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灰色链霉菌菌丝体吸附重金属的研究

作　者: 安娜
导　师: 梁运祥
学　校: 华中农业大学
专　业: 微生物学
关键词: 生物吸附 阿维菌素 灰色链霉菌 金属离子
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本课题主要对要对阿维菌素发酵产生的废菌丝体（灰色链霉菌Streptomycesavermitilis）对重金属的吸附进行探索研究。阿维菌素在我国生产量大,其生产中的副产物—菌丝体一直作废弃物处理。本文从菌丝体对Cu、Zn、Mn、Cd四种金属吸附的影响因子、吸附机制、吸附质的预处理及再生利用、多种金属共存时的吸附效果几个方面作了研究。探讨了将其作为一种新型的吸附材料的可行性,也对其生物吸附的机理作了初步的研究。首先对吸附过程中的影响因子进行了研究,实验结果表明投入吸附质的量、金属离子的浓度、pH值、吸附时间为主要影响因子,温度对本吸附材料影响不大。吸附的最佳pH值在3.5-5.5之间,在较高的浓度下1 h内能达到吸附饱和。在同一金属离子浓度下,溶液中金属离子的去除率随着吸附质的质量的增加而增加,平衡时生物吸附量随着吸附质的质量的增加逐渐减少;随着金属浓度的增大,溶液中金属离子的去除率逐渐减少,平衡时的生物吸附量随着金属浓度的增加逐渐增加。在吸附机制的研究中,采用Langmuir方程与Freudlich方程对数据拟合,Langmuir方程比Freudlich方程更好的描述对Cu、Zn、Mn、Cd吸附平衡行为,并得到在pH=4、pH=5时对四种金属的理论最大单位吸附量在9.3721mg/g～42.7350 mg/g之间,理论最大吸附量的规律为Cd＞Cu＞Zn＞Mn;吸附的过程分为两个快速吸附和慢速吸附阶段,准二级动力学方程描述能很好的描述吸附现象,相关系数（R2）在0.99以上;通过对菌丝体与各重金属吸附前后的红外图谱分析了解吸附金属后主要为-OH、-NH2、-CH2-、-CONH2发生相应变化。在吸附质的预处理中选取EDTA、NaOH、HCl、CaCl2作对菌丝体进行处理,NaOH处理后效果较好,Cu离子的去除率达85.83%。并通过红外图谱分析经NaOH处理后主要为羟基发生了变化,促进其吸收。在吸附质的再生利用的研究中,选取EDTA、NaOH、HCl、CaCl2作为菌丝体的洗脱剂,HCl效果最佳。并对实际应用的试验装置进行模拟实验,采用填充柱装柱洗脱结果较好,能连续吸附—解吸5次以上。最后对菌丝体在多种金属共同存在时的生物吸附的性质进行了研究,实验条件建立在对单一金属存在时吸附特性的基础上,结果表明多种金属存在时达吸附平衡的时间不受金属种类的影响,但其每种金属的理论最大吸附量有变化,在混合溶液中吸附质理论最大吸附的总量在pH=4和pH=5时分别为44.16mg/g、52.75 mg/g大于单一金属存在时的理论最大吸附量。

全文目录


摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
1 前言  10-27
  1.1 研究背景  10-12
    1.1.1 我国重金属污染状况  10-11
    1.1.2 水体中重金属污染的危害  11-12
  1.2 重金属的去除方法与评价  12-14
    1.2.1 传统的重金属去除方法  12-14
    1.2.2 生物吸附法  14
  1.3 生物吸附的材料  14-16
    1.3.1 细菌  14-15
    1.3.2 真菌  15
    1.3.3 藻类  15
    1.3.4 其他生物吸附剂  15-16
    1.3.5 细胞代谢产物或结构部分  16
  1.4 生物吸附机制  16-20
    1.4.1 生物吸附过程  16-18
    1.4.2 生物吸附机理  18-19
    1.4.3 金属离子对微生物官能团之间的亲合性  19-20
  1.5 生物吸附的影响因素  20-22
    1.5.1 pH值的影响  20
    1.5.2 吸附时间的影响  20-21
    1.5.3 重金属离子初始浓度的影响  21
    1.5.4 吸附温度  21
    1.5.5 竞争吸附  21-22
  1.6 吸附材料的处理与应用  22-24
    1.6.1 前加工处理  22
    1.6.2 化学预处理  22
    1.6.3 生物吸附的固定化  22-23
    1.6.4 生物吸附工艺运行方式  23-24
  1.7 展望  24-25
  1.8 研究目的及内容  25-26
  1.9 研究路线  26-27
2 实验材料和方法  27-34
  2.1 实验材料  27-29
    2.1.1 实验材料与试剂  27-28
    2.1.2 主要仪器和设备  28
    2.1.3 分析测定方法  28-29
    2.1.4 实验中用到的计算公式  29
  2.2 实验方法  29-34
    2.2.1 影响因子的研究  29-30
    2.2.2 吸附机制的研究  30-31
    2.2.3 吸附质的预处理  31
    2.2.4 吸附质的再生  31-33
    2.2.5 多种金属共同存在时对吸附的影响  33-34
3. 结果与分析  34-64
  3.1 影响因子的研究  34-39
    3.1.1 吸附质的量与金属浓度对重金属吸附的影响  34-36
    3.1.2 pH值对吸附的影响  36-38
    3.1.3 反应时间对吸附的影响  38-39
    3.1.4 反应温度对吸附的影响  39
  3.2 吸附机制的研究  39-52
    3.2.1 吸附平衡的研究  39-45
    3.2.2 吸附动力学研究  45-50
    3.2.3 吸附重金属前后的红外光谱分析  50-52
  3.3 吸附质的预处理  52-55
    3.3.1 预处理试剂的选择  52-53
    3.3.2 预处理前后红外光谱分析  53-55
  3.4 吸附质的再生及利用  55-57
    3.4.1 洗脱剂的选择  55-56
    3.4.2 吸附装置  56-57
  3.5 金属共同存在时对吸附的影响  57-64
    3.5.1 多种金属存在时的吸附时间变化  58-59
    3.5.2 多种金属同时存在时的吸附平衡  59-64
4 总结  64-67
  4.1 影响因子的研究结果  64
  4.2 吸附机制的研究结果  64-65
  4.3 吸附质的预处理  65
  4.4 吸附值的再生利用  65-66
  4.5 多种金属共存时的吸附效果  66-67
5 讨论与展望  67-69
  5.1 阿维菌素发酵产生的废菌丝体作吸附材料的可行性分析  67-68
  5.2 展望  68-69
参考文献  69-75
致谢  75-76
附录  76

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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