褐腐菌生物吸附剂去除水体重金属的应用基础研究

论文摘要

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Pb2+、Cd2+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）

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 重金属的环境污染
• 1.2 传统处理方法
• 1.3 生物吸附法
• 1.4 生物吸附剂种类
• 1.5 生物吸附机理
• 1.6 生物吸附平衡过程
• 1.7 生物吸附平衡模拟
• 1.8 本课题研究的目的和意义
• 1.9 本研究的内容
• 1.10 本研究的技术方案
• 第2章 生物吸附剂的性质
• 2.1 概述
• 2.2 鉴定物质结构的常用方法
• 2.3 生物吸附剂的结构特征
• 2.4 小结
• 第3章 生物吸附剂的作用官能团定性与定量
• 3.1 生物吸附剂的官能团定性
• 3.2 MATLA86.5 数学计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 生物吸附剂对含CR（Ⅵ）废水的去除
• 4.1 概述
• 4.2 实验材料与方法
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 2+废水的去除'>第5章 生物吸附剂对含PB²⁺废水的去除
• 2+去除方法'>5.1 传统PB²⁺去除方法
• 2+的吸附实验'>5.2 褐腐菌生物吸附剂对PB²⁺的吸附实验
• 5.3 实验方法
• 5.4 结果与分析
• 5.5 本章小结
• 2+废水的去除'>第6章 生物吸附剂对含CD²⁺废水的去除
• 2+去除方法'>6.1 传统CD²⁺去除方法
• 2+的吸附实验'>6.2 褐腐菌生物吸附剂对CD²⁺的吸附实验
• 6.3 实验方法
• 6.4 结果与讨论
• 6.5 小结
• 第7章 褐腐菌生物吸附剂的工业应用
• 7.1 工业应用前景
• 7.2 工业应用实例
• 7.3 结论
• 第8章 讨论
• 8.1 吸附在生物吸附剂上铬、铅和镉化学结合形式
• 8.2 吸附能力差异的比较及亚稳态平衡吸附理论的引入
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 附录B 攻读学位期间发表的著作目录
• 附录C 攻读学位期间主持参与的研究课题
• 附录D 攻读学位期间申请的专利和获得的奖励
• 致谢