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自制酵素中细菌群落动态分析和优势菌株的重金属吸附积累特性研究

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自制酵素中细菌群落动态分析和优势菌株的重金属吸附积累特性研究

作者：齐天翊内蒙古大学

学位级别：硕士

酵素是以果蔬、药用植物等为原料经自然发酵或直接投入乳酸菌、醋酸菌及酵母菌进行人工发酵的微生物制剂。传统酵素应用常作为调节身体免疫、减肥、降血压及抗癌等保健功效。近年来酵素及其发酵过程中产生的酵素菌被广泛应用于抑菌,降... 详细信息

酵素是以果蔬、药用植物等为原料经自然发酵或直接投入乳酸菌、醋酸菌及酵母菌进行人工发酵的微生物制剂。传统酵素应用常作为调节身体免疫、减肥、降血压及抗癌等保健功效。近年来酵素及其发酵过程中产生的酵素菌被广泛应用于抑菌,降解作物农药残留、修复土壤生化特性,调节水质等领域。然而对水果及果蔬混合等复合酵素在发酵过程中的微生物群落变化、菌群动态分析及比较等研究相对较少。近年来对于微生物吸附及去除重金属的研究逐渐增多,而酵素及酵素菌能够去除食品中重金属的特质也广泛受到关注。本文通过自制水果酵素(AA)及果蔬混合酵素(AB)为研究对象。首先,利用高通量测序技术对不同发酵时段酵素样品中的微生物群落结构动态变化进行分析和比较;其次,对酵素样品中优势乳酸菌和酵母菌进行分离、纯化,共得到32株乳酸杆菌,7株片球菌和1株酵母菌,并对以上分离菌株进行了系统发育分析;最后,验证了乳酸菌中代表性菌株对重金属Pb和Cd的耐受性,并且测定了优势菌株对Pb离子的吸附和积累量。研究结果如下:1.高通量测序结果显示酵素样品AA中以乳酸杆菌(Lactobacillus),魏斯氏菌属(Weissella)、片球菌属(Pediococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)为优势菌群,发酵20天时相对丰度分别达到:70.93%、6.58%、13.39%、2.76%;而样品AB中对应菌属同样为优势菌群,其相对丰度分别为:65.42%、4.2%、8.44%、0.94%。两组酵素样品发酵20天时段优势菌群相对丰度占比基本相同。***酵素样品在发酵10、20、40和120天4个时段内微生物多样性指数分别为:3.42、2.21、4.59、6.07;而AB在4个时段内微生物多样性指数分别为:3.12、2.21、3.18、6.53。2组样品在发酵20天时段多样性最低;120天时段多样性最高。酵素样品在发酵20天时段乳酸菌丰度最高,而杂菌及致病菌丰度最低;在发酵120天时段由于p H值上升和乳酸菌进入衰亡期等因素影响,导致杂菌生长。综合上述结果显示发酵20天时段为最优。3.从酵素样品中共分离出40株菌株,从属水平上来看,其中32株为乳酸杆菌(Lactobacillus),7株片球菌(Pedicoccus);及1株酵母(Yeast)。从种水平上来看,32株乳酸杆菌中17株与Lactobacillus brevis ATCC 14869近缘,8株与Lactobacillus plantarum JCM 1149近缘,其他7株菌分别与Lactobacillus为不同种亲缘关系;7株片球菌与Pediococus cellicola近缘;分离的酵母菌与Wickerhamomyces anomalus VIT-ASN0近缘。所有分离菌株与亲缘菌的相似度均达到99%以上。4.代表的短乳杆菌(Lactobacillus brevis)AA1,植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)AA11及酒窖片球菌AA12(Pediococus cellicola)在300 ppm浓度铅离子胁迫条件下生长几乎不受抑制,而在50 ppm浓度镉离子胁迫条件下表现出较差的耐受性。并且分离的植物乳杆菌AA11具备良好的铅离子吸附能力,对100 ppm浓度铅离子吸附率最高达到78.74%,体内积累量为2.27mg/dry g。本研究为揭示酵素发酵过程中微生物群落结构变化特点提供了依据,同时为利用酵素去除食品中重金属污染等问题提供了基础数据。

关键词：酵素乳酸杆菌重金属吸附微生物多样性

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双网络凝胶型吸附剂的制备及其重金属吸附

双网络凝胶型吸附剂的制备及其重金属吸附

作者：许瑞湖南大学

学位级别：硕士

水体中重金属污染物的毒性大又无法生物降解,会带来长久而严重的危害,已引起社会各界的广泛关注。近几十年来已有许多物理和化学方法被应用于工业和环境领域的重金属污染治理中,如沉淀法、电化学法、离子交换法和吸附法等。其中吸附法... 详细信息

水体中重金属污染物的毒性大又无法生物降解,会带来长久而严重的危害,已引起社会各界的广泛关注。近几十年来已有许多物理和化学方法被应用于工业和环境领域的重金属污染治理中,如沉淀法、电化学法、离子交换法和吸附法等。其中吸附法因操作简单又具有成本优势而受到重视,然而传统吸附材料通常有不够经济、吸附效率低和回收再生困难的问题,迫切需要新型高效可回收吸附剂开发的支持。双网络(double network,DN)水凝胶具备透水而不溶于水、机械强度好、高拓展性等优点,非常适合易用易回收的块状重金属吸附剂的开发。本文利用DN凝胶理念,使用丙烯酸钠(SA)、氧化石墨(GO)与多乙烯多胺(PEPA)等主要材料合成出了新型块状凝胶型重金属吸附剂PSA-GO,并对其吸附性能及应用潜力进行了研究,主要内容与成果如下:(1)PSA-GO双网络凝胶吸附剂的制备与表征。采用分批加入方式合成双网络结构,避免了体系不稳定的问题,通过不断优化条件确定了重复性强、反应条件温和的制备方案,最终制备出PSA-GO双网络水凝胶。通过各种表征手段证明了PSA-GO凝胶中各类活性基团的存在,并以单轴压缩实验测试其机械性能,证明PSA-GO凝胶相比于纯PSA凝胶确有更结实的结构和更强的机械性能。(2)PSA-GO凝胶对重金属的吸附行为和机理研究。进行了包括溶液环境、接触时间、温度和初始浓度的影响等大量吸附实验并进行了机理分析,结果表明:PSA-GO凝胶可在宽p H范围内有效吸附重金属,并且对Na Cl及富里酸具有耐干扰性;PSA-GO凝胶对重金属的吸附是一个相对快速的过程,吸附动力学符合伪二级动力学模型;PSA-GO凝胶对重金属的等温吸附数据最符合Langmuir–Freundlich二元等温吸附模型,同时根据Langmuir模型算得其对Cd2+和Mn2+的理论最大吸附量分别高达238.27 mg/g和165.48 mg/g;热力学分析表明吸附过程是一个自发吸热过程;该过程是一个包括了静电作用、离子交换与络合配位等多机理参与的复杂过程,其中氨基与金属的络合与配位起了主要作用。(3)PSA-GO凝胶的实际应用探索。以吸附选择性、再生与重复使用性及实际废水处理实验对新材料实用性进行考察,结果表明:PSA-GO凝胶可作为一种Cd2+和Mn2+的选择性吸附材料;PSA-GO凝胶可通过简单的酸-碱洗涤的方法进行再生,并具有良好的重复利用性能;PSA-GO凝胶在处理实际废水实验中表现出良好的重金属吸附性能,加之相对低廉的成本,具有一定应用潜力。本研究所开发的PSA-GO双网络凝胶吸附材料,既保有水凝胶材料本身的优势,又具有良好的重金属吸附能力,在再生-重复使用以及实际废水实验中表现良好,其作为一种新型块状重金属吸附材料的应用前景值得期待。

关键词：双网络水凝胶重金属吸附实际废水

橡子多酚的提取纯化工艺优化及重金属吸附动力学研究

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橡子多酚的提取纯化工艺优化及重金属吸附动力学研究

作者：李雨馨中南林业科技大学

学位级别：硕士

近年来,由于植物多酚独特的生物活性被广泛用于食品、药品、保健品及化妆品等领域,成为当前研究的热点。但是植物多酚种类繁多、结构复杂,不易人工合成,只能从天然物质中提取,为了研究植物多酚对重金属的吸附作用,并充分利用我国丰富的... 详细信息

近年来,由于植物多酚独特的生物活性被广泛用于食品、药品、保健品及化妆品等领域,成为当前研究的热点。但是植物多酚种类繁多、结构复杂,不易人工合成,只能从天然物质中提取,为了研究植物多酚对重金属的吸附作用,并充分利用我国丰富的橡子资源,本试验以青冈栎树橡子为原料,研究橡子多酚提取工艺并用超滤膜进行分离纯化该提取物,通过高效液相色谱法对纯化物进行成分分析,最后测定橡子多酚对重金属的吸附能力。主要试验和结果如下:本研究首先从青冈栎树橡子中用超声波和微波辅助提取多酚类物质,根据提取结果比较两种方法的优劣,并分别得出最佳提取工艺条件。超声波辅助提取,提取剂浓度为60%的乙醇,提取时间为25min、超声波功率为300W、料液比为1:25,测得橡子多酚含量为12.01%。微波辅助提取的最佳工艺:提取剂浓度为60%的乙醇,提取时间21.8min,料液比为1:25,微波功率为318.5W,最终提取率为13.94%。从而得出,微波辅助提取法要优于超声波辅助提取法提取橡子多酚。通过静态吸附与解吸试验,用超滤膜对初步分离的青冈栎树橡子多酚类提取物进行分离纯化,得出最佳纯化工艺条件:采用截留分子为100kDa的超滤膜,浓度为0.4%,温度为30℃,压力为0.141MPa时橡子多酚提取率提高至40.12%。利用高效液相色谱法对青冈栎树橡子酚类物质成分进行定性分析,结果表明:橡子多酚试样中含有没食子酸、单宁、槲皮素和儿茶素等多酚类物质。青冈栎树橡子多酚的重金属吸附试验研究结果表明:橡子多酚对Cr6+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附速率都非常快,1h内即可吸附70%以上的重金属离子,4h内各重金属离子均可达到吸附平衡。用等温吸附模型进行研究发现,橡子多酚对Cr6+和Zn2+的吸附能较好的用Langmuir等温吸附模型来描述,相关系数分别达到0.9415、0.9924,而对于Pb2+和Cu2+的吸附用Frendlich等温吸附模型描述更符合。从等温吸附模型中可以得出橡子多酚的吸附重金属离子能力非常强,应用前景广泛,为进一步研究去除食品中重金属污染奠定了基础。

关键词：橡子多酚分离纯化重金属吸附成分分析

连续流态下好氧颗粒污泥稳定化策略与重金属吸附特性研究

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连续流态下好氧颗粒污泥稳定化策略与重金属吸附特性研究

作者：高琳琳吉林大学

学位级别：硕士

目前，关于好氧颗粒污泥的研宄和应用大多是基于序批式反应器开展，关于连续流态下好氧颗粒污泥的研宄还鲜见报道，CAFB反应器是目前所报道的设计结构最为简单的连续流好氧颗粒污泥反应器，但反应器运行稳定性一直是制约其发展的瓶颈问... 详细信息

目前，关于好氧颗粒污泥的研宄和应用大多是基于序批式反应器开展，关于连续流态下好氧颗粒污泥的研宄还鲜见报道，CAFB反应器是目前所报道的设计结构最为简单的连续流好氧颗粒污泥反应器，但反应器运行稳定性一直是制约其发展的瓶颈问题，本研宄基于连续流CAFB反应器培养好氧颗粒污泥，探讨以生物膜为接种污泥对污泥颗粒化与运行稳定性的影响，并以不同粒径好氧颗粒污泥吸附重金属NP，探讨粒径对重金属吸附特性的影响，以期为好氧颗粒污泥的稳定化培养及其应用提供理论基础与借鉴意义。以活性污泥为生物种源培养颗粒污泥时，丝状菌性污泥膨胀频繁的发生，导致连续流好氧颗粒污泥反应器难以长期稳定运行。研究首次提出以生物膜工艺反冲洗废水中的老化生物膜为生物种源培养好氧颗粒污泥，结果表明颗粒污泥在运行第25天即达到成熟和稳定，且系统运行共计90天，是目前所报道的运行时间最长的连续流好氧颗粒污泥反应器。在运行稳定期，CAFB的COD去除率和消化率分别达到90%和60%。釆取荧光原位杂交技术（FISH)，发现氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌在颗粒内部含量丰富，与异养菌均匀分布于颗粒内部，较好的解释了该系统能够同步实现有机物去除和硝化反应的行为。通过数学模型模拟颗粒内部基质和氧的扩散特征，发现生物分布特征是由颗粒内部富氧和较低的有机基质水平决定的。关于好氧颗粒污泥吸附重金属的研究大多集中成熟期颗粒污泥，粒径在1mm左右，针对不同粒径的研宄还鲜见报道。本实验以连续流CAFB反应器培养得到的>800叫n、500?800叫1、200-500叫n、吸附剂，结合FTIR、XRD、XPS等表征技术发现，受颗粒比表面积、孔隙特征、Zeta电位、胞外聚合物影响，吸附过程中存在物理吸附、静电吸附、离子交换及表面络合作用多种吸附机理，无机微沉淀作用不明显。200?500pm粒径区间好氧颗粒污泥对重金属Ni2+的吸附容量最高，这是由于大于200颗粒物理吸附作用发挥主导作用，而絮体（吸附、离子交换及表面络合作用影响吸附能力下降，粒径大于800pm颗粒不仅物理吸附能力较弱，同时受比表面积与空隙率限制，离子交换作用降低;受蛋白质分布特征影响，络合作用降低;FTIR结果表明蛋白质为络合作用的主导物质，XPS-Ni、XPS-C、XPS-O、XPS-N分析进一步证实了FTIR中蛋白质的主导作用及大于800颗粒的特殊性。

关键词：好氧颗粒污泥连续流氮素转化荧光原位杂交重金属吸附

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活性污泥胞外聚合物对重金属吸附行为研究

活性污泥胞外聚合物对重金属吸附行为研究

作者：周语桐安徽建筑大学

学位级别：硕士

活性污泥胞外聚合物（EPS）是一种天然高效的生物吸附剂,具有安全、无毒、可生物降解等优点。EPS表面含有多种丰富的功能基团,可以为重金属离子提供吸附位点,因此它在重金属污染治理等领域有很高的应用价值。由于受限于目前的提取方法,... 详细信息

活性污泥胞外聚合物（EPS）是一种天然高效的生物吸附剂,具有安全、无毒、可生物降解等优点。EPS表面含有多种丰富的功能基团,可以为重金属离子提供吸附位点,因此它在重金属污染治理等领域有很高的应用价值。由于受限于目前的提取方法,EPS的提取效率普遍不高。为此,本课题提出利用表面活性剂联合超声法提取E PS,旨在提高提取效率。在此基础上对所提取成分进行分析,考察EPS对重金属的吸附行为,并利用现代仪器对其吸附机理进行分析研究。为EPS今后在重金属污染治理方面的应用奠定了基础。研究结果如下:（1）活性污泥中提取EPS的实验结论如下:最佳液相环境是Na Cl投加量为9 g的磷酸缓冲溶液,且EPS提取量CTAB>SDS>甜菜碱。借助响应曲面实验来优化提取所需要的条件,建立回归模型,得到的最优条件为:CTAB投加量为54.801 mg、超声时间为8.882 min、提取时间为56 min。在该条件下所提取的EPS总量与核酸含量与最优条件下3组平行实验所得结果并无太大区别,证明该模型是可靠的。（2）利用FTIR、EMM、Zeta、XPS等对EPS成分进行了表征分析,结论如下:FTIR表明EPS中含有羟基、羧基、羰基、氨基等功能基团。EEM则显示EPS中包含酪氨酸、色氨酸类蛋白质。通过Zeta电位发现在不同p H下EPS均为负值,这说明EPS整体呈电负性。BET实验结果显示,单点法总孔容为0.02766 cm/g,比表面积16.78 m/g,并且分析可知EPS对重金属的吸附并非主要依靠物理吸附。结合XPS分析的结果发现,EPS中的C元素主要以C-C、C-（N/O/S）、O-C-O、O=C-O（H/R）四种形态存在,O元素主要以O=C、C-O-（C/H）两种形态存在,而N元素则存在两种官能团形式,一种来自于酰胺和胺,而另一种则来自氨基酸和多糖。（3）EPS吸附Cu和Pb实验结论如下:EPS吸附Cu和Pb的最佳吸附条件为:p H5～6,投加量m(M):m（EPS）=1:2,吸附时间60 min,吸附温度45℃。并且EPS对Cu和Pb的吸附用Langmuir方程的拟合效果更佳。吸附平衡时EPS对Cu和Pb的理论饱和吸附量分别达到572 mg/g、581 mg/g。拟二级动力学方程相较于拟一级动力学方程可以更好反应吸附金属离子的过程,这说明吸附主要是靠化学作用实现的。（4）利用FTIR、XRD、SEM-EDS对EPS吸附Cu和Pb机理进行分析,实验结论如下:FTIR分析表明EPS在吸附Cu、Pb前后其官能团发生了改变,这主要与硫酸、磷酸、羰基等基团有关。XRD分析可知,在吸附前后EPS的结构会发生变化产生新的晶体,这说明磷酸基团在吸附过程中会与金属离子反应生成水合磷酸盐。SEM-EDS不仅表明两种金属离子确实被吸附在EPS表面上,而且根据吸附前后元素含量变化可知在吸附过程中存在离子交换反应,并且含氧基团、氨基和磷酸基均参与了反应。

关键词：胞外聚合物表面活性剂超声波重金属吸附吸附机理

化学气相沉积法改性凹凸棒土材料及重金属吸附研究

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化学气相沉积法改性凹凸棒土材料及重金属吸附研究

作者：代滇扬州大学

学位级别：硕士

随着社会和科技的不断进步,各种环境治理问题也随之而来,导致各种新型材料不断涌现。多功能纳米复合材料能够集多种功能于一身在诸多领域均表现出广阔的应用前景。其中,凹凸棒土(ATP)是一种廉价且环保的天然粘土矿物材料,江苏省盱眙市的... 详细信息

随着社会和科技的不断进步,各种环境治理问题也随之而来,导致各种新型材料不断涌现。多功能纳米复合材料能够集多种功能于一身在诸多领域均表现出广阔的应用前景。其中,凹凸棒土(ATP)是一种廉价且环保的天然粘土矿物材料,江苏省盱眙市的ATP年产60万吨,原料充足丰富。为了制备高效吸附重金属的改性材料,本文选取化学气相沉积法分别制备单独不同浓度碳(C)掺杂、C/FeS共掺杂、C/N/FeS2复合的三种多功能ATP材料,并探索其在重金属吸附领域的应用。(1)以ATP为原料,采取化学气相沉积法改变乙醇浓度,探索不同改性温度和保温时间对C改性ATP材料性能的影响。结果表明在乙醇体积分数为25%,改性温度和保温时间分别为450℃和2 h条件下,对Cr(Ⅵ)吸附性能最优,100 mg·L-1的重铬酸钾溶液去除率可达68.22%,比普通ATP提高了 17.3倍。该研究的相关表征和吸附测试证明C的成功掺杂,发现C发挥支撑整个吸附反应体系发生的骨架作用。该研究对C掺杂ATP材料的表面化学研究以及在重金属吸附领域的应用具有较大的参考价值。(2)为进一步提高ATP改性材料对重金属的吸附能力,于管式炉内通过化学气相沉积法制备功能化ATP材料,改变煅烧温度、气氛等条件,掺杂改性相关元素或基团实现对材料形貌和结构的调控。实验表明,400℃下二硫化碳(CS2)蒸汽改性的ATP材料成功实现C/FeS共掺杂。该材料对Hg(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的去除率分别为97.61%和99.99%,表现出高效的吸附能力,且该材料成功克服ATP吸水溶胀的问题,与水分离良好。该研究首次采用化学气相沉积法一步制备环境友好的C/FeS共掺杂的ATP材料,为制备操作简单、价铬低廉、高效的吸附剂提供新思路,并在重金属吸附领域展现出良好的应用前景。(3)为探索改性ATP材料对高浓度重金属Cr(Ⅵ)的吸附行为,对无水乙醇改性后的ATP材料进一步优化,室温条件下与酸性饱和九水合硝酸铁溶液进行充分接触,冷冻干燥后同样采用化学气相沉积法在氮气下通入CS2蒸汽800℃处理。实验结果表明,所得材料为C/N/FeS2复合ATP功能材料,该材料对高浓度Cr(Ⅵ)表现出卓越的去除能力,对1000 mg·L-1的重铬酸钾溶液去除率仍然高达86%。进一步探索其机理发现FeS2起到了关键性作用,C、N掺杂起到了辅助作用。该研究为处理高浓度重金属污染废水提供了新思路和新技术。

关键词：化学气相沉积硫化亚铁二硫化碳凹凸棒土重金属吸附

水体中微塑料的重金属吸附行为及其对水生生物的毒性效应

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绍兴文理学院学报 2021年第8期41卷 59-65页

作者：任萱绮沈靓袁佳杰胡旭东王斌梁绍兴文理学院生命科学学院浙江绍兴312000 绍兴海关浙江绍兴312000

作为一种新兴污染物,微塑料已经广泛分布于海洋和淡水系统中.同时,微塑料作为重金属等污染物的重要载体,对水生态健康造成潜在威胁.为了探究水体中微塑料对重金属的吸附行为以及该行为对水生生物的毒性效应,综合分析了近年来国内外相关... 详细信息

作为一种新兴污染物,微塑料已经广泛分布于海洋和淡水系统中.同时,微塑料作为重金属等污染物的重要载体,对水生态健康造成潜在威胁.为了探究水体中微塑料对重金属的吸附行为以及该行为对水生生物的毒性效应,综合分析了近年来国内外相关研究进展,从水体中微塑料的种类、微塑料的分布、微塑料对重金属的吸附行为和机理、吸附重金属的微塑料对水生生物的毒性效应等几个方面进行了归纳总结,为微塑料研究、防治提供更加系统、坚实的理论依据.

关键词：微塑料重金属吸附水生生物毒性效应

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改性纤维素对重金属吸附的研究进展

金属世界 2019年第1期 36-41,51页

作者：李宗红潘远凤肖惠宁张金瑶华北电力大学(保定) 河北保定071003 广西大学广西南宁530004

重金属离子对环境的污染正严重影响我国社会和经济的发展,对其研究、去除刻不容缓。文章介绍了重金属的来源及危害,重金属对水体、土壤的污染现状以及重金属离子的净化技术。改性纤维素对重金属的吸附去除是其净化技术中最常用的方法之... 详细信息

重金属离子对环境的污染正严重影响我国社会和经济的发展,对其研究、去除刻不容缓。文章介绍了重金属的来源及危害,重金属对水体、土壤的污染现状以及重金属离子的净化技术。改性纤维素对重金属的吸附去除是其净化技术中最常用的方法之一,但纤维素改性是一个难点。文章对纤维素的改性方法进行了论述,为改性纤维素运用于重金属的去除提供了理论依据。

关键词：改性纤维素重金属吸附净化技术污染现状重金属离子吸附去除离子对环境

长江口海域有害重金属转移机理——Ⅱ、粘土矿物对重金属吸附作用的热力学和动力学的实验室模拟研究

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海洋学报(中文版) 1982年第3期 303-314页

作者：吴瑜端陈慈美陈于望王隆发厦门大学

关于控制水体中重金属含量的因素,六十年代以来文献陆续有所报导.在海水体系中粘土矿物对重金属的固定作用的研究,较早期的有Chester(1965)的伊利石吸附海水中钴和锌的研究.近五年来又见有Rermers、Murray、Meyers O’conner、Weijden以... 详细信息

关于控制水体中重金属含量的因素,六十年代以来文献陆续有所报导.在海水体系中粘土矿物对重金属的固定作用的研究,较早期的有Chester(1965)的伊利石吸附海水中钴和锌的研究.近五年来又见有Rermers、Murray、Meyers O’conner、Weijden以及Robin等进一步分别探讨了粘土矿物对重金属吸附作用的影响因素、

关键词：重金属吸附粘土矿物粘粒矿物硅酸盐矿物重金属含量吸附等温线吸附作用动力学长江口扬子江口热力学实验室模拟