【摘要】：工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的金屬污染物對(duì)人類的健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害,吸附法在金屬污染物治理中有著重要作用。生物材料以其原料來源廣、形貌多樣、價(jià)廉和環(huán)境友好等特點(diǎn)在吸附分離、功能材料等領(lǐng)域廣為應(yīng)用。本論文以不同形貌微生物作為生物材料來源,采用不同預(yù)處理方式和表面修飾方法制備了不同形貌的吸附材料,并用于幾種典型金屬污染物的吸附分離,主要研究結(jié)果如下： (1)培養(yǎng)、收集絲狀真菌M7和KC,經(jīng)低溫冷凍干燥,制備M7-1、KC-2兩種生物吸附劑。采用多種方法對(duì)其理化性能進(jìn)行表征,結(jié)果表明兩種真菌生物吸附劑細(xì)胞表面富含羥基、羧基等多種有利于金屬離子吸附的活性官能團(tuán)�？疾炝巳芤簆H、吸附時(shí)間和初始離子濃度等因素對(duì)M7-1、KC-2吸附性能的影響。M7-1吸附Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的最佳pH分別為5.0和6.0；而KC-2吸附Pb(Ⅱ)和Ag(Ⅰ)的最佳pH分別為5.0和3.0。兩種生物吸附劑的初始吸附速率隨金屬離子種類和初始濃度改變而發(fā)生變化。準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型能很好地描述M7-1、KC-2兩種生物吸附劑對(duì)金屬離子的吸附,表明吸附過程以化學(xué)吸附作用為主。M7-1、KC-2的吸附量隨金屬離子的初始濃度增加而增大。Langmuir吸附等溫模型對(duì)M7-1、KC-2對(duì)金屬離子的吸附平衡數(shù)據(jù)具有較好的擬合效果,表明兩種生物吸附劑對(duì)金屬離子的吸附以單分子層吸附為主。所制備的兩種真菌生物吸附劑對(duì)金屬離子有良好的吸附性能。 (2)培養(yǎng)、收集芽孢桿菌,經(jīng)低溫冷凍干燥制備了生物吸附劑B1,利用溶膠-凝膠技術(shù)制備了表面包硅生物吸附劑B1Si,采用犧牲模板法制備了中空硅吸附劑B1SiS,并將B1、B2Si和B1SiS三種材料用于Pb(Ⅱ)的吸附分離研究。理化性能分析表征結(jié)果表明：B1和B1Si均保留了菌體的豐富官能團(tuán),B1Si機(jī)械性能增強(qiáng)；B1Si和B1SiS為無定形非晶體,表面包硅增大了B1Si和B1SiS的比表面積,并產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)。考察了溶液pH、吸附劑用量、離子濃度和吸附時(shí)間等對(duì)三種材料吸附性能的影響,以及吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫模型和吸附熱力學(xué)機(jī)理及行為。研究結(jié)果表明：在溶液pH分別為5.0、5.5和5.5時(shí),B1、B1Si和B1SiS吸附Pb(Ⅱ)的效果最佳,吸附劑用量達(dá)到1.0 g/L后,吸附去除率提高有限,240 min后吸附過程趨于平衡。準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型較好地描述了三種吸附材料對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附動(dòng)力學(xué)行為；Langmuir吸附等溫模型能很好地描述三種吸附材料的吸附平衡性能,B1、B1Si和B1SiS在318 K下對(duì)Pb(Ⅱ)的最大飽和吸附量分別為67.57、93.46和72.45 mg/g；熱力學(xué)方程的擬合表明三種吸附材料對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附是一個(gè)吸熱和自發(fā)的過程。B1Si和B1SiS具有良好的解吸再生性能,共存離子Na(Ⅰ)和Ca(Ⅱ)基本不影響吸附材料對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附性能。 (3)采用改進(jìn)的Stober法制備包硅酵母(SiY),并將其作為表面印跡載體材料,結(jié)合溶膠-凝膠技術(shù)和表面離子印跡技術(shù)制備基于包硅酵母的Pb(Ⅱ)表面離子印跡聚合物(IIP/SiY)。采用不同表征方法對(duì)IIP/SiY理化性能進(jìn)行表征,結(jié)果表明：-NH2、-OH等是印跡聚合及離子吸附過程中的重要活性基團(tuán)；SiY具有微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,在SiY表面及微孔內(nèi)的印跡聚合及模板離子洗脫等使IIP/SiY保持了較大的比表面積和孔體積。IIP/SiY對(duì)Pb(Ⅱ)吸附的最佳溶液pH為6.0。準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型較好地描述了IIP/SiY和NIP/SiY對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附動(dòng)力學(xué)行為,吸附速控步同時(shí)受粒子內(nèi)擴(kuò)散和液膜擴(kuò)散影響。Langmuir等溫模型成功擬合了IIP/SiY和NIP/SiY吸附Pb(Ⅱ)的等溫平衡數(shù)據(jù),318 K時(shí)IIP/SiY的單分子層飽和吸附容量為86.21 mg/g。選擇性實(shí)驗(yàn)表明IIP/SiY對(duì)目標(biāo)離子Pb(Ⅱ)具有更高的吸附量和選擇性,解吸再生實(shí)驗(yàn)表明IIP/SiY可定量洗脫,具有良好的解吸再生性能。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X50;X132
【圖文】：

nm的銀納米線，其制備過程見圖1.1。馬金艷等【‘“0]采用蒲草和向日葵天然植物的莖桿為大孔模板、嵌段共聚物為介孔相模板，合成了孔道相互貫通的多級(jí)有序復(fù)合孔硅材料(見圖1.2)。{入界‘了f爭(zhēng)轟1{R黑丫\盆紐黝二裂l剔—州硯礴豺‘一一R礴.，.月)、再一冬咨，黔l，一一。灌，黔”，竺_一“峨黔‘~，’”一絲滾黔“一一，‘麟l"似執(zhí)以認(rèn)e，息丫桿 W4r獷圖 1.1DNA模板法合成銀納米線過程圖「‘59] Fig.1.1PreParationofsilvernanowiresusingDNAtemPlates圖 1.2植物模板制備多級(jí)復(fù)合孔材料:a一蒲草桿;b一cHPM;c一向日葵桿和d一sHPM【’“0] Fig.1.2SEMimagesofPlanttemPlatesandhierarchicaleomPosites:a一 thestemofeattail;b一CHPM:e一 theeorePinofsunflowerandd一SHPM.近年來，生物細(xì)胞，尤其是微生物細(xì)胞，以其價(jià)廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)成為極具潛力的生物模板。生物細(xì)胞作為模板的方法其優(yōu)點(diǎn)主要有:(1)這些外形可控且均勻的模板能從自然界大量存在的微生物細(xì)胞中方便地獲取;(2)無需對(duì)模板表面進(jìn)行修飾

江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文bu枷ric。)作為模板一步合成硫化鋅空心微球和納米管(圖 1.3.a和圖1.3.b)的方法。Bai等人采用溫和的酵母生物模板制備了中空多孔的氧化福微球(圖1.3.c)，該氧化福微球具有均勻的尺寸和輪廓分明的介孔中空結(jié)構(gòu)，殼厚約250一280nm[‘63]。Huang和wang[，64]采用層疊技術(shù)(layer-by一layer)制備的酵母用DADMAC/RAA復(fù)合生物模板經(jīng)仿生礦化、灼燒處理得到了中空多孔的磷酸鈣微膠囊(見圖1.3.d)，其研究表明不同的灼燒溫度會(huì)導(dǎo)致微膠囊表面礦化層的化學(xué)變化并改變微孔的尺寸，生物細(xì)胞外形及包覆的聚合高分子電解質(zhì)層的厚度對(duì)磷酸鈣微膠囊的尺寸及形貌結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。圖1.3生物模板制備的不同中空微納米材料 Fig.1.3Hollowmiero/nanomaterialssynthesizewithbiotemPlates4.2生物模板制備微納米二氧化硅二氧化硅是人工合成的一種常用的重要硅基材料，因其獨(dú)特的光學(xué)透明性、化學(xué)穩(wěn)定性、無毒、生物兼容性、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代新型材料中具有重要地位

F19.1.4SilieasynthesizebymierobialeelltemPlatesWeinzierl等人以Stober方法為基礎(chǔ)，采用釀酒酵母作為模板，制備了中空二氧化硅微球(見圖1.4.a)，并研究了醇/水 /TEOS濃度比等因素對(duì)中空硅球形貌結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明:甲醇作為共溶劑、甲醇/水比例為2:l以下時(shí)中空硅球表面最光滑，醇碳鏈越長或水比例增大都會(huì)使表面變得更粗糙【’8’]。Nomura等人以革蘭氏陰性菌—大腸桿菌為模板，考察了水和氨水濃度對(duì)制備過程的影響，合成的中空硅微粒(見圖l.4.b)比表面積和微孔孔徑分別為 68.4mZ/9and2.5nm【’“2]。于源華等采用真核生物細(xì)胞根霉菌為模板，正硅酸乙酷(TEOS)為硅源通

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2756193