枯草芽孢杆菌对低浓度含铀废水中铀的吸附试验研究

枯草芽孢杆菌对低浓度含铀废水中铀的吸附试验研究

论文摘要

微生物吸附技术处理低浓度含铀废水,既控制铀的污染,达到环保要求,又可回收铀,产生经济效益,具有重要的科学意义和现实意义。本文利用培养的枯草芽孢杆菌,先对培养出的枯草芽孢杆菌进行生长曲线测定和耐受性分析,后用以去除低浓度含铀废水,讨论了在不同影响因素下枯草芽孢杆菌对铀的吸附效能,并探讨了其预处理和固定化后的吸附与解吸情况。为优化吸附过程和探讨生物吸附法在工业上的应用,也进行了热、动力学和机理分析。吸附试验结果表明,培养时间为2.5h时,细菌量最大。初步认为,0-1h为停滞期,1-2.5h为对数期,静止期较短,很快过渡到衰亡期。枯草芽孢杆菌对铀的耐受浓度高达500mg/L。实验中发现pH值、铀离子的初始浓度、吸附时间、废水中共存离子等都会影响其吸附量和吸附效率,其中最优pH值为6.0,吸附率与铀离子初始浓度呈负相关,与吸附时间、温度和菌体浓度大体上呈正相关。当铀溶液初始浓度为150mg/L时,吸附率为79.6%,吸附量达到358.18mg/g;在其他吸附条件相同时,30min和20℃条件下吸附效能最好;菌体浓度为0.5g/L时,吸附率高达99.2%。Al3+、Fe2+、Fe3+、Cu2+等阳离子和CO32-对吸附影响很大。经30%乙醇处理后,枯草芽孢杆菌对铀的吸附率增加了21.0%,但固定化处理菌体效果不明显。在解吸实验中,1mol/L的NaHCO3和1mol/L, 0.01mol/L Na2CO3解吸率高到99%,是良好的解吸剂。结果证明,枯草芽孢杆菌对铀的生物吸附,其热力学方程更适合Freundlich模型,证明此吸附过程并不完全是单层分子的表面吸附。在不同初始浓度下,该吸附体系是吸热反应,反应能自发进行。所拟合的二级动力学方程相关系数远高于一级动力学方程,R2在0.97以上,为最优动力学拟合方程。TEM和SEM分析结果表明了铀的胞内吸附,也可能吸附在细胞表面上。IR分析结果证明了羧基、氨基和酰胺基在铀吸附过程中起重要作用。总的来说,枯草芽孢杆菌对低浓度含铀废水有很好的去除效果,生物吸附法对含铀废水的处理具有广阔的应用前景。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 概述
  • 1.1.1 铀元素简介
  • 1.1.2 含铀废水的传统处理方法
  • 1.2 生物吸附低浓度含铀废水的研究进展
  • 1.2.1 生物吸附处理低浓度含铀废水
  • 1.2.2 预处理菌体吸附低浓度含铀废水
  • 1.2.3 生物吸附热力学与动力学模型
  • 1.2.4 生物吸附机理
  • 1.2.5 影响生物吸附的因素
  • 1.3 生物吸附的应用现状与前景
  • 1.4 本论文研究内容与技术路线
  • 1.4.1 研究内容
  • 1.4.2 技术路线
  • 第2章 实验设计
  • 2.1 实验材料与仪器
  • 2.1.1 实验试剂与材料
  • 2.1.2 仪器
  • 2.2 培养基与菌种制备
  • 2.2.1 培养基制备
  • 2.2.2 菌种的选定与准备
  • 2.3 菌体生长特性与耐受性试验
  • 2.3.1 细菌生长曲线的测定
  • 2.3.2 菌株对铀离子的耐受性试验
  • 2.4 钒酸铵溶液滴定度
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 吸附实验结果与分析
  • 3.1 吸附实验与影响因素分析
  • 3.1.1 pH值的影响
  • 3.1.2 铀初始浓度的影响
  • 3.1.3 共存离子对菌体吸附铀的影响
  • 3.1.4 吸附时间的影响
  • 3.1.5 其他因素
  • 3.2 解吸实验
  • 3.3 预处理菌体
  • 3.3.1 酸碱预处理
  • 3.3.2 固定化
  • 3.4 灭活菌体与活菌体对比
  • 3.4.1 干、湿菌体最优pH值下吸附特性比较
  • 3.4.2 干、湿菌体固定化后吸附特性比较
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 吸附热、动力学与机理分析
  • 4.1 吸附热力学
  • 4.1.1 热力学拟合方程确定
  • 4.1.2 热力学参数计算
  • 4.2 吸附动力学
  • 4.3 机理分析
  • 4.3.1 机理分析准备
  • 4.3.2 结果分析
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 结论与建议
  • 5.1 结论
  • 5.2 与其他菌种对比
  • 5.3 创新点
  • 5.4 对后续工作的建议
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 铀浓度测定方法
  • 在校期间发表的学术论文
  • 相关论文文献

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