【摘要】： 含銅廢水來源廣、毒性大,嚴重危害自然環(huán)境和人體健康,因此對其進行處理尤為必要。本文以Cu(Ⅱ)為印跡離子,殼聚糖為印跡母體材料,青霉屬菌絲體為核心,納米Fe_3O_4為磁組分,經環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)和三聚磷酸鈉的固化制備了銅離子印跡磁性生物吸附材料(Cu(Ⅱ)-IMB),并用于含銅廢水的吸附處理。結果表明該新型吸附材料優(yōu)點為:(1)成本低廉能夠大量生產;(2)吸附材料表面保留的Cu(Ⅱ)印跡空穴使得對Cu(Ⅱ)的吸附容量大大提高;(3)具有磁性在外加磁場下能夠迅速從吸附后的溶液中分離出來。 對制備Cu(Ⅱ)-IMB的單因素影響吸附性能的實驗進行了探討,首次利用響應面法實驗優(yōu)化了制備工藝,最大限度的提高了吸附容量。結果表明,在合成過程中,環(huán)氧氯丙烷、納米Fe_3O_4和印跡銅離子的量是影響吸附材料吸附性能的重要因素,三者間存在一定的交互作用,納米Fe_3O_4、印跡銅離子的量對吸附性能影響是正面的,且最顯著。最佳合成條件為:菌絲體2g,CS0.2g,30℃下均勻攪拌交聯(lián)反應3.0h,6mL2.5%的三聚磷酸鈉溶液固化8.0h,以CuSO_4中的銅離子為印跡模板。加入環(huán)氧氯丙烷2.99g,Fe_3O_4為0.505g,印跡銅離子質量為25.245mg。 通過掃描電鏡、能譜分析、等離子體光譜分析、紅外光譜、X射線衍射儀、振動樣品磁強計對Cu(Ⅱ)-IMB的物質結構進行鑒定。結果表明,Cu(Ⅱ)-IMB的形狀不規(guī)則,表面疏松且有許多的空隙結構,有著豐富的利于對重金屬離子吸附的基團。和純菌絲體及非印跡磁性生物吸附材料(NIMB)相比,比表面積和孔容積大大提高。制備過程中Fe_3O_4被成功的包埋且晶型未改變,但分布不均勻。Cu(Ⅱ)-IMB仍然保持超順磁性,其磁特性參數隨Fe_3O_4的含量不同而變化。 以Cr~(6+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)為對比離子,對Cu(Ⅱ)-IMB在水溶液中對Cu~(2+)的吸附性能進行了研究,并與制備的其它三種生物吸附材料進行了比較,并對其磁沉降性能、機械強度等進行了測定。結果表明,pH是影響吸附容量的重要因素,其對Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)吸附的最佳pH值在5.0左右,對Cr~(6+)的為4.0左右。Cu(Ⅱ)-IMB、NIMB、CMB和MB對水溶液中Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)和Cr~(6+)的吸附符合二級吸附動力學,均為顆粒內擴散和膜擴散聯(lián)合控制過程,符合Langmuir或Freundlich吸附等溫式。Cu(Ⅱ)-IMB對Cu~(2+)的吸附速率最快,達吸附平衡時間最短為6.0h,二級吸附速率常為4.432x10~(-3)((g/mg)/min),比NIMB對Cu~(2+)的提高33%,顆粒內有效擴散系數最大,為0.97223(mg/g)/min~(1/2),對Cu~(2+)的吸附性能最強,并表現(xiàn)較高的吸附選擇性,由Langrnuir吸附等溫式求出的單層飽和吸附容量為68.02mg/g,對Zn~(2+)、Ni~(2+)、Cr~(6+)沒有吸附選擇性,吸附性能比NIMB好。印跡技術對吸附性能的提高貢獻最大。Cu(Ⅱ)-IMB對Cu~(2+)吸附過程為吸熱反應,容易自發(fā)進行,以物理吸附為主,為熵增加過程。在外加磁場下,具有良好的磁沉降性能,與非磁性吸附材料比較,沉降時間縮短93%,沉淀效率提高25%,合成過程使其機械強度、交聯(lián)度和抗酸性有較大提高。 研究了其在二元體系和多元體系下的吸附競爭效應。實驗表明,共存離子導致Cu~(2+)吸附容量下降。二元體系實驗證明,離子對吸附Cu~(2+)的干擾隨初始濃度的增加而增大。以Cu(Ⅱ)-IMB和NIMB為吸附材料的溶液中,共存的離子的吸附競爭能力為:Zn~(2+)Ni~(2+)Cr~(6+)。有競爭離子存在時,Cu(Ⅱ)-IMB對Cu~(2+)仍具有較高的選擇吸附性能,并符合Langmuir模型。在多元金屬離子體系中,Cu(Ⅱ)-IMB的吸附能力仍大于NIMB,對Cu~(2+)具有專一的吸附選擇性。Zn~(2+)和Ni~(2+)對Cu~(2+)的協(xié)同競爭作用大于Ni~(2+)和Cr~(6+)的。吸附機理分析表明,吸附的過程中-NH_2和-OH與金屬離子結合形成共軛結構。吸附金屬離子后Cu(Ⅱ)-IMB非晶結構和Fe_3O_4的晶型未被影響,仍然保持原來的磁性。吸附了金屬離子的Cu(Ⅱ)-IMB用0.01M EDTA在25℃下,解吸20min,氫氧化鈉再生1.0h后,能夠重復使用5次以上。 引入BP神經網絡的理論與方法,創(chuàng)新性地建立了Cu(Ⅱ)-IMB吸附Cu~(2+)體系的影響因素的預測與控制模型,達到了良好的預測效果。為吸附實驗的定量研究開創(chuàng)出一條有效的途徑。本模型的建立可在計算機上進行某些設計與運行參數的選取。同時,能夠實現(xiàn)對運行效果的預測,為工藝運行的在線控制提供了途徑。
【圖文】：

Figure1.2圖1.2分子印跡的基本原理示意圖Sehematiediagr田rnofthePrineiPleofmoleeularimPrinting分子印跡技術(MoleeularImPrintingTeehnology，MIT)也叫分子模

覆和分布情況。 3.2.1.2結果與分析圖3.5a為殼聚糖的EDX譜圖，其中只有碳、氮和氧(100%)三種元素，這是純的殼聚糖的基本組成元素。對于菌絲體(圖3.5b)來講，譜圖上顯示的元素除了有較大量的碳、氮和氧元素之外，還有少量的鐵、鈉、硫、磷和鉀(100%)這些都是廢棄生物體的基本應有的元素。對照殼聚糖和菌絲體的譜圖，在磁性印跡和非印跡吸附材料的譜圖中(圖3.5c和d)，，除了碳、氮和氧等基本元素外，出現(xiàn)了大量的鐵元素(100%)
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X703

【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 歐紅香;微生物及其表面修飾材料吸附分離金屬污染物行為和機理研究[D];江蘇大學;2012年

相關碩士學位論文 前1條

1 鄒婷;生物吸附劑改性松樹皮吸附水溶液中Cu~（2+）的性能研究[D];南京大學;2011年

本文編號：2695369