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硫酸盐还原菌/碳纳米颗粒协同处理含铜、锌废水的研究

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目录

摘要

第一章 引言和文献综述

1.1 我国水体污染现状

1.2 重金属

1.2.1 重金属的危害和污染现状

1.2.2 重金属废水的治理方法

1.3 硫酸盐还原菌

1.3.1 硫酸盐还原菌的特性

1.3.2 硫酸盐还原菌对废水中重金属处理的机理

1.3.3 硫酸盐还原菌的现状研究

1.4 碳纳米材料

1.4.1 碳纳米材料的概述

1.4.2 碳纳米颗粒的制备应用

1.5 本课题的研究意义和目的

1.6 本课题的主要研究内容

第二章 硫酸盐还原菌的驯化与碳纳米颗粒的制备和表征

2.1 引言

2.2 实验试剂与仪器

2.2.1 实验试剂

2.2.2 试验仪器

2.3 试验方法

2.3.1 驯化培养基和培养条件

2.3.2 SRB的驯化

2.3.3 CNPs的制备

2.3.4 CNPs的表征分析

2.4 结果分析

2.5 小结

第三章 SRB/CNPs体系处理含铜废水的研究

3.1 引言

3.2 实验试剂与仪器

3.3 材料和方法

3.3.1 SRB和CNPs的来源

3.3.2 合成废水的配制

3.3.3 生物反应器

3.3.4 分析方法

3.4 结果与分析

3.4.1 SRB/CNPs的SEM分析

3.4.2 CNPs含量对SRB处理效果的影响

3.4.3 金属浓度对SRB/CNPs体系处理效果的影响

3.4.4 pH对SRB/CNPs体系处理效果的影响

3.4.5 温度对SRB/CNPs体系处理效果的影响

3.4.6 时间对SRB/CNPs体系处理效果的影响

3.5 小结

第四章 SRB/CNPs体系处理锌废水的研究

4.1 引言

4.2 实验试剂与仪器

4.3 材料和方法

4.3.1 SRB和CNPs的来源

4.3.2 合成废水的配制

4.3.3 厌氧反应器

4.3.4 分析方法

4.4 结果与分析

4.4.1 初始金属浓度对SRB/CNPs体系处理效果的影响

4.4.2 pH对SRB/CNPs体系处理效果的影晌

4.4.3 温度对SRB/CNPs体系处理效果的影响

4.4.4 时间对SRB/CNPs体系处理效果的影响

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间撰写、发表的学术论文

致谢

附录

声明

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摘要

随着现代化工业的快速发展,重金属的开采、冶炼、加工等活动越来越多,大量的重金属被排放到环境引起了严重的污染。重金属铜和锌不仅是生物体的必需微量元素,也是环境污染元素。它们不经过处理直接排入自然水体后,可以通过食物链的累积会对人体健康和生态环境产生严重影响。因此这两种金属常常被当作模式金属进行研究。碳纳米颗粒(CNPs)是近年来出现的一种新型的碳纳米材料,其表面富含羟基和羧基,具有良好的亲水性。本研究利用驯化后的高效硫酸盐还原菌群(sulfate reducing bacterium,SRB)和CNPs,首次构建了SRB/CNPs体系用于处理含铜和锌废水。这种处理技术利用生物和物理化学相互结合的特点,具有费用低、无二次污染、重金属去除效率高等优势。此外还比较了SRB/CNPs、SRB和CNPs三种不同体系在不同金属离子浓度,pH,时间和温度条件下处理含铜和锌废水的效果。具体工作如下:
  1.高效SRB的获得。使用实验室保藏的SRB,在37℃、pH7,输液瓶封闭厌氧培养的条件下,通过在培养基中分别依次增加铜离子和锌离子的浓度,驯化并获得了对重金属耐受性高的SRB。
  2.CNPs的制备。以盐酸为强氧化剂,乳糖作为碳源,在80℃恒温水浴超声下合成棕黄色的CNPs前体,中和至中性后真空冷冻干燥机进行脱盐、提纯。傅立叶变换红外吸收光谱仪、透射电子显微镜对制备的CNPs进行表征分析,实验结果证明,制备的CNPs具有强吸附性和良好的生物相容性。
  3.SRB/CNPs体系处理含铜废水的作用
  SRB/CNPs体系能显著增加铜离子的去除效率,同时也能提高SRB耐重金属的能力,对铜金属的耐受性从100 mg/L提高到150 mg/L。在Cu(Ⅱ)初始浓度为100 mg/L,处理48 h后,SRB/CNPs体系的铜的去除效率达到90.67%。而在同等条件下SRB体系和CNPs体系对铜离子的去除效率分别为40.67%和20.67%。
  4.SRB/CNPs体系处理含锌废水的作用
  SRB/CNPs体系使SRB对锌金属的耐受能力从200 mg/L提高到了300 mg/L。在锌离子初始浓度为100 mg/L,处理48 h后,该体系的锌的去除效率达到97.53%。在同等条件下SRB体系和CNPs体系对锌的去除效率分别为60.04%和23.18%。该实验结果表明SRB/CNPs体系能够有效的处理铜、锌两种金属离子。

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