茶树菇废菌体对水中Cr（Ⅵ）吸附的响应面优化及机理研究

论文摘要

近年来，随着工农业经济的迅速发展，人口基数日益加大，产生的污水量不断递增，水污染日益严重，使水资源受到严重威胁，甚至危害到人们的生命健康。各种工业生产活动中产生的含重金属离子废水，就其处理难度和危害性而言，是难生物降解的废水，且具有较大的毒性，个别还具有生物富集效应，最终通过生物链可能造成人体中毒，危害到人体安全。在各种重金属污染事件中，Cr（Ⅵ）作为污染因子已越来越多，严重影响了周围动植物及人类的健康，因此，对废水中的Cr（Ⅵ）进行处理势在必行。目前用于去除废水中Cr（Ⅵ）的主要方法有：化学处理法、物理处理法和生物处理法等，当前研究较多的是用生物吸附剂进行吸附，其具有来源广、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，所以开发高效、价廉的吸附剂一直是广大科研工作者追求的目标。本实验用茶树菇废菌体作为吸附剂对溶液中Cr（Ⅵ）进行吸附，研究了该吸附剂对Cr（Ⅵ）的吸附性能。用单因素静态实验对影响吸附的五个主要因素：pH值、Cr（Ⅵ）初始浓度、反应时间、搅拌速度和吸附剂用量进行了实验分析，采用BBD（Box-Behnken design）法对茶树菇废菌体吸附水中Cr（Ⅵ）的过程进行了优化，设定5个影响因子分别为pH值、Cr（Ⅵ）初始浓度、反应时间、搅拌速度和吸附剂用量，响应值为Cr（Ⅵ）的去除率，并对吸附过程的热力学特征、动力学特征及吸附机理进行了初步探究。结果表明，各个因素对其影响效果不一，各自呈现不同规律；影响废菌体吸附Cr（Ⅵ）的显著性因素是pH值、Cr（Ⅵ）初始浓度和吸附剂用量，相对来说pH值的影响作用尤为明显；废菌体对Cr（Ⅵ）吸附的最佳条件为pH值1.19，Cr（Ⅵ）初始浓度为148.58mg/L，反应时间为89.02min，搅拌速度为180.12r/min，吸附剂用量为10.90g/L，在此条件下，实测Cr（Ⅵ）的去除率达96%以上；用Langmuir、Freundlich及Dubinin-Raduskevich吸附等温模型对吸附过程进行拟合发现：Langmuir吸附等温模型可以很好地反映茶树菇废菌体对Cr（Ⅵ）的吸附特性，在室温下最大去除效率为46.95mg/g；对表观热力学参数ΔG、ΔS及ΔH的计算表明，废菌体对Cr（Ⅵ）吸附为吸热的自发过程，并且吸附过程增加了体系的混乱度；用准一级动力学模型和准二级动力学模型对废菌体的吸附行为进行拟合发现，准二次动力学模型能很好的描述茶树菇废菌体对Cr（Ⅵ）的吸附，拟合相关性系数为：R2=0.972；最后结合FTIR图，对吸附机理进行了探讨，发现茶树菇废菌体对水中Cr（VI）的吸附以物理吸附为主，并伴有部分化学吸附，化学吸附起主要作用的基团是羟基、羰基和芳香环等；研究表明，废菌体对Cr（Ⅵ）具有良好的吸附效果，用以处理含铬废水，可达到以废治废的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 重金属废水的来源及危害
• 1.2.1 汞
• 1.2.2 镉
• 1.2.3 铅
• 1.2.4 砷
• 1.2.5 其他重金属
• 1.3 含铬废水的性质
• 1.3.1 含铬废水的来源
• 1.3.2 含铬废水的特点
• 1.3.3 含铬废水的危害
• 1.4 现行含铬废水的处理方法
• 1.4.1 化学处理法
• 1.4.2 物理处理法
• 1.4.3 生物吸附法
• 1.5 含铬废水处理的发展方向
• 1.6 本课题研究的意义及内容
• 第2章 废菌体对 Cr（Ⅵ）的吸附特性影响研究
• 2.1 静态单因素实验概述
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 吸附剂制备
• 2.2.2 实验用试剂
• 2.2.3 实验溶液制备
• 2.3 实验仪器设备
• 2.4 实验分析方法
• 2.4.1 Cr（Ⅵ）浓度的测定
• 2.4.2 标准曲线的测定
• 2.4.3 Cr（Ⅵ）的吸附率计算
• 2.5 实验设计方法
• 2.6 吸附 pH 值试验
• 2.7 吸附 Cr（ Ⅵ ）初始浓度试验
• 2.8 吸附时间试验
• 2.9 吸附搅拌速度试验
• 2.10 吸附剂用量试验
• 2.11 本章小结
• 第3章 废菌体对 Cr（Ⅵ）吸附的响应面优化
• 3.1 响应面法概述
• 3.2 BBD 实验设计
• 3.3 BBD 实验优化结果
• 3.4 响应面分析
• 3.5 验证实验
• 3.6 讨论
• 3.7 本章小结
• 第4章 废菌体对 Cr（Ⅵ）吸附的动力学及红外光谱分析
• 4.1 吸附平衡研究
• 4.1.1 吸附平衡理论
• 4.1.2 吸附平衡实验
• 4.1.3 吸附热力学
• 4.2 吸附动力学
• 4.2.1 吸附动力学理论
• 4.2.2 吸附动力学实验
• 4.3 电镜扫描分析
• 4.3.1 电镜扫描理论
• 4.3.2 电镜扫描实验
• 4.4 红外光谱分析
• 4.4.1 傅里叶红变换外光谱原理
• 4.4.2 红外光谱实验
• 4.5 本章小结
• 结语
• 1. 结论
• 2. 建议
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 攻读学位期间专利申请目录
• 致谢