【摘要】： 含銅廢水來(lái)源廣、毒性大,嚴(yán)重危害自然環(huán)境和人體健康,因此對(duì)其進(jìn)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(jīng)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(jié)果表明該新型吸附材料優(yōu)點(diǎn)為:(1)成本低廉能夠大量生產(chǎn);(2)吸附材料表面保留的Cu(Ⅱ)印跡空穴使得對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附容量大大提高;(3)具有磁性在外加磁場(chǎng)下能夠迅速?gòu)奈胶蟮娜芤褐蟹蛛x出來(lái)。 對(duì)制備Cu(Ⅱ)-IMB的單因素影響吸附性能的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探討,首次利用響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了制備工藝,最大限度的提高了吸附容量。結(jié)果表明,在合成過(guò)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(duì)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(yīng)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(zhì)量為25.245mg。 通過(guò)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(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)Cu(Ⅱ)-IMB的物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定。結(jié)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(jié)構(gòu),有著豐富的利于對(duì)重金屬離子吸附的基團(tuán)。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(guò)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(shù)隨Fe_3O_4的含量不同而變化。 以Cr~(6+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)為對(duì)比離子,對(duì)Cu(Ⅱ)-IMB在水溶液中對(duì)Cu~(2+)的吸附性能進(jìn)行了研究,并與制備的其它三種生物吸附材料進(jìn)行了比較,并對(duì)其磁沉降性能、機(jī)械強(qiáng)度等進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明,pH是影響吸附容量的重要因素,其對(duì)Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)吸附的最佳pH值在5.0左右,對(duì)Cr~(6+)的為4.0左右。Cu(Ⅱ)-IMB、NIMB、CMB和MB對(duì)水溶液中Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)和Cr~(6+)的吸附符合二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué),均為顆粒內(nèi)擴(kuò)散和膜擴(kuò)散聯(lián)合控制過(guò)程,符合Langmuir或Freundlich吸附等溫式。Cu(Ⅱ)-IMB對(duì)Cu~(2+)的吸附速率最快,達(dá)吸附平衡時(shí)間最短為6.0h,二級(jí)吸附速率常為4.432x10~(-3)((g/mg)/min),比NIMB對(duì)Cu~(2+)的提高33%,顆粒內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)最大,為0.97223(mg/g)/min~(1/2),對(duì)Cu~(2+)的吸附性能最強(qiáng),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(duì)Zn~(2+)、Ni~(2+)、Cr~(6+)沒(méi)有吸附選擇性,吸附性能比NIMB好。印跡技術(shù)對(duì)吸附性能的提高貢獻(xiàn)最大。Cu(Ⅱ)-IMB對(duì)Cu~(2+)吸附過(guò)程為吸熱反應(yīng),容易自發(fā)進(jìn)行,以物理吸附為主,為熵增加過(guò)程。在外加磁場(chǎng)下,具有良好的磁沉降性能,與非磁性吸附材料比較,沉降時(shí)間縮短93%,沉淀效率提高25%,合成過(guò)程使其機(jī)械強(qiáng)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(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明,共存離子導(dǎo)致Cu~(2+)吸附容量下降。二元體系實(shí)驗(yàn)證明,離子對(duì)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(jìng)爭(zhēng)能力為:Zn~(2+)Ni~(2+)Cr~(6+)。有競(jìng)爭(zhēng)離子存在時(shí),Cu(Ⅱ)-IMB對(duì)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(duì)Cu~(2+)具有專一的吸附選擇性。Zn~(2+)和Ni~(2+)對(duì)Cu~(2+)的協(xié)同競(jìng)爭(zhēng)作用大于Ni~(2+)和Cr~(6+)的。吸附機(jī)理分析表明,吸附的過(guò)程中-NH_2和-OH與金屬離子結(jié)合形成共軛結(jié)構(gòu)。吸附金屬離子后Cu(Ⅱ)-IMB非晶結(jié)構(gòu)和Fe_3O_4的晶型未被影響,仍然保持原來(lái)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(fù)使用5次以上。 引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(yù)測(cè)與控制模型,達(dá)到了良好的預(yù)測(cè)效果。為吸附實(shí)驗(yàn)的定量研究開(kāi)創(chuàng)出一條有效的途徑。本模型的建立可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行某些設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù)的選取。同時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)行效果的預(yù)測(cè),為工藝運(yùn)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(shù)(MoleeularImPrintingTeehnology，MIT)也叫分子模

覆和分布情況。 3.2.1.2結(jié)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(duì)于菌絲體(圖3.5b)來(lái)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(yīng)有的元素。對(duì)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(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)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(jī)理研究[D];江蘇大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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

本文編號(hào)：2695369