（环境科学与工程专业论文）生物吸附剂和改性壳聚糖磁性微球对金属离子的吸附性能研究.pdf

r e m o v a lo fm e t a li o n sb yb i o a d s o r b e n t sa n dc h i t o s a n b a s e ds o r b e n t h u x i n - j i a n g b e ( u n i v e r s i t yo fs o u t hc h i n a ) 2 0 0 9 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g i n e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g i n t h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a n u n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl i uy u n g u o a s s o c i a t ep r o f e s s o rw a n g j i n g s o n g j u n e ，2 0 1 1 湖南大学 f 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：_ 溅锄鼢 日期：印- 阵占月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在_ 年解密后适用本授权书。 2 不保密日。 ( 请在以上相应方框内打 ) 作者签名：卅阑翻话 日期：wj 年 月，日 刷磁轹训讥i * 蜊私嗍：川俾锕多日 a b s t r a c t an u m b e ro fi n d u s t r i e sc u r r e n t l yp r o d u c ev a r y i n gc o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a ll a d e n w a s t es t r e a m sw i t hs i g n i f i c a n tc o n s e q u e n c e sf o ra n yr e c e i v i n ge n v i r o n m e n t a lc o m p a r t m e n t m a n yl a r g e s c a l eu r a n i u mm i n e st a i l i n gi nc h i n ah a sb e e ni no p e r a t i o nf o rm a n yy e a r sa n d r u d i m e n t a lr a d i o a c t i v en u c l i d e sh a v el e dt ot h ep o l l u t i o no ft h es u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e r t ov a r i o u se x t e n t s t h et h r e a tp o s e dt ot h ee n v i r o n m e n ta r i s e sn o to n l yf r o mt h er a d i o a c t i v e e m i s s i o n sf r o mu r a n i u ms e r i e sr a d i o n u c l i d e s ，b u ta l s of r o mt h ec h e m i c a lt o x i c i t yo fu r a n i u m t h es t e e lf a b r i c a t i o n ，p a i n ta n dp i g m e n tp r o d u c t i o n , w o o dt r e a t m e n t , l e a t h e rt a n n i n g ，a n d c h r o m i u mm i n i n ga n dm i l l i n gi n d u s t r i e sr e l e a s el a r g ea m o u n t so fc h r o m i u me v e r yd a y t h e c h r o m i u mp o l l u t i o nm a yr e s u l ti nl i v e rn e c r o s i s ，n e p h r i t i s ，s t o m a c hu p s e ta n du l c e r s ，a n de v e n d e a t hi nh u m a n s b i o s o r p t i o ni sr e g a r d e da sa ni n n o v a t i v em e t h o dw h i c hh a ss u p e r i o r i t yo v e rt r a d i t i o n a l p r o c e s s i n gm e t h o d si ns e p a r a t i n ga n dr e c y c l i n gh e a v ym e t a li o n sf r o ma q u e o u ss o l u t i o n s s o m em i c r o o r g a n i s m ss u c ha sb a c t e r i a , a l g a ea n df u n g ia r ek n o w nt oa c c u m u l a t eh e a v y m e t a l s f u n g a lb i o s o r p t i o ni s a l le m e r g i n gf i e l df o rm e t a ls e q u e s t e r i n ga sv a r i o u sf u n g a l b i o m a s s e sh a v ep r o v e nt ob ee f f e c t i v ef o rm e t a lb i o s o r p t i o nf r o ma q u e o u ss o l u t i o n s t h ec e l l w a l lo fr h i z o p u sa r r h i z u sa n da s p e r g i l l u s f u m i g a t u sc o n s i s t so fl a r g eq u a n t i t yo ff u n c t i o n a l g r o u p ss u c h a sc a r b o x y l ( - c o o h ) ，a m i d e ( - n h 2 ) ，t h i o l ( - s h ) ，p h o s p h a t e ( p 0 4 3 ) a n d h y d r o x i d e ( - o h ) ，w h i c ha r eb e l i e v e dt op l a yi m p o r t a n tr o l e si nm e t a lc h e l m i o n t h i ss t u d y i n v o l v e da l l i n v e s t i g a t i o no ft h eu s eo fr h i z o p u sa r r h i z u sb i o m a s sa n di m m o b i l i z e d a s p e r g i l l u sf u m i g a t u sb e a d s f o rt h er e m o v a lo fu i ) f r o ma q u e o u ss o l u t i o n s t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tr h i z o p u sa r r i h i z u sh a sah i g ht o l e r a n c et ou ( v i ) i o n sa n d r h i z o p u sa r r i h i z u s c a ng r o wn o r m a l l yi n2 0 0m e g lu r a n i u m - c o n t a i n e dm e d i u m t h e a d s o r p t i o nc a p a c i t yi ss t r o n g l ya f f e c t e db yi n i t i a lp ha n di n i t i a lu i ) c o n c e n t r a t i o n ，a n d o p t i m u mb i o s o r p t i o nw a so b s e r v e da ts o l u t i o np h4 0a n dt h em a x i m u mb i o s o r p t i o nc a p a c i t y ( 1 1 2 2m g g ) w a so b t a i n e da ti n i t i a lu ( v i ) c o n c e n t r a t i o no f2 0 0m g l a tt h et e m p e r a t u r ei n t h er a n g eo f2 5 5 0 ，t h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eo nb i o s o r p t i o no fu ( v i ) i ss l i g h t t h e a d s o r p t i o no fu i ) p r o c e e d e dv e r yr a p i d l yi nt h ef i r s t3 0m i na n dt h ea d s o r p t i v ec a p a c i t y a c h i e v e dt oa b o v e9 5 o ft h es a t u r a t e da d s o r p t i v ec a p a c i t ya f t e ra nh o u r t h ee q u i l i b r i u m w a se s t a b l i s h e dw i t h i n9 0r a i n p s e u d o s e c o n dm o d e lw a ss u i t a b l et od e s c r i b et h ek i n e t i c p r o c e s s f t - i ra n a l y s i sa n ds e mm o r p h o l o g yi n d i c a t e dt h a tt h ec e l ls t r u c t u r ek e p tu n b r o k e n a f t e rb i o s o r p t i o n f u n c t i o n a lg r o u p s ，s u c ha sa m i n o ，h y d r o x y la n dc a r b o x y lg r o u p sp l a y i i 硕士学位论文 i m p o r t a n tr o l e si nt h eb i o s o r p t i o np r o c e s s 砀ei m m o b i l i z e dm i c r o b i a lc e l ls y s t e m sh a v em a n ya d v a n t a g e sc o m p a r ew i t hf r e e l y s u s p e n d e db i o m a s s ，s u c ha se a s eo fr e g e n e r a t i o na n dr e u s eo f t h eb i o m a s s ，e a s i e rs o l i d - l i q u i d s e p a r a t i o na n dm i n i m a lc l o g g i n gi nc o n t i n u o u sf l o ws y s t e m s i nt h i ss t u d yt h e a s p e r g i l l u s f u m i g a t u sw a ss u c c e s s f u l l yi m m o b i l i z e db ys o d i u ma l g i n a t e t h ei m m o b i l i z e da s p e r g i l l u s f u m i g a t u sb e a d sw a su s e dt or e m o v eu r a n i u m ( v i ) i o n si nab a t c hs y s t e m t h ei n f l u e n c e so f s o l u t i o np h ，b i o s o r b e n t sd o s e ，u ( v i ) c o n c e n t r a t i o n ，a n dc o n t a c tt i m eo nu i ) b i o s o r p t i o n w e r es t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yw a ss t r o n g l ya f f e c t e db yt h e s o l u t i o np h ，t h eb i o s o r b e n td o s ea n di n i t i a lu i ) c o n c e n t r a t i o n o p t i m u mb i o s o r p t i o nw a s o b s e r v e da tp h5 0 ，b i o s r o b e n td o s e ( w v ) 2 5 ，i n i t i a lu i ) c o n c e n t r a t i o n6 0m e c l b i o s o r p t i o ne q u i l i b r i u mw a se s t a b l i s h e di n12 0m i n t h ea d s o r p t i o np r o c e s si sc o n f o r m e dt o t h ef r e u n l i c ha n dt h et e m k i ni s o t h e r m a la d s o r p t i o nm o d e l t h ed y n a m i c sa d s o r p t i o nm o d e l i sc o n f o r m e dt op s e u d o - s e c o n do r d e rm o d e l 一 c h i t o s a ni st h e d e a c e t y l a t e d f o r mo fc h i t i n , w h i c hi sal i n e a r p o l y m e r o f a c e t y l a m i n o - d g l u c o s e c h i t o s a n , i nm a n yi n s t a n c e sa r er e l a t i v e l yc h e a p ，a b u n d a n ti ns u p p l y a n dh a v es i g n i f i c a n tp o t e n t i a lf o rm o d i f i c a t i o na n du l t i m a t e l ye n h a n c e m e n to fi t ss t r u c t u r e a n di t sa d s o r p t i o nc a p a b i l i t i e s c h i t o s a nw a ss u c c e s s f u l l yc r o s s l i n k e da n dm o d i f i e db y g l u t a r a l d e h y d e a n de t h y l e n e d i a m i n e ，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h ea d s o r b e n t ( e m c m c r ) w a s o b t a i n e d t h ea d s o r b e n th a v es t r o n gm a g n e t i s mt h r o u g ha d d i t i o no fm a g n e t i cf l u i d ( f e 3 0 4 ) t h ea d s o r p t i o no fc r i ) i o n sf r o ma q u e o u ss o l u t i o nb ye m c m c rw a ss t u d i e di nab a t c h a d s o r p t i o ns y s t e m t h er e s u l t ss h o wt h a tc r ( v i ) r e m o v a li sp hd e p e n d e n ta n dt h eo p t i m u m a d s o r p t i o nw a so b s e r v e d a t p h2 0 t h ea d s o r p t i o n r a t ew a se x t r e m e l yf a s ta n dt h e e q u i l i b r i u mw a se s t a b l i s h e dw i t h i n6 1 0m i n t h ea d s o r p t i o nd a t ac o u l db ew e l li n t e r p r e t e db y t h el a n g m u i ra n dt e m k i nm o d e l t h em a x i m u ma d s o r p t i o nc a p a c i t i e so b t a i n e df r o mt h e l a n g m u i rm o d e la r e5 1 8 1 3m g 儋，4 8 7 8 0m e d ga n d4 5 8 7 2m g ga t2 9 3k 3 0 3ka n d3 1 3k r e s p e c t i v e l y ，n l ea d s o r p t i o np r o c e s sc o u l db ed e s c r i b e db yp s e u d o s e c o n d o r d e rk i n e t i c m o d e l t h ei n t r a p a r t i c l ed i f f u s i o ns t u d yr e v e a l e dt h a tf i l md i f f u s i o nm i g h tb ei n v o l v e di nt h e p r e s e n tc a s e t h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r sr e v e a l e dt h ef e a s i b i l i t y ，s p o n t a n e i t ya n de x o t h e r m i c n a t u r eo fa d s o r p t i o n t h es o r b e n t sw e r es u c c e s s f u l l yr e g e n e r a t e du s i n go 1nn a o h s o l u t i o n s k e yw o r d s ：r h i z o p u sa r r h i z u s ；i m m o b i l i z e da s p e r g i l l u sf u m i g a t u sb e a d s ，e m c m c r ； r e m o v e l ；u r i m i u m ( v i ) ；c h r o m i u m ( v i ) i i i c o n t e n t s a b s t r a c t i i l i s to ff i g u r e s v i i l i s to ft a b l e s i x c h a p t e r o r e i n t r o d u c t i o n ：1 1 1h e a v ym e t a lp o l l u t i o n 1 1 1 1h e a v ym e t a l 1 1 1 2h e a v ym e t a lt o x i c i t ya n dh u m a nh e a l t h i 1 1 1 3t r e a t m e n tt e c h n o l o g yf o rh e a v ym e t a lc o n t a i n i n gw a s t e w a t e r s 2 1 2u r a n i u ma n dc h r o m i u m 2 1 2 1u r a n i u mp o l l u t i o n 3 1 2 2c h r o m i u mp o l l u t i o n 3 1 3r e m o v a lo fu r a n i u ma n dc h r o m i u mf r o mw a s t e w a t e r 5 1 3 1r e m o v a lo fu r a n i u m 5 1 3 2r e m o v a lo fc h r o m i u m 6 1 4b i o s o r p t i o no fm e t a l s 7 1 5i m m o b i l i z a t i o n 8 1 5 1i m m o b i l i z a t i o nm e t h o d s 9 1 5 2i m m o b i l i z e dc e l l sf o rm e t a li o n sr e m o v a l 1 1 l 。6c h i t i na n dc h i t o s a n - l1 1 7m o d i f i e dc h i t i na n de h i t o s a n 13 1 7 1p h y s i c a lm o d i f i c a t i o n ”13 1 7 。2c h e m i c a lm o d i f i c a t i o n 1 4 1 7 3a d s o r p t i o no fm e t a li o n sb yc h i t o s a na n di t sd e r i v a t i v e s 15 1 8m a g n e t i cf l u i d s 16 1 9o b j e c t i v e sa n ds c o p eo ft h es t u d y 17 c h a p t e rt w o ：b i o s o r p t i o na n dr e s i s t a n c eo fr h i z o p u sa r r i h i z u st ou ( v i ) 1 9 2 1i n t r o d u c t i o n ? 19 2 2m a t e r i a l sa n dm e t h o d s l9 2 2 1m a i ni n s t r u m e n t sa n dm a t e r i a l s 2 0 2 2 2m i c r o o r g a n i s ma n dc u l t i v a t i o n 2 0 2 2 3r e s i s t a n c eo fr a r r i h i z u st ou r a n i u m 2 0 硕十学位论文 2 2 4b i o s o r p t i o ne x p e r i m e n t s 2 0 2 2 5a d s o r p t i o nk i n e t i c s 21 2 2 6c h a r a c t e r i z a t i o ns t u d i e s 2 2 2 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 2 2 3 1r e s i s t a n c eo fr a r r i h i z u st ou r a n i u m 2 2 2 3 2e f f e c to f p h 一2 3 2 3 3e f f e c to fi n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fu ( v i ) ”2 4 2 3 4e f f e c to ft e m p e r a t u r e ，2 5 2 3 5b i o s o p t i o nr a t ea n dk i n e t i ca n a l y s i s 2 5 2 3 6c h a r a c t e r i z a t i o no f b i o s o r p t i o np r o c e s s 2 8 2 4c o n c l u s i o n so ft h i sc h a p t e r 2 9 c h a p t e r t h r e e ：r e m o v a lo fu r a n i u m ( v i ) b yi m m o b i l i z e da s p e r g i l l u s f u m i g a t u sb e a d s 3 0 3 1i n t r o d u c t i o n 3 0 3 2m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 31 3 2 1m a i ni n s t r u m e n t sa n dm a t e r i a l s 31 3 2 2p r e p a r a t i o no fs p o r es u s p e n s i o n 31 3 2 3i m m o b i l i z a t i o no f a f u m i g a t u s 31 3 2 4b i o s o r p t i o np r o c e d u r e s 3 2 3 2 5e q u i l i b r i u mi s o t h e r ma n dk i n e t i c ss t u d i e s 3 2 3 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 3 3 3 1e f f e c to fs o l u t i o np h 3 3 3 3 2e f f e c to fb i o s o r b e n td o s e 3 5 3 3 3e f f e c to fi n i t i a lu ( v i ) c o n c e n t r a t i o n 一3 5 3 3 4e f f e c to fc o n t a c tt i m e 3 6 3 3 5c o m p a r et h eu p t a k eo fu ( v i ) b yi m m o b i l i z e da f u m i g a t u sb e a d sw i t h b l a n kb e a d s 3 7 3 3 6a d s o r p t i o ni s o t h e r m 3 7 3 3 7b i o s o r p t i o nk i n e t i c s 3 8 3 4c o n c l u s i o n so ft h i sc h a p t e r ! 3 9 c h a p t e rf o u r ：a d s o r p t i o nc h r o m i u m ( ) b ye t h y l e n e d i a m i n e - m o d i f i e dc r o s s l i n k e d m a g n e t i cc h i t o s a nr e s i n 4 0 4 1i n t r o d u c t i o n 4 0 4 2m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 4l 4 2 1m a t e r i a l s 4 l 4 2 2m a j o re q u i p m e n t 4 1 v 4 2 3p r e p a r a t i o no f e m c m c r 4 1 4 2 4b a t c ha d s o r p t i o ne x p e r i m e n t s 4 3 4 2 5d e s o r p t i o ne x p e r i m e n t s 4 3 4 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 4 4 4 3 1c h a r a c t e r i z a t i o no f e m c m c r 4 4 4 3 2e f f e c to fp ho nc r ( v i ) a d s o r p t i o n b ye m c m c r 4 6 4 3 3i s o t h e r ms t u d i e s 一4 7 4 3 4k i n e t i cs t u d i e s 5 2 4 3 5t h e r m o d y n a m i cs t u d i e s 5 8 4 3 6d e s o r p t i o ns t u d i e s 5 9 4 4c o n c l u s i o n so ft h i sc h a p t e r 6 0 c o n c l u s i o n s 6 2 r e f e r e n c e s 6 6 a c k n o w l e d g e m e n t s 8 3 a p p e n d i xa ：l i s to fp u b l i s h e dp a p e r sa n dp a t e n t sd u r i n gt h ep e r i o do fs t u d yf o ra d e g r e e 8 4 a p p e n d i xb ：中文摘要8 5 v i 硕上学位论文 l i s to ff i g u r e s f i g 1 1 p r o c e s so f c h i t i na n dc h i t o s a n 1 2 f i g 1 2p r i m a r ys t r u c t u r eo fc h i t i na n dc h i t o s a n 13 f i g 2 1e f f e c to fi n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fu ( v i ) o ng r o w t ho fr a r r i h i z u s 2 2 f i g 2 2e f f e c to fp ho nu ( v i ) r e m o v a l 2 3 f i g 2 3e f f e c to fi n i t i a lu ( v i ) c o n c e n t r a t i o no nu ( v i ) r e m o v a l 2 4 f i g 2 4e f f e c to ft e m p e r a t u r eo nu ( v i ) r e m o v a l 2 5 f i g 2 5t h ed y n a m i cc u r v ef o ru ( v i ) b i o s o r p t i o n 。2 6 f i g 2 6p s e u d o f i r s to r d e rb i o s o r p t i o nk i n e t i c so fu ( v i ) o n t or a r r i h i z u s 2 7 f i g 2 7p s e u d o - s e c o n do r d e rb i o s o r p t i o nk i n e t i c so fu ( v i ) o n t or a r r i h i z u s 2 7 f i g 2 8s e mm i c r o g r a p ho ft h eb i o m a s ss a m p l e s ：( a ) b e f o r ea d s o r p t i o n ；( b ) a f t e r a d s o r p t i o n 2 8 f i g 2 9i rs p e c t r ao ft h eb i o m a s ss a m p l e s ：( 1 ) b e f o r ea d s o r p t i o n ；( 2 ) a f t e ra d s o r p t i o n 2 9 f i g 3 1t h ep r o c e s so fi m m o b i l i z e da f u m i g a t u s 31 f i g 3 2 ( a ) i m m o b i l i z e da f u m i g a t u sb e a d s ( b ) b l a n kb e a d s 3 2 f i g 3 3b i o s o r p t i o no fu ( v i ) a td i f f e r e n tp h ；3 4 f i g 3 4b i o s o r p t i o no fu ( v i ) w i t hd i f f e r e n tw e tb e a d sd o s e 3 4 f i g 3 5b i o s o r p t i o no fu ( v i ) a td i f f e r e n ti n i t i a lu c o n c e n t r a t i o n s 3 5 f i g 3 6b i o s o r p t i o no fu ( v i ) w i t hc o n t a c tt i m e 3 6 f i