20世紀(jì)以來,伴隨著冶金、燃煤、氯堿以及電池等工業(yè)的快速發(fā)展,含汞廢水的大量排放嚴(yán)重威脅了自然生態(tài)環(huán)境以及人類健康。針對含汞污水開發(fā)更加廉價(jià)高效并且綠色環(huán)保的新型處理技術(shù)是非常必要的。近年來隨著生物柴油、藻基保健品等微藻資源化利用產(chǎn)物在全球范圍內(nèi)的興起,通過污水培養(yǎng)降低成本以獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益和高附加值產(chǎn)品成為了目前的研究熱點(diǎn);同時(shí)微藻以其快速的生長能力、超強(qiáng)的環(huán)境耐受能力、豐富的原料來源、不占用耕地面積以及對重金屬高效的吸附性能等優(yōu)勢脫穎而出,也成為了目前最受關(guān)注的一種重金屬吸附劑原料�；谇叭搜芯�,本文提出一種利用微藻生物材料處理工業(yè)污水二價(jià)汞（Hg（Ⅱ））的技術(shù)路線。與農(nóng)業(yè)污水、市政污水特點(diǎn)不同,工業(yè)污水中大量存在的重金屬會(huì)對藻類的活性以及油脂產(chǎn)率造成致命的影響;同時(shí)由于微藻對Hg（Ⅱ）的吸附效率相比于其他重金屬明顯偏低,藻基生物吸附材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不如無機(jī)吸附材料以及微藻資源化利用成本昂貴等問題,需要針對以上關(guān)鍵性技術(shù)難點(diǎn)開展相關(guān)前期基礎(chǔ)研究�；谶@些問題,本文主要開展了以下幾方面的研究工作。首先,采用三種小分子有機(jī)酸——甲酸、乙酸、丙酸對微藻及其提脂殘?jiān)M(jìn)行前處理。通過對吸附... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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6世紀(jì)以來世界汞排放變化趨勢[1]

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文13圖1-2微藻細(xì)胞對重金屬離子的吸附機(jī)理[106,114]在目前的研究中，不同重金屬的吸附容量有明顯差異。Kumar等人對目前文獻(xiàn)報(bào)道的微藻對不同重金屬的吸附能力進(jìn)行了綜述，如圖1-3所示[106]。可以看出其中微藻對Cd(II)和Ni(II)的最大吸附容量已經(jīng)超過1000mg/g。Zeraatkar等人綜述了利用微藻進(jìn)行重金屬生物吸附過程中多種環(huán)境變量（包括初始離子濃度、pH、生物量、溫度、吸附時(shí)間、干擾離子等）的影響機(jī)理，同時(shí)還指出改性方法、藻種、細(xì)胞活性以及固定化處理等因素對微藻的吸附作用影響明顯。他指出通過對微藻進(jìn)行預(yù)處理方法改進(jìn)、環(huán)境因素變量調(diào)控、以及固定化成型等，能夠?yàn)橹亟饘偕镂教峁┮环N高效低成本的藻基處理方法[90]。Abinandan等人指出藻類不僅能夠在生活市政污水中生長，同時(shí)還能夠在工業(yè)污水中培養(yǎng)；在利用污水培養(yǎng)微藻時(shí)不僅能夠通過微藻的代謝作用降解污水中的氮磷等有機(jī)物，同時(shí)還能夠通過生物吸附處理污水重金屬[115]。Davis等人綜述了褐藻對重金屬生物吸附作用的生物化學(xué)特性[105]，指出在褐藻吸附重金屬過程中細(xì)胞壁與胞外多糖起到了關(guān)鍵性作用[116]；在吸附過程中褐藻主要通過離子交換[54]、配位螯合[54,117]以及官能團(tuán)吸附作用[118]三種方式結(jié)合重金屬。Chojnacka等人在研究螺旋藻（Spirulinasp.）對Cr(III)、Cd(II)以及Cu(II)吸附過程時(shí)發(fā)現(xiàn)離子交換作用在吸附過程中占主導(dǎo)作用，這種交換作用機(jī)理與弱酸的離子交換形式類似；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)微藻細(xì)胞的比表面積相對較小，孔隙結(jié)構(gòu)不夠發(fā)達(dá)，物理吸附的影響基本可以忽略不計(jì)[119]。與

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文14其他生物材料相比，微藻具有來源廣泛、成本低廉、能夠在各種極端條件下存活、生長周期短、不會(huì)占用過多的土地面積等優(yōu)勢[115]，同時(shí)微藻對多種重金屬的吸附效率與其他生物材料相比優(yōu)勢明顯[54]，是目前最具有商業(yè)利用潛能的生物吸附材料。圖1-3微藻對不同重金屬的吸附能力對比[106]微藻的吸附過程主要涉及到細(xì)胞表面的活性位點(diǎn)與金屬離子之間絡(luò)合作用，因此有眾多研究結(jié)果表明通過一系列改性方法能夠顯著改善微藻細(xì)胞表面重金屬結(jié)合能力，提高吸附效率。目前，對微藻材料的改性主要包括物理改性和化學(xué)改性兩類。物理方法主要包括機(jī)械破碎法、加熱法、冷凍法、干燥法及冷凍干燥法等；化學(xué)法主要包括酸改性、堿改性、高分子材料交聯(lián)以及有機(jī)溶劑浸漬等[53]。這些改性方法都可以顯著地改善藻基材料表面官能團(tuán)分布、表面電勢以及活性結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量等，是提高吸附劑材料吸附性能的有效手段。Errasquin等人分別利用加熱處理、化學(xué)滅菌以及機(jī)械破碎三種改性方法處理后的細(xì)胞吸附重金屬Cu、Zn、Cd并與未改性處理的原樣進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，三種改性方法均顯著提高了材料的吸附效率[120]；Rincón等人利用HCl、CaCl2、甲醛、Na2CO3、NaOH五種化學(xué)試劑對墨角藻Fucusvesiculosus進(jìn)行了不同的化學(xué)改性，并比較了改性后的藻基生物材料對Cu、Cd、Pb、Ni的吸附性能，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CaCl2的改性顯著增加了墨角藻對四種重金屬的最大吸附能力[121]。

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本文編號：3074862