: 环境工程
关键词: 固定化SM-A87 EPS Pb(Ⅱ)吸附 固定床吸附柱
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


Wangia profunda SM-A87所产胞外多糖(Exopolysaccharide,简称EPS)SM-A87 EPS是一种安全、高效、易于生物降解的吸附剂,对重金属Pb(Ⅱ)的吸附效果较好。为了改善SM-A87 EPS的分离及再生性能,采用固定化微生物技术,以环境友好材料聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)为载体,对SM-A87 EPS进行了固定化。通过正交试验设计对SM-A87 EPS固定化条件进行了优化；通过静态吸附实验考察了固定化SM-A87 EPS小球吸附Pb(Ⅱ)的影响因素；分析了固定化SM-A87 EPS小球吸附Pb(Ⅱ)的热力学和动力学过程；通过固定床吸附柱实验对固定化SM-A87 EPS小球的动态吸附行为进行了研究。正交试验设计以PVA、SA、EPS质量分数及硬化时间为因素,以Pb(Ⅱ)去除率为主要指标,以成球性、多糖溶出率、耐酸性为辅助指标,获得了固定化EPS小球的最优配比为ω(PVA):ω(SA):ω(EPS):ω(H2O)= 0:2:1:100,最佳硬化时间为16 h。固定化EPS小球的微观形貌显示,小球内部孔隙率较高,外表粗糙且有细小狭缝和孔洞不均匀分布在表面,吸附后表面分布变致密。固定化EPS小球的多糖溶出率为2.17%(72 h)。通过静态实验,研究了固定化EPS小球用量、pH和吸附时间对固定化EPS小球吸附Pb(Ⅱ)的影响。结果表明在初始Pb(Ⅱ)浓度为10mg/L, pH=4.0,固定化EPS小球用量为0.2g/L,20℃条件下,固定化EPS小球吸附量达到最大值,为56.25 mg/g；固定化EPS小球吸附Pb(Ⅱ)的过程分为三个阶段,即快速吸附阶段(0-120 min)、慢速吸附阶段(120-360 min)和稳定阶段(360-720 min),360 min后吸附逐渐达到平衡。热力学研究表明,固定化EPS小球的吸附量随着初始Pb(Ⅱ)溶液浓度的增加而升高；Langmuir等温线能够较好地拟合固定化EPS小球吸附Pb(Ⅱ)的热力学过程,相关回归系数为0.984,理论最大吸附量为306.7 mg/g。固定化EPS小球吸附Pb(Ⅱ)的过程符合准二级动力学模型,颗粒内扩散曲线表明,吸附受两种或两种以上的扩散过程影响。解吸实验表明,0.1 MHCl对固定化EPS小球的解吸能力最强,解吸率为98.12%。经过五次循环吸附解吸,解吸率和吸附率均略有下降,表明固定化EPS小球的可重复利用能力较好。通过固定床吸附柱实验,考察了柱高和流速对固定床吸附柱吸附Pb(Ⅱ)的影响,研究发现吸附柱对Pb(Ⅱ)的吸附依赖于实验条件的变化,较大的柱高(2.5 cm)或较低的流速(2.0 mL/min)均有利于穿透时间的延长。Thomas模型能够较好地拟合固定化SM-A87 EPS吸附柱吸附Pb(Ⅱ)的动力学过程。柱高对穿透时间的影响较好地服从BDST模型(R2>0.87)。两次循环吸附解吸实验表明,固定化SM-A87 EPS吸附柱在吸附循环2中的穿透时间增加,耗竭时间减小；两次解吸的初始解吸速率较快,后期解吸速率变慢；吸附-解吸循环1周期较长,吸附柱在实际吸附—解吸超过450 h后(耗竭时间+解吸时间),仍然表现出较好的吸附性能(tb=144.78 h),解吸率超过80%。

全文目录


摘要  8-10
Abstract  10-12
符号说明  12-13
第一章 前言  13-31
  1.1 铅污染概述  13-14
    1.1.1 铅的的性质及危害  13
    1.1.2 水环境中铅污染现状  13-14
  1.2 含铅废水的处理方法  14-19
    1.2.1 化学处理法  14-15
    1.2.2 物理化学处理法  15-16
    1.2.3 生物吸附法  16-19
  1.3 微生物胞外多糖在重金属废水处理中的应用  19-20
  1.4 深海中温菌wangia profunda(SM-A87)胞外多糖概述  20-21
  1.5 固定化微生物技术  21-26
    1.5.1 细胞固定化方法分类  21-23
    1.5.2 包埋载体的选择  23-25
    1.5.3 SM-A87 EPS固定化方法  25
    1.5.4 固定化微生物技术在重金属废水处理中的应用  25-26
  1.6 固定床吸附柱研究  26-29
    1.6.1 穿透曲线  26-27
    1.6.2 固定床吸附动力学模型研究  27-28
    1.6.3 BDST模型研究  28
    1.6.4 固定床反应器在重金属废水处理中的应用  28-29
  1.7 本课题主要研究内容及创新之处  29-31
第二章 实验材料和方法  31-36
  2.1 实验试剂  31
  2.2 实验仪器  31
  2.3 深海中温菌Wangia profunda SM-A87胞外多糖的制备  31-32
  2.4 胞外多糖固定化方法  32
    2.4.1 PVA-SA固定化EPS方法  32
    2.4.2 SA固定化EPS方法  32
  2.5 固定化SM-A87 EPS理化性质测试  32-33
    2.5.1 多糖溶出性测试  32
    2.5.2 耐酸性测试  32-33
  2.6 静态吸附实验  33-34
    2.6.1 固定化SM-A87 EPS对Pb(Ⅱ)的吸附  33
    2.6.2 固定化SM-A87 EPS吸附Pb(Ⅱ)的热力学研究  33
    2.6.3 固定化SM-A87 EPS吸附Pb(Ⅱ)的动力学研究  33
    2.6.4 解吸实验  33-34
  2.7 吸附柱装置设计及工艺流程  34
  2.8 固定化SM-A87 EPS的表征试验  34-36
    2.8.1 扫描电镜试验  34
    2.8.2 糖浓度的测定  34-36
第三章 微生物胞外多糖SM-A87 EPS固定化条件优化  36-44
  3.1 几种包埋方法比较  36-37
  3.2 SM-A87 EPS固定化条件优化  37-41
  3.3 固定化小球的多糖溶出率  41-42
  3.4 固定化SM-A87 EPS的微观形貌表征  42
  3.5 本章小结  42-44
第四章 静态吸附试验  44-54
  4.1 吸附影响因素的研究  44-47
    4.1.1 吸附剂用量对去除率的影响  44-45
    4.1.2 pH对吸附量的影响  45-46
    4.1.3 时间对吸附的影响  46-47
  4.2 吸附热力学研究  47-49
  4.3 吸附动力学研究  49-51
  4.4 解吸实验  51-53
    4.4.1 解吸剂的选择  51-52
    4.4.2 循环吸附解吸实验  52-53
  4.5 本章小结  53-54
第五章 吸附柱实验  54-62
  5.1 吸附柱影响因素的研究  54-57
    5.1.1 柱高对穿透曲线和吸附量的影响  54-56
    5.1.2 流速对穿透曲线和吸附量的影响  56-57
  5.2 固定化SM-A87 EPS吸附柱动力学研究  57-58
  5.3 BDST模型研究  58-59
  5.4 循环吸附解吸实验  59-61
  5.5 本章小结  61-62
第六章 结论和展望  62-64
参考文献  64-71
致谢  71-72
硕士期间发表的论文  72-73
学位论文评阅及答辩情况表  73

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境微生物学
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