發(fā)布時間：2020-04-14 20:24

【摘要】：水環(huán)境中重金屬和磷酸鹽對生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染,影響人類的身體健康。本文對β-乳球蛋白采取堿性加熱處理制備出β-乳球蛋白納米纖維,借助β-乳球蛋白納米纖維的黏附作用,以大孔強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂(記作D201)為基底,通過真空抽濾的方法制備出樹脂基纖維氧化鋯膜(記作D201-fiber-ZrO_2),并用以上兩種材料去除水中的重金屬和磷酸鹽。本實驗通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、傅氏轉(zhuǎn)換紅外光譜分析(FT-IR)等表征儀器對材料進行微觀形貌和基團結(jié)構(gòu)的分析。結(jié)果表明:β-乳球蛋白納米纖維具有纖維狀非晶體納米結(jié)構(gòu),長度2μm,直徑5 nm。負載氧化鋯(ZrO_2)后的β-乳球蛋白納米纖維長度不變,直徑變?yōu)?3nm,其中ZrO_2顆粒直徑為7 nm。首先用β-乳球蛋白納米纖維對含鉛廢水進行批量處理實驗。在高濃度Ca(Ⅱ)/Mg(Ⅱ)/Na(Ⅱ)離子共存的條件下,材料對Pb(Ⅱ)仍表現(xiàn)出高效的選擇吸附性能。其次,動力學(xué)結(jié)果證明β-乳球蛋白納米纖維能在60s內(nèi)快速吸附Pb(Ⅱ)并達到吸附平衡。更顯著的是,所得β-乳球蛋白納米纖維的實際應(yīng)用能力(約44 m~3的污染廢水/kg吸附劑),遠遠超過商業(yè)離子交換樹脂,出水濃度低于世界衛(wèi)生組織推薦的飲用水標準(10μg/L)。材料對Pb(Ⅱ)顯著的吸附性能可歸因于超細納米纖維結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)上豐富的氨基酸基團。此外,在纖維上原位合成亞10 nm ZrO_2,以D201粉末為基底,通過真空抽濾的方法制備D201-fiber-ZrO_2膜。材料對Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、F~-、P(Ⅴ)都具有高效吸附能力,并且對Pb(Ⅱ)、F~-、P(Ⅴ)表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇吸附行為。pH影響實驗表明材料能在寬泛pH范圍內(nèi)對目標污染物高效去除。用材料過濾含多種目標污染物的混合液時,對每種污染物離子都具有強大的去除能力,并且循環(huán)5次以上效率都保持在99.9%。此外,D201-fiber-ZrO_2膜能夠?qū)Ω邼舛?100 mg/L)和低濃度(10 mg/L)的P(Ⅴ)、Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)溶液表現(xiàn)出高效的處理能力。綜上所述,這些結(jié)果都表明D201-fiber-ZrO_2膜將能夠很好緩解重金屬以及磷酸鹽等陰離子污染物帶來的環(huán)境污染問題。
【圖文】：

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文用石墨爐測定 Pb(Ⅱ)濃度，得出β-lg-fiber 材料在高濃度競爭離子存在下對 1 mg/L 的Pb(Ⅱ)有效處理量。最后以處理的鉛溶液體積為橫坐標，出水鉛濃度為縱坐標畫圖。2.2 結(jié)果與討論2.2.1 乳球蛋白納米纖維表征分析圖 2-1(a-d)為不同反應(yīng)時間的β-lg-fiber TEM 圖，以此來觀察納米纖維的生長過程中形貌變化。結(jié)果表明，在加熱處理 1h 后，圖 2-1(a)出現(xiàn)β-乳球蛋白的球形聚集體，直徑為 20-50 nm；加熱處理 3h 后，可觀察到一定量的纖維形態(tài)(圖 2-1b)。這些短纖維

了其具有蛋白質(zhì)的本質(zhì)，而顯著的 Pb 4f 峰進一步證實了 Pb 和β-lg-fiber 之間具附作用，詳細的機理將闡釋在下一節(jié)中。此外，利用傅里葉變換紅外光譜(FT定β-lg-fiber 可能的特征基團(圖 2-2b)。在 3394 cm-1和 3402 cm-1處的寬峰是由H 和活性-NH2伸縮振動引起，在波數(shù) 2960 cm-1和 2930 cm-1處的峰是由 CH基團的弱不對稱伸縮振動引起的。在 1648 cm-1的顯著峰歸因于羧基或β-折疊蛋胺Ⅰ組中的 C-O 伸縮，而 1540 cm-1處的強峰為酰胺Ⅱ成分引起，它起源于肽鍵(C=O/C-N 伸展和 N-H 彎曲)。在 1460 和 1400 cm-1處的峰與氨基酸側(cè)鏈中 C的彎曲有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明β-lg-fiber 具有顯著的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和氨基酸組分。X(圖 2-2c)顯示β-lg-fiber 屬于非晶相，基于明顯的嘈雜背景，和吸附 Pb 后的樣品表明存在可能的化學(xué)鍵作用，沒有結(jié)晶 Pb(NO3)2或 Pb(OH)2沉淀形成。2 競爭吸附結(jié)果分析對痕量重金屬選擇性吸附是開發(fā)理想吸附劑的重要指標�？紤]到吸附劑在復(fù)雜適用性，選擇天然/工業(yè)用水中普遍存在的離子 Ca(II)，Mg(II)和 Na(I)作為共同ab
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2627673