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褐腐菌生物吸附剂去除水体重金属的应用基础研究

陈桂秋

   本文以褐腐菌Lentinus edodes的固态发酵物为原料,制备了褐腐菌生物吸附剂。采用多种先进的技术手段,对该物质进行了结构鉴定;通过电位滴定和MATLAB模拟,对其在生物吸附过程中起作用的官能团进行了定性和定量分析。并将其应用于阴离子Cr(VI)和阳离子Pb~(2+)、Cd~(2+)的生物修复上,对吸附过程的影响因素及吸附机理进行了详细的探讨。 生物吸附剂本身所含的物质性质,是决定该吸附剂吸附潜力的关键。本文通过扫描电镜、等离子体光谱分析、热重分析、13C核磁共振波谱分析、傅立叶红外变换光谱分析,对它进行物质结构的鉴定和元素含量分析。分析结果表明,褐腐菌生物吸附剂是一种富含真菌菌丝体的、以木质纤维素为主的生物质。木质素的结构单元是愈创木基。主要含量的元素是Ca、Si、K、Mg和P,重金属Cr和Pb的浓度都非常低。褐腐菌Lentinus edodes的固态发酵废物是富含纤维素、半纤维素和木质素的物质,其中:纤维素含量22.86%,半纤维素含量19.71%,木质素含量10.24%。结构官能团中的羟基、羧酸基和磷酸基在生物吸附过程中起非常重要的作用。 为了解褐腐菌生物吸附剂对重金属的吸附潜力,分别采用了电位滴定方法和MATLAB数学软件计算的方法,对褐腐菌生物吸附剂的吸附官能团进行了定性与定量。电位滴定结果表明,在三个pH范围内存在着可以提供H+的官能团。结合傅立叶红外变换光谱,利用MATALB计算,褐腐菌生物吸附剂在吸附重金属方面存在的3个重要官能团,它们分别为0.44mmol/g的羧基(pKH5.00),1.38mmol/g的磷酸基(pKH7.32),以及1.44mmol/g的酚羟基(pKH10.45)。 在褐腐菌吸附剂对含Cr(Ⅵ)废水的吸附研究方面,分别考察了时间、吸附剂的粒径、吸附剂用量、溶液pH值、氧化还原电位以及Cr(Ⅵ)的浓度对吸附效果的影响。并通过傅立叶红外变换光谱和能谱分析,对褐腐菌吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的机理进行了探讨。实验发现,褐腐菌吸附剂吸附Cr(Ⅵ)时,有部分Cr(Ⅵ)被还原成Cr(Ⅲ)。450μm的粒径是比较理想的粒径。随着吸附剂用量的增加,褐腐菌吸附剂对铬的吸附在逐渐增加,但被还原的三价铬却变化不明显。 对铬的最大吸附量发生在pH4.0左右。随着pH继续增加,Cr(VI)去除量不断下降。pH在2.0以下,溶液中几乎不存在Cr(VI)。溶液的酸性越强,对应的氧化势越高, Cr(VI)被还原成Cr(Ⅲ)的量越多。在强酸性条件下,不论加入的Cr(VI)……   
[关键词]:褐腐菌;吸附剂;生物修复;Cr(VI);Pb~(2+);Cd~(2+);吸附机理
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:湖南大学2006年