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高效重金属生物吸附剂的廉价制备及应用研究

李森  
【摘要】: 研究了高效Cr吸附融合菌的廉价培养方法及初步应用条件。主要包括廉价培养材料选取、培养条件优化、固定化生物吸附剂开发、生物吸附剂的吸附动力学、热力学及吸附机理等。 利用3%制糖厂废弃糖蜜和20g╱L城市污泥作为廉价培养底物能很好地培养融合菌,制备重金属生物吸附剂,最优培养条件为:初始pH 3.0-4.0,培养40h。在此条件下,生物吸附剂的产量在40g╱L以上,其对Cr的去除率最高可达99.9%。 利用自制的简易浅层刷式培养装置对融合菌进行培养,当培养温度为30℃,转速为600-800r/min,培养量为1.5L,转刷浸入深度为1-1.5cm时,批式和连续培养法均能较好实现融合菌的廉价扩大培养,稳定后融合菌的浓度在19×10~7cells/ml左右。 准一级、准二级及内部扩散动力学模型和Freundlich吸附热力学模型均能较好地拟合菌-泥复合吸附剂的吸附。提高温度可以提高吸附速率,然而,也会使Cr的吸附稳定性下降。当吸附体系中有营养源存在时Cr向内扩散的趋势增强,吸附量增加。 1.5%海藻酸钠为包埋剂包埋50g╱L融合菌可制成物理和吸附性能较好的固定化吸附剂,其对含Cr模拟废水和实际电镀废水都具有良好的吸附能力,当投加量为50g╱L时(约含6g╱L融合菌),固定化吸附剂可基本去除实际电镀废水(pH:2.67,Cu:1.70mg╱L,Cr:20.62 mg╱L,Ni:29.97 mg╱L,Zn:1.11mg╱L)中的Cu和Cr,且对Ni和Zn的去除率也分别达到48.05%和61.09%。填充柱吸附工艺可连续处理含Cr模拟废水,当流速为150ml/h和250 ml/h时填充柱一次稳定处理的废水量分别为7.2L和11.5L。 融合菌对Cr~(6+)的还原和吸附过程伴随着溶液H~+离子的消耗,表面吸附基团主要有氨基、羟基、磷酸基等,其中磷酸基团对吸附的影响最大,该基团屏蔽后,总Cr去除率和Cr~(6+)还原率分别下降了70%和46%。吸附过程趋向于将吸附到表面的Cr运输至细胞内并和细胞内物质形成稳定结合态,该过程可在吸附90min内达到平衡,Cr在细胞表面的吸附及还原作用将使细胞通透性增强。


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