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纳米Al2O3固定化红平红球菌菌球的制备及其对苯酚的降解

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 酚类污染物的概况

1.1.1 酚类污染物的来源及其危害

1.1.2 酚类污染物的处理方法

1.2 固定化微生物技术以及处理含酚废水研究

1.2.1 固定化微生物技术

1.2.2 微生物的固定化方法

1.2.3 固定化微生物载体研究

1.2.4 含酚废水的固定化技术处理研究

1.3 纳米氧化铝材料

1.3.1 纳米复合材料的研究

1.3.2 纳米复合材料在废水处理中的应用

1.4 本研究的目的和意义

第2章 纳米Al2O3固定化菌球的制备及其筛选

2.1 前言

2.2 实验材料、设备与方法

2.2.1 菌种来源

2.2.2 实验药品

2.2.3 实验仪器与设备

2.2.4 实验方法

2.3 实验结果与分析

2.3.1 纳米Al2O3固定化菌球的制备及其筛选

2.3.2 纳米Al2O3固定化菌球培养过程中胞外加氧酶活性变化

2.4 本章小结

第3章 纳米Al2O3固定化菌球的表征

3.1 前言

3.2 实验材料、设备与方法

3.2.1 实验材料与药品

3.2.2 实验仪器与设备

3.2.3 纳米Al2O3固定化菌球的制备

3.2.4 纳米Al2O3固定化菌球的表征

3.3 实验结果与分析

3.3.1 环境扫描电子显微镜观察

3.3.1 氮气等温吸附/脱附测试

3.4 本章小结

第4章 纳米Al2O3固定化菌球对苯酚的降解

4.1 前言

4.2 实验材料、设备与方法

4.2.1 实验材料与药品

4.2.2 实验仪器与设备

4.2.3 纳米Al2O3固定化菌球的制备

4.2.4 降解苯酚实验

4.3 实验结果与分析

4.3.1 反应时间和苯酚初始质量浓度对苯酚降解率的影响

4.3.2 纳米Al2O3固定化菌球加入量对苯酚降解率的影响

4.3.3 反应pH值对苯酚降解率的影响

4.3.4 反应温度对苯酚降解率的影响

4.3.5 摇床转速对苯酚降解率的影响

4.3.5 纳米Al2O3固定化菌球的循环使用效果

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

苯酚属高毒类化合物,人体摄入一定量后会出现急性中毒反应,长期饮用被苯酚污染的水体可引发瘙痒、贫血、头晕及神经系统障碍。含苯酚废水不仅对人类有很大的危害性,而且也会对动物和植物造成有害的影响。如何有效地解决苯酚对水体的污染已经成为政府以及环保工作者研究的热点。
  本研究以海藻酸铝为主要包埋材料、纳米Al2O3为添加剂包埋固定红平红球菌,制得纳米Al2O3固定化红平红球菌菌球(简称纳米Al2O3固定化菌球),并将其用于苯酚的降解。首先通过正交实验设计对纳米Al2O3固定化菌球的制备条件进行优化,得到最优制备方案;然后对纳米Al2O3固定化菌球进行表征,观察其微观结构,深入了解新型复合物材料的结构特性;再对纳米Al2O3固定化菌球降解苯酚的条件进行优化,得到最佳降解条件;最后探讨了纳米Al2O3固定化菌球的循环使用效果。
  实验结果表明:纳米Al2O3固定化菌球的最优制备方案为:纳米Al2O3加入量0.05 g、海藻酸钠(SA)质量分数6%、微生物包埋量1.5 mL、Al2(SO4)3质量分数3%。通过环境扫描电子显微镜,可明显观察到纳米Al2O3固定化菌球中的红平红球菌长势良好。所以纳米Al2O3的添加能为微生物吸附固定在其表面提供足够大的空间,优化红平红球菌在菌球内的生长,从而提高其对苯酚的降解率。通过氮气等温吸附/脱附测试分析得到,最优条件下制备的纳米Al2O3固定化菌球的比表面积为2.294 m2/g,总孔体积为1.664×10-2 cm3/g。纳米Al2O3固定化菌球的内部孔径集中在2 nm~30 nm,中孔居多,这有利于红平红球菌包埋于孔中;确保微生物所需营养元素及目标污染物进入菌球内,便于红平红球菌接触吸收。纳米Al2O3固定化菌球对苯酚初始质量浓度400 mg/L的最佳降解条件为:苯酚菌球加入量为8 g/L;反应pH值为8.0;反应温度为30℃;摇床转速为120r/min。通过对纳米Al2O3固定化菌球的循环使用效果进行检测分析,经5次循环使用后,苯酚降解率仍达93%以上,说明纳米Al2O3固定化菌球在循环使用过程中保持着稳定的生物活性,可重复利用率高,具有良好的循环使用性。

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