芽胞@Ti4+微球的制备及其在水环境中的砷吸附研究

作     者：蓝丽娟 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡涌刚

授予年度：2017年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：砷污染 吸附 水处理 生物吸附 芽胞@Ti4+微球 

摘      要：砷是世界上毒性最强的20种元素之一,其污染问题危害重大,引起了世界范围的关注。人类如果长期暴露在高砷环境中,会有诱发系列疾病的危险,如肺癌、膀胱癌、肾脏癌变和皮肤癌等。如何高效快速地移除水环境中的砷已经成为全世界重点关注的问题。本实验将Ti装载到经处理的细菌芽胞上,构成一种新型的廉价的芽胞@Ti微球材料,用以进行As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的快速脱除。我们应用透射电镜、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和Zeta电位分析仪对芽胞@Ti微球进行表征分析。结果表明芽胞@Ti微球材料的结构稳定、大小均一且在水体中具有很好的分散性。在影响因素实验中,我们研究了吸附反应初始pH值和共存离子等对芽胞@Ti微球对砷的吸附量的影响,发现在酸性条件下,更有利于其吸附As(Ⅴ);而在碱性环境下,As(Ⅲ)可以被更好地吸附。在芽胞@Ti微球对As(Ⅲ)的吸附过程中,SO和Cl和NO等阴离子对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附几乎不造成影响。而高浓度(与As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的摩尔比分别为10或50时)的HCO和HPO对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附都存在一定的影响。吸附动力学实验表明芽胞@Ti微球对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附均能迅速达到反应平衡(15 min),符合假二级动力学模型。芽胞@Ti微球对砷的等温吸附实验表明As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的吸附等温曲线都可以用Freundlich模型来描述,且在实验条件下,As(Ⅲ)的最大吸附量要大于97.26 mg g,而As(Ⅴ)的最大吸附量要大于137.01 mg g。FTIR和XPS结果分析证实在As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的吸附过程中,芽胞@Ti微球表面的Ti–OH和–NH基团起主要作用。以NaOH溶液为解吸试剂进行吸附-解吸-再生-再利用循环试验,证明芽胞@Ti微球可再生且可以保持较高的砷吸附量。此外,芽胞@Ti微球在实际样品中依然可以保持较高的砷吸附量,具有较好的应用前景。